INFORME CARACTERIZACION CUENCA DEL RIO

GARRAPATAS

1 Anyerson Cuervo Basurto1Estudiante Ingenierıa Mecanica

Universidad Nacional de Colombia, Bogota, Colombia.1acuervob@unal.edu.co

25 de noviembre de 2014

1. Introduccion

El rıo Garrapatas es un cuerpo de agua ubicado en el departamento de Choco cercano al municipio deSipi, la estacion meteorologica mas cercana y de la cual se obtiene sus datos de precipitacion es la de SanJose del Palmar, la cual ronda un valor promedio de 360mm/mes. Sus coordenadas geograficas son en elformato DMS (Grados, Minutos, Segundo) 4◦19′0”N y 76◦55′60”W y en el formato decimal son 4.31667y −76.9333. La temperatura promedio anual de la region es anualmente es de 20◦C, con velocidades delviento que estan alrededor de los 10km/h, segun la web www.geografiainfo.es el espacio es clasificado conun codigo de designacion H (Lugar de tipo hidrografico). A continuacion se presenta una caracterizacionde la forma de cuenca del rio, ası como su comportamiento teniendo en cuenta su area y precipitacionmensual. [1]

Para el desarrollo de todo el trabajo lo primero que se realizo fue calcar el cauce principal del rıo consus afluentes, del mapa original, en papel pergamino, de tal forma que se pudiera obtener la cuenca delrıo, y poder hacer la caracterizacion completa de esta.

2. Area y perımetro de la cuenca

Para la obtencion del area de la cuenca se realizo un calco del plano en una hoja milimetrada a partirde la cual se realiza el siguiente procedimiento y se encuentran los resultados mostrados en las tablas 1 y2.

2.1. Calculo del area

Para el calculo del area se realizo un procedimiento por medio de polıgonos regulares inscritos dentrode la cuenca, de esta forma al tener un numero finito de polıgonos se encuentra al realizar la sumatoria:

N∑i=1

Api = Areacuenca

Adjunto al documento se anexa el plano con el que se realizo el calculo.

1

Seccion Area cm2/Km2 Seccion Area cm2/Km2

1 1,400 15 17,4202 0,950 16 7,5603 4,125 17 1,6104 0,850 18 0,5505 24,000 19 0,4356 0,495 20 27,7507 113,160 21 4,6158 11,520 22 1,2959 1,620 23 25,09010 0,870 24 0,90011 7,705 25 1,80012 1,305 26 1,04013 1,705 27 2,32014 0,750 28 9,975

Tabla 1: Area por secciones de los polıgonos

Variable cm2 / Km2 m2

Area de la cuenca 272,815 272815000

Tabla 2: Area total calculada de la cuenca

2.2. Calculo del perımetro

El perımetro de la cuenca se obtuvo midiendo por medio de hilo. El procedimiento aplicado fue elsiguiente:

Inscribir el hilo a traves del perımetro del rıo

Una vez inscrita la longitud, el hilo es retirado

se realiza la medicion del hilo y se convierte de acuerdo a la escala del mapa

En este orden para la cuenca del rıo Garrapatas se obtuvo un perımetro P = 93, 4Km

3. Forma

Para el calculo de la forma de la cuenca del rıo se realizo el siguiente prodecimiento:

Con los datos encontrados en la seccion anterior se solucionan las ecuaciones

De acuerdo al valor que es encontrado como resultado y con las condiciones de cada calculo seespecifica la condicion de forma de la cuenca

3.1. forma

De acuerdo a la ecuacion 3.1 para encontrar el factor forma.

Ff =A

La2(3.1)

2

A := areadelacuencaLa := Longituddelacuenca

Se encuentra el factor de forma Ff = 0, 081, ahora evaluando la elongacion de la microcuencia dedrenaje se tiene que Ff < 0, 8 lo que corresponde a una ”MICROCUENCA OVALADA”.

3.2. Razon de elongacion

Se tiene la ecuacion 3.2, esta ecuacion relaciona el dıametro de un cırculo de area A de la microcuencay la longitud La de la microcuenca (calculadas en el capıtulo 2)

Re =D

La(3.2)

Donde D = 2√

Aπ . Se encuentra el factor intermedio D = 18, 638, con el cual es posible encontrar la

razon de elongacion dando como resultado Re = 0, 322, con el cual de acuerdo al criterio de razon deelongacion se puede observar Re < 1 lo que indica que es una MICROCUENCA ALARGADA.

3.3. Coeficiente de redondez

Este coeficiente relaciona la longitud de la microcuenca con el area de la misma, esta se muestra enla ecuacion 3.3:

K =La2

4A(3.3)

Se encuentra un valor de K = 3, 072 el cual indica que es una cuenca SEMIRREDONDA.

3.4. Amplitud de microcuenca

Se tiene la ecuacion 3.4, este factor permite conoce la escorrentıa superficial y en que grado se con-centran las lluvias, siendo:

W =A

La(3.4)

Aplicando la ecuacion se encuentra W = 4, 712, de acuerdo a los criterios se tiene W > 1 lo cualindica que se tiene una CONCENTRACION DE ESCORRENTIA NORMAL A LENTO.

3.5. Coeficiente de Compacidad

De la ecuacion 3.2 se tiene D, que se utilizara en la siguiente ecuacion, la cual encuentra la condicion:

C =P

D(3.5)

Se encuentra como resultado C = 5, 011. De acuerdo a los criterios de coeficiente de compacidad se tie-ne la condicion C > 1 dando como resultado una MICROCUENCA SEMICOMPACTA RECTANGULO-OBLONGA.

4. Pendiente media de la cuenca

Es uno de los calculos mas importantes en el desarrollo de un estudio hidrografico. La pendiente mediacontrola la velocidad con que se dara la escorrentıa superficial en dicha cuenca. [2] Se calcula mediantela ecuacion 4.1 donde N es el numero de cortes de nivel en la cuadricula, h es el intervalo entre cuencas,L la longitud de la malla dentro de la cuenca y E el modulo escalar.

3

Pm = (N ∗ hL ∗ E

) ∗ 100 (4.1)

Al realizar el calculo se obtiene una primera pendiente media de Pm = 0, 007 lo que corresponde auna pendiente suave, y una segunda de Pm = 0, 001 que corresponde tambien a una pendiente suave.

5. Indice de alargamiento

Este indice relaciona la longitud maxima de la cuenca, medida en el sentido del rıo principal y el anchomaximo de la misma medido perpendicularmente.

Ia =L

l(5.1)

Se encuentra el indice de alargamiento como Ia = 3, 665 que corresponde a una cuenca muy alargada.

6. Indice asimetrico

Relaciona el area de la vertiente mayor Av1 y el area de la vertiente menor Av2.

Ad =Av1Av2

(6.1)

7. Densidad de drenaje

Indica la relacion que existe entre la longitud acumulada de todas las corrientes y el area de lamicrocuenca denotadas LD y A respectivamente. Se tiene la ecuacion 7.1 que se muestra a continuacion:

DD =LDA

(7.1)

En este caso se encuentra que LD = 1007, 5 con lo cual se obtiene el resultado DD = 3, 693 comparandocon las condiciones se tiene que DD > 3, 0[ KmKm2 ], se obtiene una densidad de drenaje ALTA.

8. Tiempo de concentracion

Se entiende como el tiempo que tarda una lamina de agua en recorrer el espacio entre el divorcio desus aguas y el sitio de desembocadura. Este se obtiene por la expresion de Thames (1976) Ec. 8.1 de lasiguiente forma:

TC =La1,15

15H0,38C

(8.1)

Se encuentra como resultado TC = 9, 234[Horas]

Mediante la expresion de Kirpich Ec. 8.2

TCk = 4(L√S

)0,77 (8.2)

Se obtiene un resultado de TC = 616, 597[minutos] es decir, TC = 10, 277[Horas]

Mediante la expresion de California Ec. 8.3

4

TCc = 0, 0195(L3

H)0,38577 (8.3)

Se obtiene un resultado de TC = [minutos] es decir, TC = [Horas]

9. Resultados

Se muestran los resultados compilados en la tabla 9 de acuerdo a los datos obtenidos de forma manualy por medio de calculos.

5

Var

iab

leU

nid

ades

Par

am

etro

Valo

rC

rıte

rio

(si

loh

ay)

Com

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rios

Log

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L57,9

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op

or

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Are

acu

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Km

2Ac

272,8

15

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op

or

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.F

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rma

Ad

imen

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0,0

81

Mic

rocu

enca

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Res

ult

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efo

rmu

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Km

D18,6

38

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esu

ltad

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dim

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Re

0,3

22

Mic

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Ad

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3,0

72

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W4,7

12

Esc

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entı

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Res

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LD

1007,5

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∆al

tura

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Km

HC

0,5

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Km

Km

2DD

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rmu

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TC

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TC

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TC

611,1

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S0,0

06956522

Su

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Ad

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Tab

la3:

Res

ult

ad

os

de

calc

ulo

sp

ara

elrı

oG

arr

ap

ata

s

6

10. Caudal

El caudal, no se puede medir directamente, para encontrar el valor de esta unidad se realiza el siguienteprocedimiento:

1. Encontrar los valores de la lluvia promedio mensual para la cuenca en mm/mes

2. Por medio de la ecuacion 10.1 que se muestra a continuacion se encontrara el caudal de cada mesen[mms

]Q = P ∗A ∗ E (10.1)

En este caso el valor de E denotado tiene el valor de 0, 7 para fines practicos de calculo.

10.1. Valores de lluvia en promedio mensual

Para encontrar los valores de promedio de lluvia mensual se acudio al Atlas climatologico nacional,con el cual se encontraron los siguientes datos, los cuales corresponden a la estacion de San Jose delPalmar que es la que se encuentra ubicada mas cerca de la cuenca, se muestran los resultados en la figura10.1

Figura 1: Precipitacion mensual - San Jose del Palmar - Choco / Atlas Climatologico Nacional

De los datos que se tienen en esta curva se necesita realizar la siguiente conversion mostrada en laecuacion 10.2 dado que se presentan en unidades de [mm/mes]:

7

Precipitacion[mm

mes

]∗( mes

Ndias

)∗(

1

86400s

)= Precipitacion

[mm

s

](10.2)

10.2. Caudales mensuales

A partir de las conversiones se utilizara la ecuacion 10.1 obteniendo la siguiente tabla:

Mes Prec. (mmmes ) dıas mes Prec. (mms ) Prec. (ms ) Caudal (m3

s )Enero 300 31 0,00011 1,1201E-7 21,39

Febrero 290 28 0,00012 1,19871E-7 22,89Marzo 240 31 0,00009 8,9606E-8 17,11Abril 280 30 0,00011 1,0802E-7 20,63Mayo 370 31 0,00014 1,3814E-7 26,38Junio 220 30 0,00008 8,4877E-8 16,21Julio 190 31 0,00007 7,0938E-8 13,55

Agosto 240 31 0,00009 8,9606E-8 17,11Septiembre 220 30 0,00008 8,4877E-8 16,21

Octubre 450 31 0,00017 1,6801E-7 32,09Noviembre 500 30 0,00019 1,929E-7 36,84Diciembre 370 31 0,00014 1,3814E-7 26,38

Tabla 4: Resultados de caudales mensuales para el rıo Garrapatas

Donde se obtienen los caudales mes a mes para el rıo Garrapatas.

11. Clasificacion climatica de la cuenca

Para realizar la clasificacion climatica de la cuenca es necesario hacer un balance hidrico de largo plazo,con el cual se puede contabilizar las ganancias de agua por lluvia o riego y las perdidas por evaporacion,escorrentıa, drenaje profundo y la variacion del almacenamiento de aguas en el suelo. Conocer el balancehıdrico de un area permite determinar, la disponibilidad del recurso hıdrico y la magnitud macroclimaticade los perıodos con exceso o deficit de agua en una unidad de trabajo sometida a estudios agroclimaticose hidroclimatico.[3]

11.1. Balance hıdrico de largo plazo

Para el desarrollo del balance hıdrico se utilizo el metodo de Thornthwaite, con los datos de pre-cipitacion y temperatura correspondientes a la estacion de San Jose del Palmar. Siguiendo el siguienteprocedimiento.

11.2. Almacenaje de agua util

El almacenaje de agua util se calcula como la diferencia entre el agua disponible y la evapotranspiracionpotencial, donde el agua disponible es la suma del almacenaje del mes anterior mas la precipitacion delmes en cuestion Adisp = Ai−1 + P .

A = Adisp − ETP (11.1)

8

11.3. Variacion de almacenamiento de agua util

Se calcula como la diferencia entre el almacenamiento de agua util del mes en cuestion y el mesanterior.

∆A = Ai −Ai−1 (11.2)

11.4. Evapotranspiraion real

Para el calculo de la evapotranspiracion real es necesario evaluar:

SiP > ETP −− > Er = ETP (11.3)

SiP < ETP −− > Er = P + ∆A (11.4)

Los resultados para estas variables ası como para el exceso y el deficit de agua y otros datos importantespara el balance hıdrico se presentan en la siguiente tabla:

Figura 2: Balance Hıdrico

Tambien se presenta la grafica de precipitacion mes a mes, ası como los excesos hıdricos graficamente,a lo largo de todo el ano, para la estacion de San Jose del Palmar.

9

Figura 3: Precipitacion estacion San Jose del Palmar

Figura 4: Exceso Hıdrico

12. Modelo climatico

Para el modelo climatico se siguio el siguiente procedimiento.

10

12.1. Indice de Aridez

Se calcula como la relacion entre el deficit de agua y la evapotranspiracion potencial.

Ia = (D

ETP) ∗ 100 (12.1)

Para el caso de la cuenca en estudio se obtuvo un indice de aridez de 0 lo que significa que el deficitde agua es poco o nada (r)

12.2. Indice de Humedad

Se calcula como la relacion entre el exceso de agua y la evapotranspiracion potencial.

Ih = (E

ETP) ∗ 100 (12.2)

Para el caso de la cuenca en estudio se obtuvo un indice de humedad de 257, 7 lo que significa que elsuperavit de agua es grande en verano (S′2) y grande en invierno (W ′2).

12.3. Factor de Humedad

Se calcula con la ecuacion:

Fh = Ih− 0, 6 ∗ Ia (12.3)

Para el caso de la cuenca en estudio se obtuvo un factor de humedad de 257, 7 lo que significa que elclima es superhumedo (A).

12.4. Eficiencia Termal

De acuerdo a los calculos realizados para el balance hıdrico se tiene una eficiencia termal anual de 888lo que significa que el clima es mesotermal (B′3).

12.5. Coeficiente de concentracion estival

Se calcula con la ecuacion:

CE = (Et

ETP) ∗ 100 (12.4)

Para el caso de la cuenca en estudio se obtuvo un coeficiente de concentracion estival de 97, 9 lo quedefine la cuarta letra como d’.

En la siguiente tabla se presentan los resultados resumidos de esta seccion:

Figura 5: Modelo Climatico

11

13. Conclusiones

En la cuenca donde se encuentra ubicado el rıo Garrapatas, se encuentra en el municipio de Sipı,fronterizo con el Litoral de San Juan los usos que se le dan a la zona hıdrica son muy similares, es decires utilizada para el autoabastecimiento de la region por medio del uso de los recursos forestales, pesca,actividades pecuarias y agrıcolas.

Entre otros usos que se le dan a la region de la cuenca del Garrapatas es el uso de transporte fluvialpara la salida y entrada de la zona. El rıo ha sido usado para desecho de residuos solidos y sustanciasliquidas por parte de los habitantes de la region, teniendo en cuenta las altas precipitaciones que semanejan en la zona del Litoral del San Juan y en general de todo el departamento del Choco, alrededorde la cuenca terminan produciendo desbordamientos.

14. Anexos

12

Fig

ura

6:

Are

aR

ıoG

arr

ap

ata

s

13

15. Bibliografıa

[1] Colombia. Consultado:17 de noviembre de 2014 Disponible en internet: www.geografiainfo.es

[2] Como calcular la pendiente media de una cuenca hidrografica. Consultado: 17 de Noviembre de2014. Disponible en internet: http://ingenieriacivil.tutorialesaldia.com/como-calcular-la-pendiente-media-de-una-cuenca-hidrografica/

[3] Guıa Clasificacion climatica por el metodo de Thornthwaite.

14