Hidrologa - Profesor: Julin David Rojo Hernndez

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA TRABAJO 2 DE HIDROLOGA

DETERMINACIN DE LOS PARMETROS GEOMORFOLGICOS DE LA QUEBRADA LA MOSCA

Andrs Felipe Arrzola Soto afarrazolas@unal.edu.co

Jenifer Cecilia Giraldo Ramrezjcgiraldor@unal.edu.co

Daniel Stiven Giraldo Guzmndasgiraldogu@unal.edu.co

Johana Andrea Jaramillo Jimnezjoajaramilloji@unal.edu.co

Jhon Jairo Pineda Dazjjpinedad@unal.edu.co

INTRODUCCIN

El anlisis de la cuenca hidrogrfica se realiza para conocer las diversas caractersticas de la zona en trminos de variables, de esta forma en el presente trabajo se hace el anlisis para la quebrada La Mosca.

La quebrada La Mosca est localizada al oriente del departamento de Antioquia, Colombia, a 18 km de la ciudad de Medelln y a una altura de 2.080 msnm; siendo la principal corriente en el municipio de Guarne, uno de los municipios ms ricos en agua, atravesndolo por el centro de norte a sur.

La quebrada La Mosca nace en el Alto de la Virgen, su cauce tiene una longitud cercana a los 24 km y tributa en el ro Rionegro. Muchas quebradas hacen parte de los ramales del afluente, algunas bastante caudalosas y representativas como lo son las quebradas Batea Seca, El Sango, El Salado, La Brizuela, La Honda, San Jos, Hojas Anchas, La Mosquita, La Meja, Basto Norte, Basto Sur, San Felipe, La Clara y El Nogal.

Segn Holdridge (1996), la zona corresponde a un bosque hmedo montano bajo. El caudal mnimo anual estimado por las Empresas Pblicas de Medelln es 1.36 y el promedio mximo anual es 48.3

Con la realizacin de este trabajo pretendemos mostrar un estudio ms detallado sobre las caractersticas principales de la quebrada La Mosca como lo son su rea, permetro, sus cotas y la longitud de la cueca entre otros aspectos importantes; la obtencin de datos se realiz con la cartografa que conserva El Instituto Geogrfico Agustn Codazzi para el departamento de Antioquia y todo se presenta de acuerdo a la informacin suministrada por el ente.

Por ser un trabajo acadmico que esta netamente relacionado con el aprendizaje, decidimos tomar el riesgo de hacer mediciones tan poco puntuales, reconocemos que como ingenieros no podemos realizar mediciones de este tipo para obtener datos que se tomen como verdicos y que en caso de tener bajo nuestra responsabilidad el desarrollo de una investigacin en una cuenca para fines comerciales o investigativos que requieran precisin se debe realizar con las herramientas disponibles (aparatos de medicin, software, etc)

METODOLOGA

El siguiente trabajo parte de relaciones empricas con las cuales logramos aproximaciones a los valores reales de indicadores de una cuenca, este hecho nos pone ante una gran variabilidad respecto a los datos reales, pero debido a los inconvenientes para obtener herramientas y mtodos de medicin ms precisos fue necesario hacerlo de manera aproximada.

A continuacin presentamos la descripcin desde el inicio del proceso de elaboracin del trabajo de los mtodos empricos y normalmente aplicados, adems presentamos las ecuaciones y supuestos que fueron necesarios para la elaboracin del mismo.

1. Bsqueda de la informacin.Como primera medida se busc la informacin de la cuenca en los lugares ms propicios para su ubicacin, el lugar en el cual se consigui ms informacin fue en el IGAC (Instituto Geogrfico Agustn Codazzi) de esta forma se obtuvieron 6 mapas de la regin oriental Antioquea. Inicialmente se crey que los mapas estaban escalados 1:25000, pero al verificar la informacin y las medidas, que no fueron muy acordes a los datos de la literatura, se observ que en el momento de la impresin no se respetaron ni los calibres ni la escala, y se recalculo el valor de la escala, siendo esta aproximada a 1:22000

2. Anlisis inicial de la cuenca.Al conseguir los planos se inici el reconocimiento de la quebrada La Mosca delimitando sus ramales y sus puntos crticos (nacimiento, cotas poco visibles, canalizaciones, etc), de esta forma se obtuvo el recorrido completo de la quebrada desde el nacimiento hasta su desembocadura.

3. Delimitacin de la divisoria de aguas.Se procedi a buscar la divisoria de aguas, que se conoce como el lmite entre las cuencas hidrogrficas, el objetivo de buscar esta divisoria es encontrar una delimitacin para realizar de manera adecuada aproximaciones numricas de las variables de la cuenca; as que siguiendo la topografa se buscaron y unieron los puntos que cuentan con las siguientes condiciones: No se cruzan con otras corrientes de agua. Son el punto ms alto en una formacin geomorfolgica. Encierran la cuenca de estudio de tal forma que el agua se contiene en esa rea delimitada.

4. Definicin de caractersticas.A partir de lo observado en el mapa, la metodologa para la realizacin de los clculos fue: rea: El rea se calcul con un planmetro en escala 1:25000 Permetro: El permetro se calcul utilizando un comps delimitando con gran cuidado la cuenca, despus se tom la suma de las medidas y se multiplico por el factor de escala. Trazado de la red de drenaje y caracterizacin de la corriente con el mtodo Strahler-Horton: El mtodo de Strahler-Horton caracteriza la cuenca de acuerdo al nivel de caudal que entra con un nmero, entre ms alto el nmero ms grande ser el caudal, de esta forma todos los ramales iniciales de la cuenca son de grado 1 y se suman conforme encuentran otro del mismo nmero, de lo contrario permanece como viene. Es importante la utilizacin de este mtodo sencillo puesto que se reconocen caractersticas indispensables de manera rpida. Medicin de la pendiente promedio de la cuenca: Esta medicin se realiz con base en las cotas, tomando como referencia la cuadricula que trae el mapa, en forma perpendicular a los puntos de interseccin entre la cuadricula. Cota mayor y cota menor de la cuenca: De manera general se tomaron las mediciones de las cotas ms elevadas y ms bajas de la cuenca respecto a las curvas de nivel encontrando as la cota ms alta y la ms baja dentro de la geomorfologa que compone todo el entorno de la cuenca, se obtuvo que la cuenca es ms baja justamente en la misma cota en la que el rio desemboca. Cota mayor y menor del ro: Basndose en el mismo criterio utilizado para la cuenca decidimos observar el ro, se encontr que la cota mayor se encontraba en alguno de los ramales de donde nace agua, y la menor en la desembocadura, de esta forma al examinar la mayor y la menor elevacin se comprob dicha afirmacin. Longitud al punto ms alejado de la cuenca (Longitud de la cuenca): Se tom la medicin desde el inicio de la cuenca (desembocadura) hasta el final de la delimitacin hecha por la divisoria, este punto est ubicado cerca al punto ms alejado del ro. Zonas de produccin, transporte y depositacin de sedimentos: mediante el perfil efectuado se pudo observar los diversos cambios de pendiente que tiene la cuenca, de esta forma se ven 3 tipos de pendiente, la primera (pendiente en el nacimiento) debe ser pronunciada puesto que en este sector el rio produce sedimentos, la segunda (pendiente en el medio) es menos pronunciada mostrando as la zona de transporte, en donde se erosiona poco la cuenca y la tercera (zona de depositacin) que es la zona en donde el ro debe dejar todos sus sedimentos para poder equipararse con la corriente de desembocadura. Longitud del cauce principal: El cauce principal fue definido como el cauce en el cual se concentran las aguas provenientes de la cuenca, es el cauce que recibe todo el fluido y por donde se realiza el desage del mismo hacia otra corriente de agua. Longitud ro hasta la divisoria: La longitud del ro hasta la divisoria es ambigua puesto que hay longitudes infinitas desde el cauce a todos los puntos de la divisoria, de esta forma se decidi tomar la longitud mayor del ro hasta la divisoria es decir el mximo de cuan alejada esta la divisoria del punto ms lejano del ro aguas arriba. Pendiente cauce principal: Se midi con respecto al perfil que mostro la grfica en Excel. Figura 2.

5. Estimacin de coeficientes, indicadores y variables en general.

Histograma de pendientes para la cuenca: Para el histograma de pendientes, se calcul el porcentaje de pendientes en intervalos de tamao igual al 5% Perfil de cauce: Al calcular la altura de varios puntos sobre la cuenca se obtiene con seguridad un estimativo aproximado de la altura del punto, por ende se puede hacer una vista en perfil del cauce con abscisa en metros lineales y ordenada en metros sobre el nivel del mar. Tiempo de concentracin: El tiempo de concentracin fue definido como el tiempo en que se demora una gota de agua en ir de la parte ms alejada de la cuenca hasta la desembocadura del ro, para su clculo hay varios autores que proponen distintos mtodos:

Tiempo de concentracin segn Temez

Tiempo de concentracin (h) L: Longitud del cauce principal (Km) : Pendiente del cauce principal (msnm/m)

Tiempo de concentracin segn Williams

: Tiempo de concentracin (h) A: rea () Lc: Distancia en lnea recta desde el sitio de inters al punto ms alto de la cuenca (mi) D: dimetro de la cuenca circular, con rea A () : Pendiente de la cuenca (%)

Tiempo de concentracin segn Kirpich

: Tiempo de concentracin (h)L: longitud desde la estacin de aforo hasta la divisoria siguiendo el cauce principal (Km) : Pendiente del cauce principal (msnm/m)

Tiempo de concentracin segn Grandiotti

: Tiempo de concentracin (h) A: rea de la cuenca () L: longitud del cauce principal (Km) : Pendiente del cauce principal (msnm/m)

Tiempo de concentracin segn Scs-Ranser

: Tiempo de concentracin (h) L: Longitud del rio hasta la divisoria (Km) H: diferencia de cotas entre los puntos extremos del cauce principal (Ft)

Tiempo de concentracin segn Ven Te Chow

: Tiempo de concentracin (h) L: longitud del cauce principal (Km) : Cota mayor del cauce principal (m): Cota menor del cauce principal (m)

Relacin de elongacin: es la relacin entre el dimetro de un crculo que tenga la misma superficie de la cuenca y la longitud mxima de la cuenca.

A: rea total de la cuenca () Lm: Longitud mxima de la cuenca (km)

Factor de forma de Horton: Es el cociente entre la superficie de la cuenca y el cuadrado de su longitud mxima o recorrido principal de la cuenca Lm.

Coeficiente de compacidad: Segn lo aprendido en clase es la relacin entre el permetro de la cuenca y el permetro de un crculo de igual rea que la cuenca. Es mayor que la unidad, pudiendo alcanzar valores prximos a 3 en cuencas muy alargadas.

Kc: coeficiente de compacidad P: permetro (m) A: rea ()

Densidad de drenaje: Est definida como la relacin Dd, entre la longitud total a lo largo de todos los canales de agua de la cuenca en proyeccin horizontal y la superficie total.

: Longitud total de todos los canales de agua en km A: rea en km2 : Longitud de cada cauce

Curva hipsomtrica: Esta curva representa el rea drenada variando con la altura de la superficie de la cuenca. Tambin podra verse como la variacin media del relieve de la hoya. La curva hipsomtrica se construye llevando al eje de las abscisas los valores de la superficie drenada proyectada en km o en porcentaje, obtenida hasta un determinado nivel, el cual se lleva al eje de las ordenadas, generalmente en metros. Normalmente se puede decir que los dos extremos de la curva tienen variaciones abruptas. La funcin hipsomtrica es una forma conveniente y objetiva de describir la relacin entre la propiedad altimtrica de la cuenca en un plano y su elevacin.

RESULTADOS OBTENIDOS MEDIANTE LA METODOLOGA APLICADA

Jerarquizacin mediante el mtodo Strahler-Horton Al cuantificar las variables se logr tener una idea ms clara de la zona de trabajo y proseguimos a catalogarla por el mtodo de Strahler-Horton, al sumar cada uno de los caudales de las cuencas que desembocan en la quebrada La Mosca se obtiene que esta es de orden 5.

FALTA EL NMERO DE DRENAJES.

A partir de la aplicacin de los conceptos y las apreciaciones anteriormente definidas obtuvimos lo siguiente:

Tabla1.- Parmetros geomorfolgicos de la cuencaParmetroValor

rea de la cuenca 159.80

Permetro de la cuenca (km)71.73

Pendiente de la cuenca (%)23,23

Cota mayor de la cuenca(msnm)2500

Cota menor de la cuenca (msnm)2050

Longitud de la cuenca (km)20.00

Figura 1.- Histograma de pendientes.

Figura 2.- Perfil del cauce de la quebrada La Mosca

Figura 3.- Zonas de erosion, transporte y depositacin de la quebrada La Mosca.

Con la informacin que brindan la figura 2 y 3 y con los datos hallados por los mtodos descritos anteriormente, se calculan para la quebrada los siguientes parmetros:

Tabla 2.- Parmetros de la quebrada La MoscaParmetroValor

Longitud del cauce principal (km)21.94

Longitud del ro hasta la divisoria (km)22.44

Pendiente del cauce principal (%)0.62

Cota mayor de ro (msnm)2200

Cota menor del ro (msnm)2050

TIEMPO DE CONCENTRACIN.

Tiempo de concentracin segn Temez:

Tiempo de concentracin segn Williams:

Tiempo de concentracin segn Kirpich:

Tiempo de concentracin segn Scs-Ranser:

Tiempo de concentracin segn Ven Te Chow:

Tiempo de concentracin segn Grandiotti:

RELACIONES RESPECTO A LA GEOMOFOLOGA DE LA CUENCA

Relacin de elongacin:

Factor de forma de Horton:

Coeficiente de compacidad:

Densidad de drenaje:

Figura 4.- Curva hipsomtrica de la cuenca.

Tabla 3.- Datos para el clculo de la curva hipsomtricaRangoCota InferiorAlturaAltura (%)rea (km)rea (%)rea acumulada (%)

25004501,000,000,000,00

2400-250024003500,789,390,060,06

2300-240023002500,5616,190,100,16

2200-230022001500,3317,920,110,27

2150-220021501000,2210,940,070,34

2100-21502100500,1186,150,540,88

2050-2100205000,0018,360,121,00

ANLISIS

El valor del rea de la cuenca fue hallado usando un planmetro y los valores de las reas acumuladas se realiz mediante la cuadricula de una hoja milimetrada, siendo as estos valores menos precisos. En el momento de la impresin de los planos no se respet la escala original de dichos planos, 1:25000, por lo cual a lo largo del trabajo se presenta una acumulacin de errores respecto a valores verdaderos o que pudieron ser ms prximos a las condiciones reales; este error de impresin se evidencia en el anexo 1de forma muy clara; en un comienzo se intent trabajar con la escala que traa el plano, 1:22000 aproximadamente, pero se volvi un trabajo muy tedioso y engorroso.Aun as los parmetros geomorfolgicos consignados en la Tabla 1 no son muy distantes de los valores encontrados en la literatura respecto a la cuenca de la quebrada La Mosca.El tiempo de concentracin se puede definir como el tiempo que tarda una gota de agua en llegar de la parte ms alejada de la cuenca al sitio de salida de ella. Este parmetro es muy importante en la aplicacin de los mtodos de hidrogramas sintticos ya que define la duracin de la lluvia de diseo, la cual se maneja como igual al tiempo de concentracin, pues es ah cuando se espera que se presenten los caudales mximos debido a que toda la cuenca aporta al proceso de escorrenta; No existe un criterio especfico para elegir un tiempo de concentracin, por lo que comnmente se usa el promedio como medida final, sin embargo esta metodologa no es la ideal si se tienen valores muy diferentes; para la quebrada de La Mosca de observa que la cuenca presenta tiempos de concentracin muy similares excepto en el mtodo de Grandiotti. Como consecuencia de lo anterior se decide tomar un promedio de los valores restantes, es decir, excluyendo el del mtodo de Grandiotti y asumiendo como tiempo de concentracin seleccionado el ms prximo a este resultado. Se obtiene que el tiempo de concentracin es igual a 3,9 horas, seleccionando el valor del mtodo de Williams.Para cuencas planas, el factor de elongacin se acerca a la unidad y para cuencas con relieve pronunciado, el valor esta entre 0,6 y 0,8; De acuerdo a la relacin de elongacin hallado para la cuenca de la quebrada La Mosca igual a 0,7, esta tiene un relieve pronunciado, hecho que se evidencia especialmente en la zona aledaa al nacimiento de la quebrada.El factor de forma lo consideramos bajo, por tanto podemos afirmar que la cuenca de la quebrada La Mosca esta menos sujeta a crecidas que una de misma rea y factor de forma superior a 0,157El coeficiente de compacidad o ndice de Gravelius, nos ayuda a comparar el permetro de la cuenca con la circunferencia de un circulo, tenemos que para valores del coeficiente iguales a 1, la forma de la cuenca es perfectamente circular, si es igual a 1,128 es cuadrada y as sucesivamente, a medida que aumenta el factor tenemos indicios de mayores irregularidades. Observando el valor del ndice de Gravelius de la zona de estudio, es posible inferir una forma irregular con tendencia ms concentrada que alargada. La importancia de este factor radica en las posibilidades altas de producir avenidas superiores, en cuencas circulares debido a su simetra.El valor de Dd refleja, en cierto modo, la dinmica de la cuenca, la estabilidad de la red hidrogrfica y el tipo de escorrenta de superficie, as como la respuesta de la cuenca a una precipitacin.Esta respuesta condiciona la forma del hidrograma resultante en el desage de la cuenca. A mayor densidad de drenaje, mas dominante es el flujo en el cauce frente al flujo en la ladera, lo que se traduce en un menor tiempo de respuesta en la cuenca.Para la cuenca de la quebrada La Mosca se obtiene una de densidad de drenaje (baja, media, alta, muy alta) igual a #D y de textura Grosera, media, fina, ultra fina.Valores bajos de Dd generalmente estn asociados con regiones de alta resistencia a la erosin, muy permeables y de bajo relieve. Valores altos fundamentalmente son encontrados en regiones de suelos impermeables, con poca vegetacin y de relieve montaoso. La curva hipsomtrica muestra la relacin rea Vs Altura que es significativa a la hora de catalogar la edad de la cuenca; se puede decir que la quebrada de La Mosca tiene una cuenca sedimentaria, por la tendencia prxima a las cuencas en fase de vejez, hecho que tambin se ve reflejado en el perfil de la quebrada y la zona de depositacin de las figuras 2 y 3.

BIBLIOGRAFA

SANCHEZ, S. FRANCISCO. MEDIDA DE PENDIENTE. rea de Hidrologa e Hidrogeologa.Departamento de Geologa. Universidad de Salamanca, Espaa.Artculo publicado en:hidrologia.usal.es/Complementos/Medida_pendiente.pdf

GUERRERO. O. CAPTULO 4. GEOMORFOLOGA. Web del profesor. Departamento de ingeniera. Universidad de los Andes, Venezuela.Artculo publicado en:webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/oguerre/4_Geomorfologia.pdf