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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
TRABAJO DE TITULACIÓN
PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE:
INGENIERO CIVIL
HIDRÁULICA
TEMA:
"GENERACIÓN DEL MODELO DE AREAS DE INUNDACIÓN DEL RÍO
CATARAMA MEDIANTE EL USO DE LOS SOFTWARES HEC-RAS Y
ARC-GIS"
AUTOR
CARPIO RUGEL ALVARO ANDRÉS
TUTOR
ING. ÁNGELA VILLA, MSC
AÑO
2017 - 2018
GUAYAQUIL-ECUADOR
i
Agradecimiento
Agradezco primero a Dios y segundo a los que conforman mi familia a mi madre, a
mis dos hermanas y a mis dos tíos por haberme apoyado siempre en mis estudios.
ii
Dedicatoria
Este trabajo se lo dedico especialmente a mi madre por ser la inspiradora de cada
uno de mis pasos y ser guía en el sendero de cada acto que realizo.
v
Resumen
El desarrollo del presente proyecto de investigación consta del estudio de las áreas
de inundación del cantón Catarama el cual está ubicado a orillas del río Zapotal.
La cuenca del río Zapotal cuenta con una cuenca con un área de 3729 km², la cual se
le hizo el estudio hidrológico mediante el software HEC-HMS para periodos de retorno
de 5, 10, 25, 50, y 100 años teniendo en cuenta las características del método SCS,
puesto que este método presenta mayor exactitud en sus resultados ya que considera
parámetros que están en función de las características físicas de la cuenca y de la
cantidad de lluvia.
El en capítulo 3 se presenta una metodología propuesta para la obtención de los
mapas temáticos de inundación que con la implementación del modelo matemático
Hydrologic Engineering Center- River Analyst System (Hec-Ras) se modelo el
comportamiento del río Catarama para la obtención de resultados como calados con
lo que finalmente se determinan los mapas de inundación.
vi
Abstract
The development of this research project consists of the study of the flood areas of
the canton of Catarama, which is located on the banks of the Zapotal River.
The basin of the Zapotal River has a basin with an area of 3729 km², which was made
hydrological study by HEC-HMS software for return periods of 5, 10, 25, 50, and 100
years taking into account the characteristics of the SCS method, since this method
presents greater accuracy in its results since it considers parameters that are based
on the physical characteristics of the basin and the amount of rainfall.
In Chapter 3 a proposed methodology for obtaining the flood maps is presented. With
the implementation of the mathematical model Hydrologic Engineering Center - River
Analyst System (Hec-Ras), the behavior of the Catarama River was modeled to obtain
results as so that flood maps are finally determined.
vii
Índice General
Pag.
1 Capítulo 1 ..........................................................................................................................1
1.1 Introducción ...............................................................................................................1
1.2 Antecedentes ............................................................................................................2
1.3 Planteamiento del problema ...................................................................................3
1.4 Objetivos ....................................................................................................................4
1.4.1 Objetivo general ................................................................................................4
1.4.2 Objetivos específicos ........................................................................................5
1.5 Alcance.......................................................................................................................6
1.6 Justificación e importancia ......................................................................................6
2 CAPITULO 2 .....................................................................................................................8
Marco teórico ...........................................................................................................................8
2.1 Conceptos de flujo de fluidos en canales abiertos..............................................8
2.1.1 Hidrología fluvial ................................................................................................8
2.1.2 Hidrograma.........................................................................................................8
2.2 Morfología fluvial.......................................................................................................9
2.2.1 Cauces rectos ....................................................................................................9
2.2.2 Cauces trenzados o divagantes................................................................... 10
2.2.3 Cauce Sinuoso o Meándrico ........................................................................ 11
2.3 Número de Froude ................................................................................................ 12
viii
2.4 Número de Reynolds y el carácter del flujo ...................................................... 12
2.4.1 Tipos de flujo en canales abiertos ............................................................... 12
2.5 Elementos geométricos de una sección de canal ............................................ 15
2.6 Ecuación de la energía ......................................................................................... 16
2.7 Introducción a la hidráulica de ríos ..................................................................... 17
2.7.1 Clasificación básica de los ríos .................................................................... 18
2.8 DISTRIBUCIÓN DE VELOCIDADES EN CANALES ABIERTOS ................. 19
2.9 Tránsito de avenidas............................................................................................. 20
2.10 Rugosidad del cauce (coeficiente de Manning)................................................ 21
2.10.1 Coeficiente de Manning en ríos ............................................................... 21
2.11 Software HEC HMS............................................................................................... 21
2.11.1 Información requerida por el software Hec-Hms ................................... 23
2.12 HEC-RAS ................................................................................................................ 23
2.12.1 Ventaja y desventaja del software Hec-Ras .......................................... 24
3 CAPÍTULO 3 .................................................................................................................. 25
3.1 METODOLOGÍA .................................................................................................... 25
3.2 Fase 1: compilación de información ................................................................... 28
3.2.1 Información disponible................................................................................... 28
3.2.2 Información hidrológica ................................................................................. 28
3.2.3 Información cartográfica................................................................................ 29
3.2.4 Ortofotos .......................................................................................................... 29
ix
3.2.5 Hidrografía ....................................................................................................... 29
3.3 Fase 2: Clasificación de la información ............................................................. 29
3.3.1 Análisis de la información ............................................................................. 29
3.3.2 Datos hidrológicos.......................................................................................... 30
3.3.3 Delimitación de las cuencas hidrográficas ................................................. 31
3.3.4 Número de curva ............................................................................................ 32
3.3.5 Condiciones topográficas y usos del suelo ................................................ 36
3.3.6 Información hidrometeorológica................................................................... 39
3.3.7 Análisis de lluvia ............................................................................................. 40
3.3.8 Método de generación del hietograma mediante la regionalización del
INAMHHI (1999) ............................................................................................................ 40
3.3.9 Curvas IDF regionalización del INAMHI ..................................................... 41
3.3.10 Hietograma de diseño................................................................................ 42
3.3.11 Modelación hidrológica con Hec-Hms para Determinar los
hidrogramas para los diferentes periodos de retorno ............................................. 44
3.3.12 Componentes de Hec-Hms....................................................................... 45
3.3.13 Modelo de la cuenca .................................................................................. 45
3.3.14 Modelos meteorológicos ........................................................................... 48
3.3.15 Especificaciones de control ...................................................................... 50
3.3.16 Datos de series de tiempo ........................................................................ 52
3.3.17 Ejecución del programa ............................................................................. 54
3.3.18 Resultados: hidrogramas de diseño ........................................................ 55
x
3.4 Fase 3: Obtención del Raster .............................................................................. 56
3.4.1 Elaboración Del Modelo Digital Del Terreno (MDT) ................................. 56
3.4.2 Elaboración Del Modelo Digital De Elevaciones (MDE) .......................... 59
3.5 Fase 4: Creación de las secciones transversales del río Catarama. ............ 61
3.5.1 Modelación del río Catarama con HEC-RAS Y SIG ................................. 61
3.5.2 Información necesaria para la modelación ................................................ 62
3.5.3 Esquema de trabajo ....................................................................................... 62
3.5.4 Preproceso ...................................................................................................... 62
3.5.5 Trazo del eje del río ....................................................................................... 63
3.5.6 Creación de las líneas que definen los margenes “Banks” ..................... 65
3.5.7 Digitalización de los “FLOWPATHS”........................................................... 65
3.5.8 Creación de las secciones transversales ................................................... 67
3.5.9 Exportación de datos de Arc-Gis A Hec-Ras............................................. 69
3.6 Fase 5: Modelamiento en Hec-Ras .................................................................... 70
3.6.1 Modelamiento del flujo en Hec-Ras ............................................................ 70
3.6.2 Importación de las secciones transversales .............................................. 71
3.6.3 Modelación del flujo. ...................................................................................... 75
3.6.4 Creación del plan de análisis ....................................................................... 77
3.6.5 Resultados....................................................................................................... 78
3.6.6 Exportación de datos ..................................................................................... 79
3.7 Fase 6: Procesamiento de resultados en Arc-Gis............................................ 80
xi
3.7.1 Postproceso .................................................................................................... 80
3.7.2 Creación de nuevo análisis........................................................................... 81
3.7.3 Fase 7: Generación de mapas temáticos................................................... 84
4 CAPÍTULO 4 .................................................................................................................. 91
4.1.1 Resultados en Hec-Ras ................................................................................ 91
4.1.2 Gráficas obtenidas en Hec-Ras ................................................................... 91
4.1.3 Análisis de Inundaciones .............................................................................. 95
5 CAPÍTULO 5 .................................................................................................................. 97
5.1.1 Conclusiones................................................................................................... 97
5.1.2 Recomendaciones ......................................................................................... 98
6 Capítulo 6 ..................................................................................................................... 100
6.1 Bibliografía ............................................................................................................ 100
7 ANEXOS....................................................................................................................... 102
8 Registro fotográfico..................................................................................................... 110
xii
Índice de figuras
Pag.
Figura 1: Mapa de ubicación del proyecto ..........................................................................5
Figura 2: Representación gráfica de un hidrograma .........................................................9
Figura 3: Cauce recto .......................................................................................................... 10
Figura 4: Cauce Divagante ................................................................................................. 11
Figura 5: Cauce meándrico. ............................................................................................... 11
Figura 6: Energía de un flujo gradualmente variado en canales abiertos. ................. 16
Figura 7: Distribución de velocidades en canales abiertos. .......................................... 19
Figura 8: Variación de la velocidad en canales abiertos. .............................................. 20
Figura 9: Ventana principal del Software Hec-Ras ......................................................... 22
Figura 10: Vista de la opción del software Hec-Ras....................................................... 24
Figura 11: Metodología para la creación de mapas temáticos de inundación ........... 26
Figura 12 Proceso para la obtención de hidrogramas mediante el software Hec-Hms.
................................................................................................................................................. 30
Figura 13: Delimitación y Distribución de las subcuencas Hidrográficas.................... 31
Figura 14: Curva del método SCS. ................................................................................... 33
Figura 15: CN en función del uso del suelo y del grupo hidrológico del suelo. ......... 35
Figura 16: CN en función del uso del suelo y del grupo hidrológico del suelo .......... 37
Figura 17: Curvas Intensidad-Duración-Frecuencia Regionalización del INAMHI
1999........................................................................................................................................ 42
Figura 18: Hietograma para un periodo de retorno de 50 años. .................................. 44
Figura 19: Creación de un nuevo proyecto en Hec-Hms. ............................................. 45
Figura 20: Creación de subcuencas en Hec-Hms. ......................................................... 46
Figura 21: Descripción de los parámetros a utilizar en el modelo de la subcuenca . 47
xiii
Figura 22: Introducción y selección de métodos utilizados para la caracterización de
las subcuencas ..................................................................................................................... 48
Figura 23: Creación del modelo meteorológico. ............................................................. 49
Figura 24: Selección del hietograma y el sistema de unidades. .................................. 50
Figura 25: Especificaciones de control para la simulación del programa HEC-HMS.
................................................................................................................................................. 51
Figura 26: Especificaciones de control para la simulación del programa HEC-HMS.
................................................................................................................................................. 51
Figura 27: Introducción de los datos de series de tiempo. ............................................ 52
Figura 28: Introducción del Hietograma de diseño para la simulación del programa
HEC-HMS .............................................................................................................................. 53
Figura 29: Visualización del Hietograma ingresado. ...................................................... 53
Figura 30: Visualización del Hietograma ingresado. ...................................................... 54
Figura 31: Ejecución del programa. .................................................................................. 54
Figura 32: Hidrograma de crecida periodo de retorno 50 años.................................... 55
Figura 33: Proceso para la creación del Modelo Digital Del Terreno. ......................... 56
Figura 34: Procesamiento del Modelo Digital del Terreno en Global Mapper. .......... 57
Figura 35: Vista en 3D Modelo Digital del Terreno en Global Mapper........................ 57
Figura 36: Generación de las curvas de nivel en Global Mapper. ............................... 58
Figura 37: Exportación de las curvas de nivel a Arc-Gis. .............................................. 59
Figura 38: Generación del TIN........................................................................................... 60
Figura 39: Proceso para el modelamiento en Hec-ras. ................................................. 61
Figura 40: Creación del Layer del eje del río................................................................... 63
Figura 41: Creación del eje del río. ................................................................................... 64
Figura 42: Asignación del nombre del río. ....................................................................... 64
xiv
Figura 43: Creación de los bancos del río Catarama..................................................... 65
Figura 44: Creación de los flowpaths del río Catarama................................................. 66
Figura 45: Designación de la posición de los Flowpaths............................................... 66
Figura 46: Abscisado del río Catarama. ........................................................................... 67
Figura 47: Creación del abscisado del río Catarama. .................................................... 68
Figura 48 : Asignación de las propiedades geométricas del terreno a las secciones
transversales del río Catarama. ......................................................................................... 69
Figura 49: Interface para la exportación de las secciones transversales al software
Hec-Ras. ................................................................................................................................ 70
Figura 50: Ventana principal del software Hec-Ras. ...................................................... 71
Figura 51: Importación de las secciones transversales al escritorio geométrico del
Hec-Ras. ................................................................................................................................ 71
Figura 52: Opciones del escritorio geométrico del Hec-Ras......................................... 72
Figura 53: Visualización de secciones.............................................................................. 73
Figura 54: Visualización de la secciones. ........................................................................ 73
Figura 55: Selección del coeficiente de rugosidad de Manning. .................................. 74
Figura 56: Introducción del coeficiente de rugosidad de Manning............................... 75
Figura 57: Condiciones de contorno para la modelización del flujo. ........................... 76
Figura 58: Introducción de los valores del hidrograma en aguas arriba. .................... 76
Figura 59: Introducción de la pendiente media del río en aguas abajo. ..................... 77
Figura 60: Creación del plan de trabajo. .......................................................................... 77
Figura 61: Ejecución del modelo en Hec-Ras. ................................................................ 78
Figura 62: Vista 3D de las secciones después de la simulación.................................. 79
Figura 63: Exportación de los resultados obtenidos de Hec-Ras al Arc-Gis. ............ 80
Figura 64: Conversión del archivo SDF a XML. .............................................................. 81
xv
Figura 65: Conversión del archive SDF a XML. .............................................................. 81
Figura 66: Creación de un nuevo proceso de análisis en Arc-Gis. .............................. 82
Figura 67: Importación de los resultados. ........................................................................ 82
Figura 68: Resultados obtenidos del Hec-Ras. ............................................................... 83
Figura 69: Generación del raster de inundación ............................................................. 83
Figura 70: Visualización del raster de inundación. ......................................................... 84
Figura 71: Generación del mapa de inundación. ............................................................ 85
Figura 72: Mapa de inundación para un periodo de 5 años. ........................................ 86
Figura 73: Mapa de inundación para un periodo de retorno de 10 años. ................... 87
Figura 74: Mapa de inundación para un periodo de retorno de 25 años. ................... 88
Figura 75: Mapa de inundación para un periodo de retorno de 50 años. ................... 89
Figura 76: Mapa de inundación para un periodo de retorno de 100 años.................. 90
Figura 77: Relación entre velocidad y longitud del río. .................................................. 92
Figura 78: Perfil hidráulico creado en Hec-Ras. ............................................................. 92
Figura 79: Valores hidráulicos máximos obtenidos de cada sección. ......................... 93
Figura 80: Sección transversal después de la simulación en Hec-Ras. ..................... 94
Figura 81: Medición de las áreas propensas a inundaciones....................................... 95
Figura 82: Visualización de los sectores inundados. ..................................................... 96
xvi
Índice de tablas
Pag.
Tabla 1: Grupo hidrológicos de suelos .................................................................................... 34
Tabla 2: Metodología utilizada para el cálculo del CN de la subcuenca Calabí .................... 38
Tabla 3: Número de curva para cada subcuenca ................................................................... 39
Tabla 4: Estaciones hidrológicas empleadas como puntos de control................................... 39
Tabla 5: Ecuaciones de la estación Pechinligue. .................................................................... 41
Tabla 6: Hietograma de diseño para periodo de retorno de 50 años. .................................... 43
1
1 Capítulo 1
1.1 Introducción
La región Costa del Ecuador es la más poblada del país, existen áreas de esta
región que son consideradas como vulnerables a las inundaciones.
El río Catarama es un importante sistema fluvial de la provincia de Los Ríos, nace
de la unión de los ríos Zapotal y Sibimbe, inicia en la provincia de Cotopaxi con el
nombre Saquisillí, en su recorrido en la provincia de Los Ríos aumenta su caudal al
recibir afluentes de los ríos Calabí y Angamarca, siguiendo su curso, pasa por la
parroquia Zapotal, y toma su nombre, recibe otros nombres tributarios más pequeños
como: el Lechugal, Oncebi, Sibimbe, Macagua, entre otros. Finalmente toma el
nombre de Catarama, al desembocar en dicha población.
Las inundaciones se producen cuando las precipitaciones superan la capacidad de
retención e infiltración del suelo, la capacidad máxima de transporte de un río o arroyo
es superada y el cauce principal se desborda e inunda a los terrenos cercanos, las
inundaciones son un evento natural y recurrente para un río (Breña & Jacobo, 2006).
Existen muchos problemas que causan las inundaciones, los cuales son: caminos
anegados, problemas de salud, incomunicación entre poblaciones, pérdidas humanas
etc.
La actividad humana sin ningún tipo de control es una de las causas que generan
las inundaciones como lo son los asentamientos poblacionales en las orillas de los
ríos, otra problemática es la tala indiscriminada de los árboles destruyendo las
coberturas vegetales aumentando la erosión del suelo, alterando de esta manera el
ciclo hidrológico del ambiente.
2
Existen diversos tipos de inundaciones las cuales son:
Inundaciones pluviales: se presentan cuando el suelo ha sido saturado y el agua
excedente comienza a acumularse permaneciendo en el sitio por horas o días, hasta
que se logre evaporar.
Inundaciones fluviales: son provocadas por el desbordamiento de ríos.
Las inundaciones en el Cantón Catarama se han hecho muy frecuentes en épocas
invernales provocado por el aumento de la intensidad de las lluvias, al desbordarse el
río Catarama inundan muchas áreas, afectando a su población. La mayoría de las
zonas marginales y rurales se ven afectadas seriamente por lo que los habitantes
tienen que ser llevados a diversos albergues.
La zona agrícola es muy afectada, perdiendo la mayoría de sus cultivos y animales.
Mediante este estudio, con el uso de mapas temáticos nos permitirá identificar en
el Cantón Catarama las áreas más propensas a sufrir inundaciones. El mapa de
inundación que se generaran en el presente trabajo ayudará a la toma de decisiones
permitiendo tomar medidas preventivas, correctivas, evitar pérdidas materiales y
humanas que puedan afectar al sector.
1.2 Antecedentes
Se puede notar que el crecimiento de las ciudades es permanente, y existen
grandes asentamientos de forma inapropiada de poblaciones cercanas a las orillas
de los ríos.
El asentamiento ilegal de las personas convierte áreas en estado natural en áreas
pavimentadas esto es muy perjudicial ya que provocan cambios en el ciclo hidrológico
3
esto se debe que se aumente el volumen y la velocidad de escurrimiento superficial
de las áreas afectadas.
El cantón Catarama, por su ubicación a los bordes del río Zapotal el cual está
influenciado por varios afluentes que provocan de manera directa el aumento rápido
de su caudal en épocas invernales ocasionando el desbordamiento del río Catarama.
Existen varios estudios hechos en la provincia de Los Ríos uno de ellos es: El Plan
de Aprovechamiento y Control de Agua de la Provincia de Los Ríos (PACALORI), que
se encuentra ubicado en la parte central de la provincia, entre los ríos zapotal, Vinces
y Macul (Vintimilla Sarmiento & Zhungo Ordóñez, 2013).
La Universidad de Cuenca por medio del Programa de Manejo del Agua y el Suelo
(PROMAS) firmó un convenio con la SENAGUA para desarrollar los estudios en las
fases del proyecto.
1.3 Planteamiento del problema
Catarama es una ciudad de la provincia de Los Ríos. Es la cabecera del cantón
Urdaneta. Se encuentra ubicada a orillas del Río Zapotal.
La creciente del río Zapotal representa de manera constante una amenaza en
épocas invernales al sector, provocando inundaciones y afectando caminos
principales que sirven para el comercio de los habitantes.
El último invierno (2017) que enfrentó el cantón Catarama provocó el
desbordamiento del río Zapotal provocando inundaciones en diferentes sectores y
afectando principalmente la producción agrícola del cantón.
La falta de información sobre inundaciones ha provocado que no se tomen las
medidas preventivas y correctivas; por lo que se hace necesario generar productos
4
temáticos que incluyan corrida de modelos con datos recolectados de personas,
instituciones civiles y gubernamentales, para determinar mediante un mapa de
inundación zonas vulnerables para la reducción de riesgos causados por las
inundaciones.
El mapa de inundación puede considerarse información prioritaria para la toma de
decisiones para la institución competente con la finalidad que se generen estrategias
y se tome decisiones apropiadas para precautelar y evitar riesgos a las personas del
cantón Catarama.
1.4 Objetivos
1.4.1 Objetivo general
Correr un modelo hidráulico mediante la implementación del software HEC-RAS
para determinar zonas de inundación, con el uso de hidrogramas de diferentes
periodos de retorno comprendido entre las coordenadas (664014,52 E; 9801679,41
S) hasta (665598 E; 9802399 S), del río Catarama considerada como área piloto de
este estudio.
5
Figura 1: Mapa de ubicación del proyecto
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel
1.4.2 Objetivos específicos
• Generación del modelo de área de inundación con el software HEC-RAS.
• Comprobación de los hidrogramas generados del estudio hecho por Vintimilla
A., Zhungo J. Universidad de Cuenca (2013) mediante el uso del software Hec-
Hms.
• Aplicación de sistemas de información geográfica mediante el uso del software
Arc-GIS y su combinación con el modelo HEC-RAS para generación del mapa
de inundación del río Catarama.
• Elaborar el mapa temático para identificar las diferentes áreas con alta
vulnerabilidad de inundación.
Sources: Esri, HERE, DeLorme, Intermap, increment PCorp., GEBCO, USGS, FAO, NPS, NRCAN, GeoBase,IGN, Kadaster NL, Ordnance Survey, Esri Japan, METI,Esri China (Hong Kong), swisstopo, MapmyIndia, ©OpenStreetMap contributors, and the GIS UserCommunity
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:
6
1.5 Alcance
La presente investigación tiene como finalidad estimar las coberturas de
inundación, mediante la ayuda de Sistemas de Información Geográfica y softwares
hidráulicos.
Con las secciones de control definidas a lo largo del río Catarama con el Arc-Gis,
se exportarán las secciones al software hidráulico HEC-RAS, para la modelación del
comportamiento del río Catarama, lo cual se obtendrá las propiedades hidráulicas de
las secciones, esto se hará para caudales estimados de diferentes periodos de
retorno.
Se exportarán los datos obtenidos mediante el HEC-RAS para su debido
procesamiento en el Arc-Gis obteniendo mapas temáticos de inundaciones para
diferentes periodos de retorno.
Se visualizará y se estimarán las áreas con mayor susceptibilidad a sufrir
inundaciones.
1.6 Justificación e importancia
Los Sistemas de Información Geográfica nos permiten la facilidad de la creación
de métodos automatizados para el respectivo análisis de la variación espacial y como
se va desarrollando las diferentes áreas de inundaciones, la cual proveerá un mejor
desarrollo del análisis de la inundación de manera espacial.
En la actualidad se pueden disponer de modelos en donde evalúen las áreas de
inundación mediante softwares hidráulicos, los cuales permiten no solo estimar los
niveles esperados en los cauces de los ríos, sino que además permita establecer las
7
posibles zonas de riesgos, siendo esto de mucha importancia para la toma de
medidas de prevención.
Con la disponibilidad de mapas temáticos se podrá identificar las áreas con mayor
susceptibilidad de ser afectadas por una inundación, con la finalidad de dar soluciones
a la población afectada, disminuyendo así los posibles problemas que puedan causar
una crecida de un río como por ejemplo generar una respuesta inmediata a un evento
no esperado como es el fenómeno de niño el cual generaría inundaciones de gran
magnitud afectando principalmente al sector agrícola.
8
2 CAPITULO 2
Marco teórico
Generalidades
2.1 Conceptos de flujo de fluidos en canales abiertos
Los flujos en canales abiertos fluyen con la ayuda de la fuerza de gravedad. En
canales abiertos el líquido que fluye tiene una superficie libre, las únicas fuerzas de
presión que ejercen sobre el líquido es su propio peso y la presión atmosférica (Chow,
1994). El flujo en canales abiertos también se da en la naturaleza, como por ejemplo
en ríos, arroyos, etc.
2.1.1 Hidrología fluvial
Es el estudio de cursos de agua con la finalidad de llevar a cabo obras de
aprovechamiento hídrico (Martín, 2003). El régimen hidrológico se refiere al cambio
que puede tener un caudal y las precipitaciones con respecto a un tiempo
determinado que generalmente es un año.
2.1.2 Hidrograma
Es una representación gráfica de los caudales en función con el tiempo. El área
bajo la curva de un hidrograma es el volumen que paso en un intervalo de tiempo.
Según Martín (2003) “La forma del hidrograma de avenida es también importante en
el estudio de un río. Las duraciones de caudales cercanos al máximo influyen en la
acción del agua sobre el cauce.” (p. 27). Los factores determinantes que afectan la
forma del hidrograma son: la forma que tiene la cuenca, y su red de drenaje.
Con la ayuda del hidrograma se puede hacer el análisis como:
• Obtención de volúmenes y duración de las inundaciones.
9
• La forma del hidrograma está relacionada con las características de la cuenca.
• Tiempo de duración de los caudales cercano al máximo.
Figura 2: Representación gráfica de un hidrograma
Fuente: (PROMAS U. de cuenca, 2010)
2.2 Morfología fluvial
La morfología fluvial se la puede denominar como el análisis y compresión de la
forma de un río en su recorrido, en la naturaleza es muy difícil encontrar cauces rectos
y muy regulares (Martín, 2003). De esta forma se pueden apreciar diferentes tipos de
cauces.
2.2.1 Cauces rectos
En la naturaleza no existen cauces rectos, estos solo existen cuando son
controlados. Por otra parte, se considera que un río se comporta de forma recta
cuando su caudal que transporta ocupa toda la sección transversal del río (Felices,
1998).
10
Figura 3: Cauce recto
Fuente: (Rocha Felices, 1998)
2.2.2 Cauces trenzados o divagantes
Una de las características de estos tipos de cauce es que contienen pequeñas
formaciones de islas las cuales son pocos estables y que dependen solo del
transporte de sedimentos que se produce el cauce. Según Martín (2003) “Son cauces
inestables en el sentido de que una crecida puede cambiarlos considerablemente”
(p.24).
Las dos características predominantes para que estos tipos de ríos se den deben
de ser: el exceso de sedimentos que el cauce no pueda transportar en su desarrollo
y por las fuertes pendientes predominantes.
11
Figura 4: Cauce Divagante
Fuente: (Rocha Felices, 1998)
2.2.3 Cauce Sinuoso o Meándrico
Las formas de estos cauces son en curvas, los cuales están formados con una
sucesión de curvas. Las existencias de las curvas se dan por la existencia de un flujo
de forma helicoidal. Martín (2003) afirma: “Los meandros pueden ser regulares o bien
irregulares debido a la heterogeneidad en la resistencia de las orillas” (p.25).
Figura 5: Cauce meándrico.
Fuente: (Juan Martín, 2003)
12
2.3 Número de Froude
El número de Froude se entiende como la relación que existe entre las fuerzas
inerciales y las fuerzas gravitacionales que están presentes en el fluido (Chow, 1994).
𝐹 =𝑉
√𝑔 𝐿
Donde:
F= número de Froude.
V= velocidad media del flujo en m/s.
g=aceleración de la gravedad en m/s²
L= Longitud característica en (m), en canales abiertos la longitud característica es
igual como profundidad hidráulica.
2.4 Número de Reynolds y el carácter del flujo
El número de Reynolds permite determinar el carácter turbulento o laminar por
ejemplo en un conducto si el número de Reynold es menor de 2000 el flujo será de
carácter laminar y si es mayor de 4000 será de carácter turbulento (Chow, 1994).
2.4.1 Tipos de flujo en canales abiertos
Para el análisis de flujos en canales abiertos se debe basar en dos criterios el
primero es el espacio y el segundo el tiempo estos criterios influyen directamente para
determinar el tipo de flujo (Chow, 1994) los cuales tenemos:
• Flujo permanente.
• Flujo no permanente.
• Flujo uniforme.
13
• Flujo variado.
• Flujo laminar.
• Flujo turbulento.
• Flujo crítico.
• Flujo supercrítico.
• Flujo subcrítico.
Flujo permanente
Un flujo es permanente es constate en un determinado tiempo sin cambiar sus
condiciones o si la profundidad del flujo no cambia (Chow, 1994).
Flujo no permanente
La profundidad cambia a través del tiempo. En los estudios de canales abiertos al
tratarse de un flujo no permanente el nivel cambia de manera abrupta mientras pasa
por el canal (Chow, 1994).
Flujo Uniforme
Según Chow (1994), el flujo es uniforme si la profundidad es la misma en cada
sección del canal, puede ser permanente o no permanente según si cambia o no la
profundidad con respecto al tiempo determinado.
Flujo variado
Un flujo es rápidamente variado cuando la profundidad del agua cambia de manera
rápida en todas las secciones del canal en distancia cortas; el flujo al no cambiar de
forma repentina es gradualmente variado (Chow.1994).
14
Flujo laminar
El movimiento de este tipo de flujo es suave, en donde las partículas siguen una
trayectoria paralela y ordenada. Es por eso que este tipo de flujo se presenta en
velocidades bajas con pendientes muy pequeñas (Chow, 1994).
(Número de Reynolds < 2000)
Flujo turbulento
En este tipo de flujo el movimiento de las partículas es de forma muy desordenada,
formando pequeños remolinos (Chow, 1994).
(Número de Reynolds >100000)
Flujo critico
La combinación de las fuerzas inerciales y gravitacionales es muy desequilibrada
lo cual provocan que el flujo se convierta en inestable, este tipo de flujo es inaceptable
y no recomendado al usarlo en cualquier diseño de alguna obra hidráulica. Para este
tipo de flujo el número de Froude es igual a 1 en esta condición no se genera resaltos
hidráulicos (Chow, 1994).
Flujo supercrítico
Este tipo de flujo se da con velocidades y pendientes muy elevadas, las fuerzas
inerciales influyen mayormente que las gravitacionales formando así los resaltos
hidráulicos. En este tipo de flujo el número de Froude es mayor que 1 (Chow, 1994).
15
Flujo subcrítico
En este tipo de flujo las fuerzas gravitacionales actúan directamente las fuerzas
inerciales, tienen velocidades y pendientes bajas para este estado de flujo el número
de Froude es menor a 1 (Chow, 1994).
2.5 Elementos geométricos de una sección de canal
Los elementos geométricos de un canal son propiedades características de cada
sección estos pueden ser obtenidos mediante la geometría de la sección y la
profundidad de flujo (Chow, 1994).
Entre los elementos más importantes tenemos:
• Radio hidráulico (R)
R=A/P
Donde:
A= área mojada. Y P= perímetro mojado.
• Profundidad hidráulica (D)
D=A/T
Donde:
A= área mojada y T= ancho de la superficie
16
2.6 Ecuación de la energía
Según Chow (1994) “La energía total que pasa por una sección de canal se puede
expresar como la altura total de agua, que es igual a la suma de elevación por encima
del nivel de referencia, la altura de presión y la altura de velocidad” (p.40).
Figura 6: Energía de un flujo gradualmente variado en canales abiertos.
Fuente: (Ven Te Chow, 1994)
La energía total de una sección se la puede expresar como:
𝐻 = 𝑧 + 𝑑 cos(𝜃) + 𝑉2
2 𝑔
Donde:
𝑧 = Es la elevación del punto por encima de referencia.
𝑑 = Profundidad del punto por debajo de la superficie del agua medida a lo largo de
la sección del canal.
𝜃 = Angulo de la pendiente del fondo del canal.
17
𝑉2
2 𝑔 = altura de velocidad del flujo en la línea de corriente que pasa a través de la
sección.
Canales de pendientes baja 𝜃 = 0 por lo tanto la ecuación queda expresada de la
siguiente manera:
𝐻 = 𝑧 + 𝑑 + 𝑉2
2 𝑔
Chow (1994) afirma que, de acuerdo con el principio de conservación de energía,
la altura de energía total de la sección 1 localizadas aguas arriba debe ser igual a la
altura de energía total en la sección 2 localizadas aguas abajo más la perdida de
energía hf entre las dos secciones.
𝑧1 + 𝑑1 cos(𝜃) + 𝛼1
𝑉2
2 𝑔= 𝑧2 + 𝑑2 cos(𝜃) + 𝛼2
𝑉2
2 𝑔+ ℎ𝑓 (1)
Para un canal de pendiente pequeña es:
𝑧1 + 𝑦1 + 𝛼1
𝑉2
2 𝑔= 𝑧2 + 𝑦2 + 𝛼2
𝑉2
2 𝑔+ ℎ𝑓 (2)
Las ecuaciones (1) y (2) se las conoce como la ecuación de la energía.
2.7 Introducción a la hidráulica de ríos
El estudio de la hidráulica de ríos es el análisis de la intervención humana, con la
finalidad de utilizar y sacar provecho al máximo potencial de este recurso y con la
finalidad de prevenir y disminuir desastres (Martín Vide, 2003).
Los canales tienen factores característicos definidos como lo es, revestimiento, sus
secciones transversales, pero cuando se habla sobre el análisis de ríos se obtienen
factores muy cambiantes a través del tiempo por lo cual lo hacen muy difícil su
18
entendimiento uno de estos factores más importante es el cambio constante de
caudales con respecto al tiempo , avenidas que alteran la forma del cauce, etc (Martín
Vide, 2003).
La rugosidad de un río es mucha más compleja de determinar, ya que es muy
variable, depende del material que se encuentra depositado en su lecho, y la forma
del lecho (Chow, 1994).
2.7.1 Clasificación básica de los ríos
Existen características dominantes que tienen gran influencia en los cauces estas
son:
• El agua subterránea es un factor que asegura que continúe un régimen, una
permeabilidad muy elevada hace que el río se seque (Rocha Felices, 1998).
• La topografía y la morfología de una cuenca son factores que influye
directamente en las pendientes de los ríos (Rocha Felices, 1998).
El régimen hidrológico es definido por las características y las precipitaciones de la
cuenca.
Para el presente estudio se describirán los siguientes ríos:
• Ríos efímeros tienen caudal cuando se desarrolla la época invernal, el resto
del tiempo se encuentran secos (Martín Vide, 2003).
• Ríos aluviales estos se encuentran sobre depósitos sedimentarios, en el lecho
se encuentran materiales granulares sueltos, debido a los grandes
asentamientos humanos actualmente aumentan el riesgo de inundaciones
(Martín Vide, 2003).
• Ríos de lecho rocoso (Martín Vide, 2003).
19
• Río torrenciales tienen pendientes mayores al 1.5% y torrentes a los que tienen
pendiente mayor al 6% (MARTIN VIDE, 2003).
2.8 DISTRIBUCIÓN DE VELOCIDADES EN CANALES ABIERTOS
Estudios hechos en varios canales demuestran que las velocidades no están
distribuidas uniformemente en una sección transversal (Chow, 1994). La velocidad
máxima media en canales ocurre por debajo de la superficie libre del agua a una
distancia semejante de 0.05 a 0.25 m de profundidad.
Figura 7: Distribución de velocidades en canales abiertos.
Fuente: (Chow V. T. 1982)
La velocidad de un canal no depende de la forma que tiene, sino también de las
rugosidades que puede tener en todo su desarrollo, entre más profundo sea un canal
la velocidad máxima se encontrara más abajo (Chow,1994).
20
Figura 8: Variación de la velocidad en canales abiertos.
Fuente: (Chow V. T. 1982)
2.9 Tránsito de avenidas
El tránsito de avenida es el estudio de una avenida de un río de un punto a otro de
forma natural durante la crecida de un río.
El tránsito de avenidas se la utiliza particularmente para el estudio de niveles
máximos de crecidas, volumen de agua y el desarrollo del flujo en función del tiempo
(Breña & Jacobo, 2006).
Lo más importante del entendimiento del tránsito de avenidas nos permite obtener
el nivel que alcanzará la crecida en las llanuras de inundación.
Existen dos enfoques principales para el cálculo del método de transito de avenidas
basados en la hidrología y la hidráulica.
En el enfoque hidrológico aplica conceptos como el de conservación de la masa,
estas ecuaciones pueden ser resueltas manualmente por su facilidad y comprensión
(Breña & Jacobo, 2006).
El segundo método los hidráulicos utilizan ecuaciones de conservación de la masa
y de conservación de momento, para la realización de este método se necesita se
21
información más detallada ya que es muy complejos, sus ecuaciones pueden ser
resueltas utilizando softwares (Breña & Jacobo, 2006).
2.10 Rugosidad del cauce (coeficiente de Manning)
El coeficiente de Manning es la representación del flujo de agua en cauces y
llanuras de inundación, algunos autores recomiendan:
• Entender los posibles factores que afectan el valor del coeficiente de Manning.
• Consultar varios cuadros de valores típicos para canales de diferentes tipos.
• Obtener el valor del coeficiente de Manning bajo un desarrollo analítico que
esté basado en la distribución teórica de la velocidad en la sección transversal
del canal.
2.10.1 Coeficiente de Manning en ríos
Es un parámetro principal que actúa de marea directa en la calibración del modelo
hidráulico de un canal.
Según Rocha Felices (1998) en un cauce natural la disposición de la morfología es
demasiada variada, en varios estudios determinan que los efectos de rugosidad en el
cauce de un río tienden a reducir por el aumento de la profundidad del flujo.
Existen varios procedimientos al momento de calcular el coeficiente de Manning el
más usado es el de (Ven Te Chow, 1994), donde se define un valor de rugosidad base
mediante tablas.
2.11 Software HEC HMS
El Hec-Hms (Hydrologic Engineering Centers Hydrologic Modeling System) es un
programa de simulación hidrológica para estimar los hidrogramas de salida en una
22
cuenca o varias subcuencas, a partir de condiciones extremas de lluvia (Villon, 2005).
Para realizar estos cálculos se parte de los datos de un hietograma de precipitación
y, a través de una serie de modelos, se calcula el exceso de precipitación (o
precipitación neta), restando las pérdidas por infiltración y detención, sobre la base
de una función de velocidad de infiltración del agua en los suelos.
Figura 9: Ventana principal del Software Hec-Ras
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
FUNCIONAMIENTO DEL SOFTWARE HEC-HMS
El software HEC-HMS proporciona una interfaz gráfica para el usuario, la cual es
muy fácil de manejar, permite introducir la información necesaria para una simulación,
manejar los componentes de análisis hidrológico a través de módulos integrados, y
obtener respuestas gráficas o tabuladas de fácil comprensión e impresión (US Army
Corps of Engineers, 2016).
23
2.11.1 Información requerida por el software Hec-Hms
La información que necesita el programa que se le proporcione está relacionada
directamente con los métodos de cálculo que el software maneja como por ejemplo
el método del hidrograma unitario de Sneyder (US Army Corps of Engineers, 2016) .
Existen cinco grupos básicos de información que deben suministrarse a HEC-HMS
para efectuar las simulaciones:
1. Información acerca de la precipitación histórica o de diseño.
2. Información acerca de las características del suelo.
3. Información morfométrica de las subcuencas.
4. Información hidrológica del proceso de transformación de lluvia en escorrentía.
5. Información hidráulica de los tramos de canal y de las capacidades de los
embalses (métodos de tránsito).
2.12 HEC-RAS
Modelo Unidimensional Hec-Ras es un software en donde su principal función es
la delimitación de áreas de inundación, calcula el nivel de agua de cada sección
transversal de un río (Santiago Aurelio Ochoa, 2014).
El software no solo calcula llanuras de inundación tiene la capacidad de calcular
otras variables hidráulicas una de ellas es la socavación y sedimentación en
elementos de apoyos como pueden ser pilas de puentes(Santiago Aurelio Ochoa,
2014).
La interfaz del programa hace posible que el ingreso de información para los
diferentes regímenes de flujo sea sencillo.
24
Figura 10: Vista de la opción del software Hec-Ras
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel
2.12.1 Ventaja y desventaja del software Hec-Ras
Ventaja
• La descarga del software es de manera gratuita sin licencia permitiendo su uso
sin restricciones.
• Se pueden modelar elementos de apoyos de las obras de ingeniería tales como
las pilas de puentes.
• Los efectos causados por obras hidráulicas pueden ser tomados en el cálculo.
• Se puede modelar el transporte de sedimentos.
• Obtención de llanuras de inundación.
Desventajas
• El programa realiza cálculos unidimensionales por lo cual no es útil en
estructuras que requieran cálculos bidimensionales (US Army Corps of
Engineers, 2016).
• En ríos con pendientes muy altas genera problemas de tipo numérico e
inestabilidad durante el análisis (Lenin Rodrigo, 2013).
25
3 CAPÍTULO 3
3.1 METODOLOGÍA
En esta investigación se desarrolló una propuesta metodológica para la creación
del mapa temático de inundación del río Catarama; para diferentes periodos de
retorno, utilizando información hidrográfica, hidrológica y cartográfica disponible de
varias instituciones gubernamentales.
Los mapas de inundación se desarrollaron mediante la utilización del Sistemas de
Información Geográfica (Arc-Gis), en combinación con software de modelmiento
hidráulico Hec-Ras.
Para el desarrollo del mapa de inundación del Río Catarama se tomó en
consideración las siguientes variables: hidrología, hidráulica, cartografía base,
ortofotos, modelos TIN, modelos Raster que fueron obtenidos mediante solicitud a
diferentes entidades del estado gestionadas a través de la Universidad de Guayaquil.
La siguiente metodología mostrada en la figura 9 está estructurada por diferentes
fases que se llevaron a cabo durante el desarrollo de los mapas de inundación para
el río Catarama.
Las fases que cuenta el proyecto se describen a continuación:
26
FASE 1 FASE 2 FASE 3 FASE4
FASE 7 FASE 6 FASE 5
Figura 11: Metodología para la creación de mapas temáticos de inundación
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
Fase 1: Compilación de información
En esta fase del proyecto se realizó la compilación de información sobre: estudios
hidrológicos en el área de estudio, se consultó con varias instituciones privadas y
gubernamentales.
Compilación de
información.
Obtención de
información
disponible de
varias
instituciones
• Estudios
Hidrológicos.
• Ortofotos.
• Imágenes
DEM.
• Cartografía.
Clasificación de
la información
Análisis de los
estudios
hidrológicos en
HEC-HMS.
Modelación de
la cuenca del río
Catarama
Obtención de
los hidrogramas
Obtención del
DEM
Procesamiento
de las
Ortofotos.
Obtención de
las curvas de
nivel.
Exportación del
DEM al Arc-Gis.
Creación de las
secciones
transversales en
Arc-Gis
Modelación del
río Catarama
con la extensión
Hec-GeoRas.
Exportación de
las secciones al
Hec-Ras.
Modelación en
Hec-Ras
Importación de
las secciones.
Introducción de
parámetros
hidráulicos y
exportación de
resultados.
Procesamiento
de resultados
en Arc-Gis
Importación de
resultados de
Hec-Ras
mediante la
extensión Hec-
GeoRas
Generación de
mapas
temáticos
27
Los datos fuentes disponibles de información que se obtuvieron son: Ortofotos de
SIG TIERRAS, Modelos DEM del terreno del Instituto Geográfico Militar (IGM), mapa
de regionalización del Ecuador del IMANHI, estudios hidrológicos históricos de la
cuenca del río Catarama de la Universidad de Cuenca, mapas cartográficos del IGM,
mapa de uso de suelo de SIG TIERRAS.
Fase 2: Clasificación de la información
Dentro de esta fase se hizo la validación y clasificación de los datos hidrológicos
disponible mediante el software HEC-HMS obteniendo hidrogramas de diseño para
diferentes periodos de retorno de 5, 10, 25,50 y 100 años.
Fase 3: Obtención del Raster
El Raster es un formato de imagen en donde contiene información sobre la
elevación del terreno. Para la elaboración del Raster se procesó la información
cartográfica de Catarama para luego obtener las curvas de nivel del terreno.
Obtenidas las curvas de nivel se procede a exportar esta información en formato
Raster con la extensión .shp para ser utilizado al Arc-Gis.
Fase 4: Creación de las secciones transversales del río Catarama.
Obtenido el Raster e importado en Arc-Gis con la extensión Hec-GeoRas se
procesa los datos de elevaciones modelando las secciones del río Catarama y
exportarlas al software Hec-Ras.
Fase 5: Modelamiento en Hec-Ras
En esta fase con las secciones transversales creadas con la herramienta Hec-
GeoRas se las importas al escritorio geométrico del Hec-Ras para la introducción de
las propiedades hidráulicas de cada sección y hacer su respectivo análisis para la
28
obtención de los resultados de la modelación los cuales se importan y se procesan
en Arc-Gis.
Fase 6: Procesamiento de resultados en Arc-Gis
Se debe de procesar los resultados obtenidos en Hec-Ras el cual es un Raster de
del área de inundación en el cual contiene la altura de agua y las áreas inundadas.
Fase 7: Generación de mapas temáticos
Para la generación de los mapas temáticos se contó con ortofoto del lugar de
estudio en cual se pudo hacer el análisis de las áreas inundadas dando una mejor
visualización de las afectaciones causadas por la inundación por ejemplo anegación
de caminos, destrucción de zonas agrícolas, entre otras.
3.2 Fase 1: Compilación de información
3.2.1 Información disponible
Para disponer la información del proyecto se requirió los estudios de varias
instituciones, disponiendo información base como son las hojas cartográficas del lugar
de estudio, Ortofotos, Mapa de regionalización del INAMHI, estudios hidrológicos,
esta información fue analizada y procesada para su utilización.
3.2.2 Información hidrológica
Estudio base de la información hidrológica fue obtenida por Vintimilla Sarmiento &
Zhungo Ordoñez Universidad De Cuenca 2013.
29
3.2.3 Información cartográfica
Se obtuvo la hoja topográfica del área de estudio a escala 1:50.000 mediante el
Instituto Geográfico Militar (IGM) en formato shape.
• Curvas de nivel escala 1:50.000
• Ríos principales y secundarios 1:50.000
3.2.4 Ortofotos
La ortofoto del lugar de estudio fue proporcionada por SIGTIERRAS (Sistema
Nacional de Información de Tierras Rurales e Infraestructura Tecnológica) en formato
tiff el cual es un formato para almacenar imágenes de mapas de bits (raster).
3.2.5 Hidrografía
Para la información hidrográfica fue obtenida de la cartografía del Instituto
Geográfico Militar (IGM), a una escala 1:50.000.
3.3 Fase 2: Clasificación de la información
3.3.1 Análisis de la información
En el análisis de la información hidrológica se realizó mediante el siguiente
proceso:
30
Figura 12 Proceso para la obtención de hidrogramas mediante el software Hec-Hms.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel
3.3.2 Datos hidrológicos
Para el análisis de la información hidrológica se utilizó el software HEC-HMS
(Hydrologic Engineering Center- Hydrologic Modeling System), el cual permite
mediante la representación de una cuenca obtener la respuesta que tendrá en su
escurrimiento superficial. Para la modelación de la cuenca se requiere una serie de
parámetros particulares que contiene cada microcuenca que estaran conectados
como componentes hidrológicos e hidráulicos. (Villon, 2002).
Para el desarrollo del modelo se utilizó la información recopilada de (Vintimilla
Sarmiento & Zhungo Ordóñez, 2013). Estos datos sirvieron para adquirir los datos de
precipitaciones que requiere el modelo determinando precipitaciones para diferentes
periodos de retorno (5, 10, 20,50 y 100 años).
Análisis de la
información
hidrológica
Obtención de
los parámetros
de la cuenca
Realización de
Las curvas IDF.
Obtención de
los
Hidrogramas.
Modelación en
HEC-HMS
Obtención de los
parámetros de la
cuenca para la
modelación en
HEC-HMS
• Número de curva.
• Abstracciones
iniciales
31
3.3.3 Delimitación de las cuencas hidrográficas
Para la modelización de la cuenca del río zapotal se delimitó el área de estudio en
varias subcuencas.
La zona de estudio de la cuenca del río Zapotal está conformado por 8 subcuencas
hidrográficas.
Las subcuencas en estudio son correspondientes a los ríos Angamarca, Calabi,
Lechugal, Oncebi, Sibimbe y Catarama y a los esteros Aguacatal y Yuyumbi (Vintimilla
Sarmiento & Zhungo Ordóñez, 2013).
Figura 13: Delimitación y Distribución de las subcuencas Hidrográficas
Fuente: Vintimilla A., Zhungo J. (2013)
32
3.3.4 Número de curva
3.3.4.1 Método Del Soil Conservation Service (SCS, 1972)
El número de curva se encuentra basado por dos principios uno de ellos es la
conservación de la masa y el otro por la capacidad de infiltración que puede tener un
terreno (Bateman, 2007).
Según Fttorelli y Fernández (2011), este método ha sido es usado con mayor
frecuencia que los otros métodos por su facilidad de resolución, y comprensión,
generando resultados muy aceptables.
El método SCS (1972) divide la lluvia que cae sobre una cuenca en dos grandes
grupos la lluvia infiltrada y la lluvia que transformada en escorrentía directa. La
escorrentía directa se transforma del hidrograma de crecida a la salida de la cuenca
(Bateman, 2007).
El SCS estableció un número adimensional CN que es correspondiente a una curva
determinada en la gráfica de P y Pe.
Según Ven Te Chow (1994) “La profundidad de exceso de precipitación o
escorrentía directa Pe es siempre menor o igual a la profundidad de precipitación P”
(p, 152). Después de que la escorrentía inicial, la profundidad adicional del agua
retenida en la cuenca Fa es menor o igual a alguna retención máxima S, luego existe
una cantidad de precipitación la en la que no se presenta escorrentía, dando una
escorrentía potencial P-Ia.
De acuerdo con el método SCS (1972) establece una relación de igualdad entre
las dos cantidades reales y las dos cantidades potenciales.
33
𝑭𝒂
𝑺=
𝑷𝒆
𝑷 − 𝑰𝒂
De acuerdo con el principio de continuidad se tiene lo siguiente:
𝑷 = 𝑷𝒆 + 𝑰𝒂 + 𝑭𝒂
Al igualar las dos ecuaciones anteriores se obtiene la ecuación para el cálculo de
la profundidad de exceso de precipitación.
𝑷𝒆 =(𝑷 − 𝑰𝒂)𝟐
𝑷 − 𝑰𝒂 + 𝑺
Figura 14: Curva del método SCS.
Fuente: Chow, 1994.
34
La relación entre el número de curva y la capacidad máxima de retención del
suelo queda expresada con la siguiente ecuación:
𝑺 =𝟐𝟓𝟒𝟎𝟎
𝑪𝑵− 𝟐𝟓𝟒
Para la obtención del número de curva CN deben considerarse parámetros
característicos de las subcuencas en análisis los cuales son el tipo de suelo y el uso.
En la tabla 1. Se puede observar según el potencial de escurrimiento los cuatros
grupos de suelos principales (Hudson, 1997).
Tabla 1: Grupo hidrológicos de suelos
Grupo hidrológico del suelo
Potencial de escurrimiento
Infiltración cuando la tierra está húmeda
Suelos típicos
A Escaso Alta Arenas y grava excesivamente drenadas.
B Moderado Moderada Texturas medias.
C Medio Lenta Textura fina o suelos con una capa que impide el drenaje hacia abajo.
D Elevado Muy lenta
Suelos de arcillas hinchadas o compactas o suelos poco profundo sobre capas impermeables.
Fuente: Hudson, 1997.
35
Figura 15: CN en función del uso del suelo y del grupo hidrológico del suelo.
Fuente: SCS (1972).
Para la determinación del número de curva está relacionado con la condición
antecedente de humedad (I) condición seca, (II) condición normal, (III) condición
húmeda.
𝑪𝑵(𝑰) =𝟒. 𝟐 𝑪𝑵 (𝑰𝑰)
𝟏𝟎 − 𝟎. 𝟎𝟓𝟖 𝑪𝑵 (𝑰𝑰)
𝑪𝑵(𝑰𝑰𝑰) =𝟒𝟐𝟑 𝑪𝑵 (𝑰𝑰)
𝟏𝟎 + 𝟎. 𝟏𝟑 𝑪𝑵 (𝑰𝑰)
36
3.3.5 Condiciones topográficas y usos del suelo
3.3.5.1 Determinación de usos de suelo
Delimitada el área de estudio se determina el parámetro fundamental que es
característica de cada subcuenca el número de curva CN. El número de curva es
utilizado para la obtención de los hidrogramas con el método del Soil Conservation
Service (SCS, 1972).
El número de curva de determino como se detalló anteriormente utilizando las
formulas del método SCS.
Una vez delimitadas las subcuencas de nuestra área de estudio se procede con la
ayuda del mapa del uso del suelo del Ecuador el cual se obtuvo mediante
(SIGTIERRAS), en escala 1:250.000 se dispuso en a caracterizar cada cuenca con
su respondiente uso del suelo.
Dando así un mapa de áreas de uso de suelo se puede observar que cada
subcuenca cuenta con diferentes usos de suelo se procedió a cuantificar cada área
para su respectivo análisis como se muestra en la figura 16.
37
Figura 16: CN en función del uso del suelo y del grupo hidrológico del suelo
Fuente: Vintimilla A., Zhungo J. (2013)
El número de curva para cada subcuenca resulta de la sumatoria entre el
porcentaje del área que representa cada uso de suelo y el número de curva tomado
de la tabla.
En la tabla 2 se muestra los resultados de la metodología utilizada para el cálculo
del número de curva para la cuenca del río Catarama, en el que se calculó el área
que comprende cada subcuenca para luego determinar el porcentaje del uso de suelo
que cada área representa (Vintimilla Sarmiento & Zhungo Ordóñez, 2013), se
relaciona el uso del suelo con la tabla del Soil Conservation Service para obtener el
número de curva correspondiente, para su análisis se pondera el número de curva,
para determinar el número de curva correspondiente para cada subcuenca que
comprende al área de estudio.
38
Siguiendo la metodología descrita anteriormente. Se tomará como ejemplo el
cálculo del número de curva para la cuenca Calabí, posteriormente se determinarán
el número de curva para las diferentes subcuencas.
Tabla 2: Metodología utilizada para el cálculo del CN de la subcuenca Calabí
Uso
CALABÍ
ÁREA Km²
CN tabla
% CN
parcial
Arboricultura Tropical. 218.7 55 26.2 14.4
Bosque Intervenido. 0.5 66 0 0
Bosque Natural 216.9 60 20.2 12.1
Cultivo de Banano. 201 78 18.7 14.6
Cultivos de Caña de Azúcar. 6.1 79 0.6 0.5
Cultivos de ciclo corto. 7.9 81 0.7 0.6
Cultivo de Palma Africana. 0.3 78 0 0
Cultivos Indiferenciados. 133.4 81 12.4 10.1
Paramo 37.2 60 3.5 2.1
Pasto Cultivado. 188.7 67 17.6 11.8
Zona Urbana. 0.3 90 0.1 0.1
TOTAL 1074 66.3
Fuente: Vintimilla A., Zhungo J. (2013)
En la tabla 3 se presenta un resumen de los valores del número de curva
determinados para cada subcuenca.
39
Tabla 3: Número de curva para cada subcuenca
SUBCUENCA CN
Angamarca 70
Calabí 66.3
Lechugal 55.4
Aguacatal 55.9
Catarama 63.2
Oncebi 69.7
Sibimbe 67
Yuyumbi 60
Fuente: Vintimilla A., Zhungo J. (2013)
3.3.6 Información hidrometeorológica
Los datos hidrometeorológico-encontrados y empleados para este estudio
pertenecen a la entidad del Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología (INAMHI).
Para el estudio del tema, se escogieron como puntos de control las estaciones
Pichinlingue y la Zapotal en Lechugal por ser las estaciones más cercanas al punto
de estudio y que ofrecen la mejor información de la zona (ver tabla 4).
Tabla 4: Estaciones hidrológicas empleadas como puntos de control
NOMBRE CÓDIGO UTM-X
(m) UTM-Y
(m) ELEVACIÓN
(msnm) PROVINCIA
Pichilingue M006 671167 9878373 79 Los Ríos
Zapotal en Lechugal H346 674218 9846789 40 Los Ríos
Fuente: INAMHI
Elaboración: Álvaro Carpio Rugel
40
3.3.7 Análisis de lluvia
El modelo escogido de Lluvia-Escurrimiento, necesita el análisis de ciertas
características de las precipitaciones, las cuales son: duración, distribución a través
del tiempo, y las intensidades de las mismas.
Se utilizará el modelo lluvia-escurrimiento del SCS el cual se implementará en el
modelo del software hidrológico HEC-HMS para determinar las infiltraciones iniciales
y obtener la precipitación neta que cae sobre la cuenca.
3.3.8 Método de generación del hietograma mediante la regionalización del
INAMHHI (1999)
El Estudio de lluvias intensas, realizado por el INAMHI zonifica al ECUADOR en
35 regiones de igual intensidad (INAMHHI, 1999), las cuales corresponden a la
siguiente ecuación:
𝐼𝑇𝑅 =𝐾 𝐼 𝑑𝑇𝑅
𝑡𝑛
𝐼𝑇𝑅 = Intensidad de precipitación para cualquier periodo de retorno (mm/h).
𝐼 𝑑𝑇𝑅 = Intensidad diaria para cualquier periodo de retorno dado (mm/h).
𝑇𝑅 = Periodo de retorno (años).
𝑡 = Tiempo de duración de la lluvia en minutos.
𝐾 𝑦 𝑛 = Constantes de ajustes determinados aplicando mínimos cuadrados.
El análisis de las curvas intensidad-duración-frecuencia se realiza con la
información para la estación Pichinlingue (M006) por ser la más cercana a nuestro
lugar de estudio y por poseer una información base casi continua.
41
Se procede a calcular las curvas IDF para periodos de retorno de 5, 10, 25,50 y
100 años respectivamente con sus ecuaciones como se muestra en la tabla 5.
Tabla 5: Ecuaciones de la estación Pechinligue.
ZONA DURACIÓN ECUACIÓN
30
5 min < 80 min
80 min < 1440 min
𝐼𝑇𝑅 = 43.464 𝑡−0.3161 𝐼𝑑𝑇𝑅
𝐼𝑇𝑅 = 373.48 𝑡−0.8059𝐼𝑑𝑇𝑅
Fuente: INAMHI
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
3.3.9 Curvas IDF regionalización del INAMHI
Según Témez (1978), las curvas Intencidad- Duración- Frecuencia (IDF) son
curvas que resultan unir los puntos representativos de la intensidad media en
intervalos de diferente duración, y correspondientes todos ellos a una misma
frecuencia o periodo de retorno.
Encontradas las intensidades para las diferentes duraciones de lluvias de acuerdo
con las ecuaciones de la Regionalización del INAMHI, se procedió a graficar las
curvas IDF para los siguientes periodos de retorno 5, 10, 15, 20 ,50 y 100 años.
Obtenidas las curvas IDF se procede hacer los hietogramas como se muestra en la
figura 17.
42
Figura 17: Curvas Intensidad-Duración-Frecuencia Regionalización del INAMHI 1999.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel
3.3.10 Hietograma de diseño
Para el diseño del hietograma de diseño existen varios métodos basados en las
curvas IDF como: bloques alternos, lluvia uniforme, Hietograma triangular, etc.
Según Chow (1997), el método de los bloques alterno es una forma fácil para
representar una lluvia, este método especifica la profundidad de precipitación que
ocurre en intervalos de tiempo sobre una duración total.
Se seleccionó el método de bloques de alternos para la generar el hietograma de
diseño basado en las curvas IDF para diferentes periodos de retorno ( ver tabla 6)
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
INTE
NSI
DA
D (
mm
/h)
DURACIÓN (min)
100 años
50 años
25 años
10 años
5 años
CURVA INTENSIDAD- DURACIÓN-FRECUENCIA REGIONALIZACIÓN DEL INAMHI 1999
43
Tabla 6: Hietograma de diseño para periodo de retorno de 50 años.
TIEMPO Intensidad Precipitación Δ Precipitación Hietograma
(h) (mm/h) (mm) (mm) (mm)
1 87.57 87.57 87.57 1.54
2 57.94 115.87 28.30 1.66
3 41.79 125.36 9.49 1.79
4 33.14 132.56 7.20 1.96
5 27.68 138.42 5.87 2.16
6 23.90 143.41 4.99 2.41
7 21.11 147.77 4.36 2.75
8 18.96 151.65 3.88 3.21
9 17.24 155.15 3.51 3.88
10 15.84 158.36 3.21 4.99
11 14.67 161.32 2.96 7.2
12 13.67 164.06 2.75 28.3
13 12.82 166.63 2.57 87.57
14 12.07 169.05 2.41 9.49
15 11.42 171.33 2.28 5.87
16 10.84 173.49 2.16 4.36
17 10.33 175.54 2.05 3.51
18 9.86 177.50 1.96 2.96
19 9.44 179.37 1.87 2.67
20 9.06 181.16 1.79 2.28
21 8.71 182.89 1.72 2.05
22 8.39 184.55 1.66 1.87
23 8.09 186.15 1.60 1.72
24 7.82 187.69 1.54 1.6
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
44
Figura 18: Hietograma para un periodo de retorno de 50 años.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
3.3.11 Modelación hidrológica con Hec-Hms para Determinar los hidrogramas
para los diferentes periodos de retorno
Una vez obtenidos los parámetros necesarios de cada subcuenca se procede a
crear en el software hidrológico (HEC-HMS) un modelo de nuestra cuenca en estudio.
El software HEC-HMS simula el proceso hidrológico de precipitación escorrentía
para un sistema de cuencas. Los resultados obtenidos se pueden utilizar para el
estudio de disponibilidad de agua, drenaje urbano, análisis de eventos extremos, etc.
(USACE, 2000).
Como resultado del programa nos dará los hidrogramas de crecida para los
diferentes periodos de retorno constatando con la información hidrológica obtenida
por Vintimilla Sarmiento & Zhungo Ordóñez, (2013).
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
PR
ECIP
ITA
CIÓ
N (
mm
)
TIEMPO (h)
HIETOGRAMA PARA UN PERIODO DE RETORNO DE 50 AÑOS
45
3.3.12 Componentes de Hec-Hms
El programa cuenta con los siguientes componentes: modelos de cuenca, modelos
meteorológicos, especificaciones de control, y serie de tiempo para el análisis de
crecientes. Para cada componente se tendrá que insertar un parámetro específico de
cada subcuenca, el programa maneja una interface muy simple para la introducción
de datos.
3.3.13 Modelo de la cuenca
Para comenzar a modelar nuestra cuenca se debe de crear un nuevo modelo con
el nombre de nuestro estudio el programa representara la forma física de la cuenca,
la representación total de la cuenca quedara detallado al momento de insertar sus
subcuencas correspondientes como se puede ver en la figura 19.
Figura 19: Creación de un nuevo proyecto en Hec-Hms.
Elaborado: Alvaro Carpio
Creado el nuevo modelo el programa activara diferentes opciones para caracterizar
las subcuencas para la modelación de la cuenca, al momento de la creación de una
subcuenca se debe de poner una identificación o un nombre (Ver figura 20).
46
Figura 20: Creación de subcuencas en Hec-Hms.
Elaborado: Alvaro Carpio
Creadas las subcuencas se debe proceder a insertar parámetros obligatorios para
el programa como por ejemplo el área de la subcuenca. El programa ofrece varios
métodos para el análisis de los hidrogramas se escogió el método del SCS (Soil
Conservation Service).
Para el método del SCS se determinó anteriormente un número de curva
ponderado para cada subcuenca, las abstracciones iniciales el método de la SCS
convierte la precipitación neta en escorrentía (Vintimilla Sarmiento & Zhungo
Ordóñez, 2013).
A continuación, en la Figura 21 se muestra los parámetros que se utilizó en cada
modelo de subcuenca quedando así caracterizada la cuenca para su respectivo
análisis.
Crea modelos de subcuencas
47
Figura 21: Descripción de los parámetros a utilizar en el modelo de la subcuenca
Fuente: Vintimilla A., Zhungo J. (2013)
El cuadro de dialogo aparecerá en la parte inferior de la pantalla del programa. En
la siguiente Figura 22 se muestra el procedimiento para ingresar los parámetros de
cada subcuenca.
48
Figura 22: Introducción y selección de métodos utilizados para la caracterización de las subcuencas
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
Este procedimiento se hace para cada una de las subcuencas teniendo mucho
cuidado seleccionando los métodos e ingresando los datos del área y de los métodos
de análisis.
3.3.14 Modelos meteorológicos
Creadas las subcuencas que conforman la cuenca se debe de introducir
necesariamente un modelo meteorológico para que el modelo pueda correr y a
proceder hacer el análisis.
Un modelo meteorológico puede ser usado en varios modelos de cuenca (USACE,
2000).
Se puede especificar el tipo de precipitación, evapotranspiración, en el modelo se
especificó el tipo de precipitación.
Parámetros y
métodos utilizados
en cada subcuenca
49
La representación de la lluvia que cae sobre cada subcuenca se utilizó los datos
de los hietogramas encontrados anteriormente para cada periodo de retorno.
Hay que tener cuidado en el sistema de medidas que este en el sistema métrico
(ver Figura 21).
Figura 23: Creación del modelo meteorológico.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
Especificado el modelo meteorológico se elige la opción en la parte inferior
izquierda que la precipitación se representará mediante hietogramas y eligiendo el
sistema de medidas adecuado a nuestro modelo (ver figura 24).
Creación del modelo
meteorológico de la cuenca.
50
Figura 24: Selección del hietograma y el sistema de unidades.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
3.3.15 Especificaciones de control
Se le debe indicar al software el tiempo de simulación para que se ejecute el
análisis, se puede especificar cualquier tipo de fecha este campo es obligatorio sin
introducir una fecha de análisis el software no se podrá ejecutar el modelo de la
cuenca.
Al modelo se especificará una fecha de simulación de 24 horas, ya que los
hietogramas están representados en 24 horas en intervalos de 15 minutos.
En la siguiente figura 25 se indicarán como introducir la fecha y el intervalo de
tiempo para el modelo propuesto.
Hietograma
especificado
Unidad de medida:
métrico
51
Figura 25: Especificaciones de control para la simulación del programa HEC-HMS.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
Creada la especificación de control de nuestro modelo se abrirá una ventana en la
parte inferior izquierda un cuadro de dialogo en el que especificó la fecha de inicio y
final de nuestra simulación, y el intervalo de tiempo (ver figura 26).
Figura 26: Especificaciones de control para la simulación del programa HEC-HMS.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
Creación de la especificación de
control.
Fecha de ejecución
del modelo
Intervalo de tiempo del
análisis.
52
3.3.16 Datos de series de tiempo
Para que quede representado el hietograma de nuestro modelo se debe de crear
datos de series de tiempo, en la cual una vez especificado la condición de control, el
programa automáticamente creara la fecha de inicio y el intervalo de tiempo para el
ingreso de los datos de precipitación para la representación del hietograma como
muestra la figura 27.
Figura 27: Introducción de los datos de series de tiempo.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
Una vez especificado los parámetros anteriores, lo siguiente es ingresar los datos
de precipitación de nuestro hietograma ver figura 28.
Introducción de datos
manual.
Precipitación en
milímetro.
Intervalo de tiempo
del hietograma.
53
Figura 28: Introducción del Hietograma de diseño para la simulación del programa HEC-HMS
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
Para comprobar el hietograma generado mediante bloques alterno de la figura 18
procedemos a ingresar los datos de precipitación en el programa para realizar el
cálculo automático del hietograma mediante el software. Si las gráficas son iguales
se concluyen que los datos de las precipitaciones fueron correctamente ingresados
como se indica en la figura 29.
Figura 29: Visualización del Hietograma ingresado.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
Ingreso de los datos
del hietograma.
54
3.3.17 Ejecución del programa
Para correr el programa se debe crear una simulación en la cual se seleccionó el
modelo creado y los parámetros previamente generados para que el programa pueda
reconocer y proceder a analizar el modelo (ver figura 30).
Figura 30: Visualización del Hietograma ingresado.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
En la figura 31 se puede ver la representación de cada subcuenca que conforma
la cuenca Catarama.
Figura 31: Ejecución del programa.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
55
3.3.18 Resultados: hidrogramas de diseño
El resultado de salida del programa son los hidrogramas de crecida para los
diferentes periodos de retorno, el programa consideró el método de las pérdidas
tomando en cuenta todas las pérdidas que se dan en el transcurso del agua por todas
las subcuencas.
La figura 32 representa el hidrograma de máxima crecida en la salida de la cuenca
del río zapotal, en el punto Zapotal en Lechugal, obtenido de la modelización en el
programa HEC-HMS para un periodo de 50 años.
Para este trabajo se obtuvieron los hidrogramas y se compararon con los datos
encontrados en el estudio de Vintimilla Sarmiento & Zhungo Ordóñez, (2013), y se
determinó que los datos obtenidos con el software son semejantes validando el
modelo.
En el anexo 2. se encontrarán los diferentes hidrogramas que se utilizaron para el
software HEC-RAS.
Figura 32: Hidrograma de crecida periodo de retorno 50 años.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
56
3.4 Fase 3: Obtención del Raster
3.4.1 Elaboración Del Modelo Digital Del Terreno (MDT)
En la elaboración del Modelo Digital del Terreno se utilizaron dos softwares Global
Mapper y Arc-Gis versión 10.4.1 mediante el proceso mostrado a continuación:
Figura 33: Proceso para la creación del Modelo Digital Del Terreno.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
Según (Angel M. Felicísimo, 1994) describe un Modelo Digital de Terreno (MDT)
como la agrupación de datos numéricos, que describe la distribución espacial de una
característica del terreno.
Para la construcción del (MDT) se utilizó la información proporcionada por SIG
TIERRAS las cuales fueron la ortofoto del lugar de estudio y el MDT.
La información obtenida se la proceso en el software Global Mapper, el cual es
especializado en el tratamiento de datos espaciales. Unas de las funciones de Global
Mapper permite generar vistas perspectivas en 3D de alta definición.
Creación del
Modelo Digital
del Terreno
Creación de un
nuevo proyecto en
Global Mapper
Procesamiento de
las curvas de nivel
en Arc-Gis
Obtención de las
curvas de nivel
Importación de las
curvas de nivel a
Arc-Gis
Obtención del
Modelo Digital Del
terreno.
57
Se procede a cargar el (MDT) el cual contiene curvas de nivel del terreno y se
procederá a extraerlas con las diferentes funciones que contienen el software (ver
figura 34).
Figura 34: Procesamiento del Modelo Digital del Terreno en Global Mapper.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
En la siguiente figura 35 se presenta una vista en 3D del Modelo Digital del Terreno
(MDT).
Figura 35: Vista en 3D Modelo Digital del Terreno en Global Mapper.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
Modelo Digital del
Terreno (MDT)
58
Una vez cargado el MDT se procede en extraer las curvas de nivel para luego
exportarlas al software Arc-Gis y poder generar el Modelo Digital de Elevaciones
(MDE) el cual será necesario para obtener las secciones correspondientes del río
Catarama (ver figura 36).
Figura 36: Generación de las curvas de nivel en Global Mapper.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
Generación
de las curvas
de nivel
59
3.4.2 Elaboración Del Modelo Digital De Elevaciones (MDE)
Extraídas en formato shape las curvas de nivel en Global Mapper se procedió hacer
su respectivo análisis en Arc-gis dando como primer paso la reproyección de las
coordenadas en nuestro espacio de trabajo, el cual se utilizó la proyección
SIRGAS_1995_UTM_zone_17S que está contenida en el programa Arc-Gis como se
muestra en la figura 37.
Figura 37: Exportación de las curvas de nivel a Arc-Gis.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
Para Convertir las curvas de nivel en un Modelo de Elevación Digital se debe
realizar un procesamiento con el software Arc-gis generando el TIN (Red de
Triangulación Irregular) a partir de las curvas de nivel. El Arc-Gis procede a interpolar
la información generada por las curvas de nivel; cuando Arc-Gis genera la
triangulación se depura el archivo de salida eliminando los datos de triangulación
errónea presentada en los bordes del grafico o en las áreas donde no existen
suficiente información.
Curvas de nivel extraídas
desde Global Mapper.
Sistema de
coordenadas
60
Para la creación del TIN se usa la caja de herramientas Arc Tool box del software
Arc-Gis con la opción 3D Analysis Tools/Create to TIN para realizar el
geoprocesamiento de la información y obtener el TIN que se presenta en la figura 38.
Figura 38: Generación del TIN.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
Una vez creado el TIN de la figura 38 se puede visualizar los rangos de elevación
que tiene el modelo en la parte superior izquierda de la figura 38. Cada color
representa un rango de elevación que el programa considero como intervalo para su
generación.
Rango de
elevaciones.
Modelo del
TIN.
61
3.5 Fase 4: Creación de las secciones transversales del río Catarama.
3.5.1 Modelación del río Catarama con HEC-RAS Y SIG
Para realizar la modelación del río Catarama se necesita de la ayuda de una
extensión desarrollada para Arc-Gis la cual es el HEC-GeoRas, esta extensión fue
desarrollada por Us Army Corps of Engineers, que permite crear un archivo tipo
vectorial para la importación de los datos obtenidos en Arc-Gis al HEC-RAS estos
datos son geometría del cauce del río, secciones transversales. Posteriormente los
datos del HEC-RAS se pueden procesar en el Arc-Gis creando por ejemplo mapas de
inundación y riesgo (Emilio Molero Melgarejo, 2013).
Como guía para la modelación del río Catarama se utilizó la siguiente Proceso:
Figura 39: Proceso para el modelamiento en Hec-ras.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
Modelación del
río Catarama
Exportación de las
secciones
transversales a
Hec-ras
Importación de las
secciones
transversales
Introducción de
las condiciones de
borde
Ejecución del
modelo
Exportación de
datos en Arc-Gis
Generación del
Raster de
inundación
PREPROCESO
Contará con
información
previamente
hecha con Arc-Gis
y su extensión
HEC-GeoRas
Generación de las
secciones transversales
mediante Hec-GeoRas
HEC-RAS POSTPROCESO
Esta sección
contará con la
preparación de la
información
obtenida por
HEC-RAS en Arc-
Gis
Mapas
temáticos de
inundación.
62
3.5.2 Información necesaria para la modelación
Se necesita MDE (Modelo Digital de Elevaciones) en formato vectorial TIN (Red de
Triangulación Irregular), que se encuentre lo más detallada posible, con esta
información base se extraerán los datos geométricos de las secciones transversales
del cauce del río Catarama.
3.5.3 Esquema de trabajo
A continuación, se propondrá un proceso de trabajo para conseguir la modelación
del cauce del río Catarama hasta obtener el mapa de inundación.
• PREPROCESO: contará con información previamente hecha con Arc-Gis y su
extensión HEC-GeoRas en ella se debe de contar detalladamente con la
información geométrica de las secciones transversales.
• Modelación del flujo en HEC-RAS: en esta parte se debe de introducir la
información generada por HEC-HMS para recrear las condiciones existentes
del flujo en el cauce del río Catarama.
• POSTPROCESO: esta sección contará con la preparación de la información
obtenida por HEC-RAS en Arc-Gis generando los resultados finales: área de
inundación para cada periodo de retorno.
3.5.4 Preproceso
Se comenzará con la modelación del cauce del río Catarama con la extensión del
Arc-Gis. Se debe realizar el trabajo de modelación en un nuevo archivo y guardarlo
con un nombre sin este proceso las opciones del HEC-GeoRas no se activarán.
Hecho esto como primer paso nos dirigimos al menú del HEC-GeoRas en cual se
pueden observar las herramientas que se muestran en la figura 40 en el orden que
se van a utilizar.
63
Figura 40: Creación del Layer del eje del río.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
3.5.5 Trazo del eje del río
El paso para crear el eje del río se realizará mediante las siguientes opciones:
RasGeometry/Create Ras Layer/ Stream Centerline. A continuación, el sistema pedirá
que se identifique un nombre para el eje o se lo puede dejar por defecto el nombre
river que muestra el sistema.
• Se debe de trazar el eje del río de aguas arriba hacia aguas abajo para que
reconozca la dirección del flujo como se muestra en la figura 41.
64
Figura 41: Creación del eje del río.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
Cuando se tenga digitalizado el eje del río se debe indicar el nombre y el tramo del
rio mediante el uso de la herramienta ID ,para lo cual se necesita determinar un
nombre (Catarama) para el río y otro nombre para el tramo del río (Ricaurte) de
acuerdo presentado en la figura 42.
Figura 42: Asignación del nombre del río.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
Creación del
eje del río
65
3.5.6 Creación de las líneas que definen los margenes “Banks”
Desde el desplegable RAS Geometry / Create RAS Layer / Banks Lines, con el
mismo procedimiento para crear el eje del río se procede a digitalizar los bancos.
Primero se traza el banco derecho comenzando desde aguas arriba hacia aguas
abajo el mismo procedimiento se hace con el banco izquierdo de acuerdo a la fígura
43.
Figura 43: Creación de los bancos del río Catarama.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
3.5.7 Digitalización de los “FLOWPATHS”
Los Flowpaths o centroides son las zonas donde se estimará donde el flujo de agua
puede llegar en una crecida (Emilio Molero Melgarejo, 2013).
Para la creación de los flowpaths se debe seguir los siguientes pasos: RAS
Geometry / Create RAS Layer / Flow Path Centerlines, considerando las mismas
Banco
izquierdo
Banco
derecho
66
condiciones que se utilizaron en el trazo de los bancos como se muestra en la figura
44.
Figura 44: Creación de los flowpaths del río Catarama.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
Creados los flowpaths se debe identificarlos entre la izquierdo o derecho con la
opción assing flowpaths type la cual define la posición de los flowpaths como se
ve en la figura 45.
Figura 45: Designación de la posición de los Flowpaths.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
FLOWPATHS
67
3.5.8 Creación de las secciones transversales
Los pasos por seguir son RAS Geometry / Create RAS Layer / XS Cutlines. Estas
líneas delimitaran las secciones transversales.
Estas líneas se trazarán como anteriormente se viene trabajando con las demás
opciones. Hay que prestar cuidado en que las líneas no se deben cruzar y se trazarán
de izquierda hacia a la derecha.
Se pueden crear automáticamente con la opción créate cross sections en
donde se debe ingresar los valores de los intervalos de cada sección, para nuestro
caso se ingresó cada 100 metros para la construcción de las secciones transversales
y un ancho de 400 metros de acuerdo a la figura 46.
Figura 46: Abscisado del río Catarama.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
68
El programa creara automáticamente las secciones del cauce del río como se
muestra en la figura 47.
Figura 47: Creación del abscisado del río Catarama.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
Para que las secciones transversales queden creadas perfectamente se debe
asignar los atributos los cuales son sus elevaciones este paso es fundamental sin
asignarles las elevaciones a las secciones quedaran definidas como unas simples
líneas como se ve en la figura 48.
69
Figura 48 : Asignación de las propiedades geométricas del terreno a las secciones transversales del
río Catarama.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
3.5.9 Exportación de datos de Arc-Gis A Hec-Ras
Obtenidas las secciones transversales del cauce del río se pueden exportar los
datos. Al momento de exportar el programa crea un formato el cual el HEC-RAS lo
puede leer. Si alguna sección esta creada erróneamente el programa advertirá que
se tendrá un error y no se podrá hacer la exportación de los datos como se muestra
la figura 49.
70
Figura 49: Interface para la exportación de las secciones transversales al software Hec-Ras.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
3.6 Fase 5: Modelamiento en Hec-Ras
3.6.1 Modelamiento del flujo en Hec-Ras
Exportados los datos de las secciones del cauce del río, se debe de modelar las
condiciones de flujo en software hidráulico HEC-RAS.
Para iniciar el trabajo de modelación se debe de crear un modelo en blanco en el
cual se especificará el nombre del proyecto, se debe de prestar atención en el sistema
de unidades como se muestra en la figura 50.
71
Figura 50: Ventana principal del software Hec-Ras.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
3.6.2 Importación de las secciones transversales
Para importación de las secciones transversales se utilizó la opción view/edit
geometry data en la cual se abrirá una nueva ventana donde se mostrarán las
opciones que tiene el programa para crear, editar, visualizar, etc las secciones.
En la ventana del editor de geometria se importa el archivo creado en Arc-Gis el
cual se debe de seguir los siguientes pasos: file/Import Geometry data/Gis Format
como se muestra en la fgura 51.
Figura 51: Importación de las secciones transversales al escritorio geométrico del Hec-Ras.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
72
Se busca el archivo guardado y se lo selecciona, el software abrirá un cuadro de
dialogo que consta con diferentes opciones se seleccionó el sistema de unidades el
métrico en la siguiente opción muestra la identificación del río para comprobar que los
datos del archivo estén correctamente creados, la última opción se muestra el número
de las secciones creadas se puede ingresar una identificación que las caracterice, se
muestra también todos los shapes creados en la modelación del río Catarama como
se muestra en la figura 52.
Figura 52: Opciones del escritorio geométrico del Hec-Ras.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
Terminando la importación de las secciones se podrá visualizar las secciones en
las cuales se podrá comparar con las secciones creadas en el Arc-Gis para verificar
que las secciones importadas en el HEC-RAS no hayan sufrido alguna modificación.
Las secciones se la visualizan con la opción cross section en donde se abrirá
73
una nueva ventana mostrando las secciones importadas, las secciones se muestran
con su respectiva elevación como se muestra en las figuras 53,54.
Figura 53: Visualización de secciones.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
Figura 54: Visualización de la secciones.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
74
El coeficiente de rugosidad de Manning se obtuvo de la tabla que se encuentra en
el libro Hidráulica de canales por Ven Te Chow (pag.110). Se eligió como un canal
natural y con algunas malezas y pastos cortos se obtuvo un coeficiente en el rango
de 0.022-0.033 y se eligió un valor de 0.028 como se muestra en la figura 55.
Figura 55: Selección del coeficiente de rugosidad de Manning.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
Elegido el coeficiente de Manning se lo debe de ingresar con la opción
tables/Mannings, se abrirá una pantalla en la cual se ingresará el coeficiente de
Manning seleccionado como se muestra la figura 56.
75
Figura 56: Introducción del coeficiente de rugosidad de Manning.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
3.6.3 Modelación del flujo.
Para la modelación se eligió el tipo de flujo no permanente el cual se ajusta al
modelo se debe de especificar las condiciones de contorno, en las cuales en aguas
arriba se ingresa el hidrograma obtenido anteriormente mediante el software HEC-
HMS, en aguas abajo se ingresa el valor de la pendiente media. Con la opción
Unsteady Flow Data se introducirá las condiciones de contorno para poder definir
el modelo como se muestra la figura 57.
76
Figura 57: Condiciones de contorno para la modelización del flujo.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
Al momento de introducir el hidrograma se puede poner la fecha del inicio del
hidrograma y el intervalo de tiempo considerando las unidades de medidas en m³/s
como se muestra la figura 58.
Figura 58: Introducción de los valores del hidrograma en aguas arriba.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
77
En aguas abajo solo se introduce la pendiente del cauce, el río Catarama cuenta
con una pendiente media de 0.0223 como se muestra la figura 59.
Figura 59: Introducción de la pendiente media del río en aguas abajo.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
3.6.4 Creación del plan de análisis
Para poder crear la simulación se debe de crear un plan de análisis indicando la
fecha del inicio y final del que se le puso al hidrograma, se introdujo una ruta de
guardado y el intervalo de análisis hasta que quede calibrado y se ajuste a la realidad,
el tiempo seleccionado fue de 15 minutos quedando calibrado y obteniendo resultados
óptimos como se muestra la figura 60.
Figura 60: Creación del plan de trabajo.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
78
Creado el plan de analisis se procede a correr el programa cuando algun dato este
mal introducido no se podra hacer la ejecución del modelo y mostrara una ventana de
error con letras de color rojo.
Si el modelo no presenta ningun tipo de error el programa procedera a mostrar los
siguientes resultados como se visualiza en la figura 61.
Figura 61: Ejecución del modelo en Hec-Ras.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
3.6.5 Resultados
Se puede dar una vista en 3D de la ejecución del modelo en donde se puede
observar las secciones después de hacer el análisis. El programa también muestra
tablas en donde se detalla las velocidades en cada sección del cauce.
79
Para observar las secciones en 3D se lo puede hacer con la herramienta view 3D
se desplegará una ventana en donde se puede reproducir el tiempo de la
simulación como se muestra la figura 62.
Figura 62: Vista 3D de las secciones después de la simulación.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
3.6.6 Exportación de datos
Los resultados obtenidos en Hec-Ras se exportan al Arc-Gis para hacer un debido
procesamiento a los datos y obtener como resultados los mapas de inundación. se
seleccionará como dato base las áreas de inundación como se muestra la figura 63.
80
Figura 63: Exportación de los resultados obtenidos de Hec-Ras al Arc-Gis.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
3.7 Fase 6: Procesamiento de resultados en Arc-Gis
3.7.1 Postproceso
En esta sección se procesa los datos exportados del HEC-RAS al Arc-Gis para la
creación de los mapas de inundación para los diferentes periodos de retorno.
Se utiliza la opción Ras Mapping del HEC-GeoRas para poder tratar la información,
para importar la información se debe de convertir el formato del Hec-Ras el cual utiliza
una extensión .sdf que son archivos que almacenan valores para ser transferidos a
otros programas.
Se debe convertir este archivo a un formato xml es un tipo de formato que utiliza el
Arc-Gis, esta conversión se realiza el con la opción el HEC-GeoRas Import RAS SDF
FILE en el cual se debe de ingresar la información obtenida por el HEC-RAS y
81
una ruta de salida y se procederá a obtener un formato compatible con Arc-Gis como
se muestra la figura 64.
Figura 64: Conversión del archivo SDF a XML.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
3.7.2 Creación de nuevo análisis
Una vez hecho la conversión del formato, se crea un nuevo análisis mediante el
uso del software Arc-Gis con los siguientes pasos: Ras Mapping/Layers Setup. En
donde aparecerá una ventana donde se le debe de introducir un nombre al análisis,
incluir el TIN ya antes generado y una ruta de salida como se muestra las figuras 65
y 66.
Figura 65: Conversión del archive SDF a XML.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
82
Figura 66: Creación de un nuevo proceso de análisis en Arc-Gis.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
Creado el nuevo modelo de análisis en Arc-Gis se importa la información obtenida
en HEC-RAS, con los siguientes pasos: Ras Mapping/Import. Se importará las
opciones señaladas las cual fue el área de inundación como se muestra las figuras
67 y 68.
Figura 67: Importación de los resultados.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
83
Figura 68: Resultados obtenidos del Hec-Ras.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
Con los datos importados correctamente se procede a crear los mapas de
inundación del proyecto con la opción inundation mapping/Water Surface generation
como se muestra la figura 69.
Figura 69: Generación del raster de inundación
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
84
El Arc-Gis importará las áreas de inundación en un modelo raster en donde tendrá
como dato la altura de agua que cubre la superficie.
Este proceso se hizo para la obtención de los mapas de inundación para los
periodos de retorno de 5,10,25,50 y 100 años como se muestra la figura 70.
Figura 70: Visualización del raster de inundación.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
3.7.3 Fase 7: Generación de mapas temáticos
Para la creación de los mapas de inundación se contó con ortofotos para identificar
los sectores con mayor afectación por la inundación como se muestra la figura 71.
Datos Importados
Altura de agua
85
Figura 71: Generación del mapa de inundación.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
Se edita y se procesa los mapas poniendo como información base la altura de
agua que podría llegar tener al darse este evento pudiendo observas las posibles
áreas afectadas durante una inundación del río Catarama como se muestra las
figuras 72, 73, 74, 75,76.
86
Figura 72: Mapa de inundación para un periodo de 5 años.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
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669800.000000
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670000.000000
670200.000000
670200.000000
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670400.000000
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670600.000000
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SIMBOLOGÍA
ALTURA DE AGUA
ValueHigh : 10.7123
Low : 0.00127983
µ
0 0.15 0.3 0.45 0.60.075Km
87
Figura 73: Mapa de inundación para un periodo de retorno de 10 años.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
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670200.000000
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670400.000000
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670600.000000
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670800.000000
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671000.000000
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00
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00
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00
00µ
SIMBOLOGÍA
VALORES
ALTURA DE AGUAHigh : 12.7654
Low : 0.00167942
0 0.2 0.4 0.6 0.80.1Km
88
Figura 74: Mapa de inundación para un periodo de retorno de 25 años.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
669600.000000
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669800.000000
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670200.000000
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670400.000000
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670600.000000
670800.000000
670800.000000
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0
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.00000
0
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0
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0
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00
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0
SIMBOLOGÍA
ALTURA DE AGUA
ValueHigh : 13.4165
Low : 0.00106049
µ
0 0.15 0.3 0.45 0.60.075Km
89
Figura 75: Mapa de inundación para un periodo de retorno de 50 años.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
669400.000000
669400.000000
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669800.000000
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670000.000000
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670200.000000
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670400.000000
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670600.000000
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670800.000000
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.00
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00
SIMBOLOGÍA
ALTURA DE AGUA
ValueHigh : 13.7643
Low : 0.00109577
µ
0 0.15 0.3 0.45 0.60.075Km
90
Figura 76: Mapa de inundación para un periodo de retorno de 100 años.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
669600.000000
669600.000000
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669800.000000
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670200.000000
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670400.000000
670600.000000
670600.000000
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265
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268
00
.00
00
00
98
268
00
.00
00
00
µ
0 0.1 0.2 0.3 0.40.05Km
SIMBOLOGÍA
ALTURAS DE AGUA
ValueHigh : 14.0531
Low : 0.00100231
91
4 CAPÍTULO 4
ANALISÍS Y DISCUCIÓN DE RESULTADOS
4.1.1 Resultados en Hec-Ras
Se presentarán los resultados que se obtuvieron en el software HEC-RAS en las
secciones transversales del río Catarama.
Se presenta los parámetros introducidos en el software HEC-RAS:
• Flujo: Flujo no permanente.
• Caudal: Hidrogramas para diferentes periodos de retorno.
• Coeficiente de Manning: El coeficiente de Manning utilizado fue 0.028.
• Condición aguas arriba: Se especificó el hidrograma.
• Condición agua abajo: Pendiente media 0.0223.
• Plan de análisis: Fechas para ejecución del análisis.
4.1.2 Gráficas obtenidas en Hec-Ras
El software HEC-RAS permite la visualización de varias graficas que son obtenidas
mediante los parámetros introducidos anteriormente.
En la figura 77 muestra la relación que existe la velocidad y la longitud del río, las
velocidades que se muestran son las presentes en el lado derecho e izquierdo de las
secciones transversales, se puede observar que se tiene una mayor velocidad en el
inicio de la sección y disminuye en el desarrollo del río.
92
Figura 77: Relación entre velocidad y longitud del río.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
En la figura 78 se muestra los perfiles hidráulicos calculados por el programa, en
donde se puede observar la variación del tipo de flujo en las secciones.
Figura 78: Perfil hidráulico creado en Hec-Ras.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
93
Se puede observar en la gráfica que en el desarrollo del río presenta un flujo
subcrítico (Fr<1), esto se da porque el río Catarama tiene una pendiente suave en el
sector de análisis.
Existen diversas tablas predeterminadas, se escogió los valores máximos de cada
sección los cuales se muestran a continuación en la figura 79:
Figura 79: Valores hidráulicos máximos obtenidos de cada sección.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
En donde:
• Q Total (m3/s): Caudal total en la sección.
• Min Ch El (m): Cota inferior del cauce en la sección.
• W.S.Elev (m): Altura de la lámina de agua.
• Crit W.S. (m): Cota del calado crítico.
• E.G.Elev (m): Altura de energía.
94
• E.G.Slope: Pendiente de la línea de energía.
• Vel Chnl (m/s): Velocidad del agua en el cauce.
• Flow Area (m2): Superficie mojada en la sección.
• Top Width(m): Ancho de la superficie libre del flujo en la sección.
• Froude # Chl: Número de Froude.
Analizando las secciones transversales para un flujo con un periodo de retorno de
100 años se observa que el sector de estudio del río Catarama cuenta con varios
sectores con peligro de desbordamiento.
En la figura 80 se muestra las secciones después de la ejecución del modelo.
Figura 80: Sección transversal después de la simulación en Hec-Ras.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
95
Se observa el desbordamiento en las secciones mostradas, los bordes del río han
sido sobrepasados por la lámina de agua y se ha inundado los bordes derechos e
izquierdos en 2 metros. La máxima profundidad encontrada es de 13 metros medida
del fondo en el río.
4.1.3 Análisis de Inundaciones
Como se explicó anteriormente una vez hecho el modelamiento en el software
HEC-RAS se exportan los datos de altura de agua, mediante el uso de sistema de
información geográfica es posible realizar el análisis de inundaciones.
Las áreas afectadas se obtuvieron midiendo en Arc-Gis la máxima mancha de agua
alcanzada. Se obtuvieron áreas superiores a 221 ha como se muestra la figura 81.
Figura 81: Medición de las áreas propensas a inundaciones.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
96
Las áreas con mayor afectación son las que se encuentran ubicadas a 200 metros
de la orilla del río.
Se puede observar en los mapas de inundación que una de las áreas mayormente
afectadas son las destinadas al sector agrícola como se muestra en la figura 82.
Figura 82: Visualización de los sectores inundados.
Elaboración: Alvaro Carpio Rugel.
SECTOR
AGRÍCOLA
97
5 CAPÍTULO 5
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1.1 Conclusiones
• Los hidrogramas obtenidos con el software HEC-HMS fueron de mucha
importancia ya que se obtuvo caudales máximos esperados y muy útiles para
la modelación en HEC-RAS, para poder recrear condiciones muy cercanas a
la realidad.
• El modelo hidráulico bidimensional HEC-RAS contiene funciones que fueron
muy útiles para las simulaciones hidráulicas del río Catarama en bases a las
condiciones previstas en el estudio.
• Los mapas de inundación son una herramienta muy útil, en donde se pueden
observar las posibles áreas afectadas por el desbordamiento de ríos y la altura
de agua que puede llegar tener las zonas cerca al desbordamiento.
• Una de las ventajas que tienen los mapas temáticos de inundaciones es que
se puede hacer un análisis de las posibles áreas de inundaciones para poder
tomar las medidas preventivas y correctivas correspondientes para evitar
pérdidas materiales y sobre todo pérdidas humanas.
• El modelamiento de inundación realizado para el río Catarama presenta varias
áreas de desbordamiento afectando a las viviendas que se encuentren hasta
200 metros medidas desde la orilla del río.
• Unas de los sectores más afectados que se puede observar en el mapa de
inundación es el agrícola afectando a cultivos tradicionales del sector como:
arroz, cacao entre otros, provocando a los agricultores pérdidas económicas.
98
5.1.2 Recomendaciones
• Al momento de descargar la extensión del Hec-GeoRas se debe de revisar que
sea compatible con la versión del Arc-Gis si se descarga una versión
equivocada del Hec-GeoRas no se activarán las opciones comprendidas
dentro de la extensión.
• Se recomienda tener cuidado en el abscisado ya que la extensión Hec-GeoRas
no representa las abscisas.
• Revisar el sistema de coordenadas de los productos fuentes al ser ingresado
en el Arc-Gis porque algunos vienen Georreferenciados con distintos sistemas
de coordenadas. Para la generación de productos geográficos es
recomendable trabajar en un solo sistema de coordenadas para evitar posibles
errores.
• Se debe tener cuidado en el trazo del eje del río para ello se aconseja tener
una ortofoto como referencia del lugar de estudio para delimitar el área y hacer
un trazado exacto del eje del río.
• En la exportación de las secciones transversales se deben tener una revisión
previa al momento de llevarlas al HEC-RAS ya que algunas veces se exportan
incompletas.
• En la creación de las secciones transversales deben ser las suficientemente
extensas para que estas contengan el flujo desbordado.
• Como una medida preventiva para minimizar el impacto de la inundación para
los lugares más cercanos a la orilla del río se recomendaría construir muros
considerando una distancia al menos de 50 metros medidos desde las orillas
del río Catarama con una altura de 3 metros.
99
• Hacer reconocimientos de campo en las áreas de estudio con la finalidad de
comprobar las variables utilizadas, así como el resultado del modelamiento
integrado en los planos de inundación para poder validar este modelo.
100
6 Capítulo 6
6.1 Bibliografía
• Aparicio Mijares, F.J. (1992). Fundamentos de Hidrología de Superficie.
México, D.F.: Limusa, S.A. DE C.V.
• Bateman, A. (2007). Hidrología Básica y Aplicada. Recuperado de:
https://www.upct.es/~minaeees/hidrologia.pdf
• Campos, A. (1992). Proceso de Ciclo Hidrológico. San Luís Potosí: Universidad
Autónoma De San Luís Potosí.
• INAMHI, Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología. Anuarios
meteorológicos e hidrológicos. Quito, Ecuador.
• Martín Vide, J. P. (2003). Ingeniería de Río. Barcelona, España. ALFAOMEGA
• Programa computacional HEC-HMS versión 3.4. User’s Manual. US Army
Corps of Engineers.
• Programa computacional HEC-HMS versión 3.4. Techinical Reference Manual.
US Army Corps of Engineers.
• Rocha Felices, A. (1998). Introducción a la Hidráulica Fluvia. Lima, Perú.
ALFAOMEGA
• SIGTIERRAS, Sistema Nacional de Información de Tierras Rurales e
Infraestructura Tecnológica. Ortofotos. Quito, Ecuador.
• USACE. (2000). HEC-HMS Hydrologic Modeling System, Technical Reference
Manual. Davis, CA.
• USACE. (2000). HEC-RAS River Analysis System, User’s Manual. Davis.
• United States. Soil Conservation Service. (1972). SCS National Engineering
Handbook. Section 4. Hydrology. Washintong, D.C.: U.S Dept. Of Agriculture,
Soil Conservation Service.
101
• Vintimilla Sarmiento & Zhungo Ordóñez (2013). Estudio Hidrometereológico y
Análisis de Caudales de Crecientes en la Cuenca Hidrográfica del Río
Catarama. (Tesis de pregrado), Universidad de Cuenca, Cuenca.
• Ven Te Chow. (1994). Hidráulica de Canales Abiertos. New York: McGraw-Hill.
• Ven Te Chow, David R. Maidment, Larry W. Mays. (1988). Applied Hydrology.
New York: McGraw-Hill.
• Víctor L. Streeter, E. Benjamín Wylie. (1988). Mecánica de los Fluidos.
102
7 ANEXOS
103
Anexo 1
Tabla de hietograma para tiempo de retorno de 5 años
TIEMPO Intensidad Precipitación Δ
Precipitación Hietograma
(h) (mm/h) (mm) (mm) (mm)
1 68,62 68,62 68,62 1,25 2 45,40 90,80 22,18 1,35
3 32,75 98,24 7,44 1,47 4 25,97 103,88 5,64 1,61
5 21,70 108,48 4,60 1,79
6 18,73 112,39 3,91 1,89 7 16,54 115,80 3,41 2,15
8 14,86 118,84 3,04 2,51 9 13,51 121,59 2,75 3,04
10 12,41 124,10 2,51 3,91 11 11,49 126,42 2,32 5,64
12 10,71 128,57 2,15 22,18
13 10,05 130,59 2,01 68,62 14 9,46 132,48 1,89 7,44
15 8,95 134,26 1,79 4,60 16 8,50 135,96 1,69 3,41
17 8,09 137,56 1,61 2,75 18 7,73 139,10 1,53 2,32
19 7,40 140,57 1,47 2,01 20 7,10 141,97 1,41 1,69
21 6,82 143,32 1,35 1,53
22 6,57 144,62 1,30 1,41 23 6,34 145,88 1,25 1,30
24 6,13 147,09 1,21 1,21
Hietograma para tiempo de retorno de 5 años
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
PR
ECIP
ITA
CIÓ
N (
mm
)
TIEMPO (h)
HIETOGRAMA DE DISEÑO PARA UN PERIODO DE RETORNO DE 5 AÑOS
104
Tabla de hietograma para tiempo de retorno de 10 años
TIEMPO Intensidad Precipitación Δ
Precipitación Hietograma
(h) (mm/h) (mm) (mm) (mm) 1 75,42 75,42 75,42 1,38
2 49,90 99,79 24,38 1,33 3 35,99 107,96 8,17 1,48
4 28,54 114,16 6,20 1,61 5 23,84 119,21 5,05 1,77
6 20,58 123,51 4,29 2,08
7 18,18 127,26 3,75 2,37 8 16,33 130,60 3,34 2,76
9 14,85 133,62 3,02 3,34 10 13,64 136,38 2,76 4,29
11 12,63 138,93 2,55 6,20 12 11,77 141,30 2,37 24,38
13 11,04 143,51 2,21 75,42
14 10,40 145,59 2,08 8,17 15 9,84 147,55 1,96 5,05
16 9,34 149,41 1,86 3,75 17 8,89 151,18 1,77 3,02
18 8,49 152,86 1,69 2,55 19 8,13 154,48 1,61 2,21
20 7,80 156,02 1,55 1,96
21 7,50 157,51 1,48 1,86 22 7,22 158,94 1,43 1,69
23 6,97 160,31 1,38 1,55 24 6,74 161,64 1,33 1,43
Hietograma para tiempo de retorno de 10 años
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
PR
ECIP
ITA
CIÓ
N (
mm
)
TIEMPO (h)
HIETOGRAMA DE DISEÑO PARA UN PERIODO DE RETORNO DE 10 AÑOS
105
Tabla de hietograma para tiempo de retorno de 25 años
TIEMPO Intensidad Precipitación Δ
Precipitación Hietograma
(h) (mm/h) (mm) (mm) (mm) 1 82,80 82,80 82,80 1,46
2 54,78 109,56 26,76 1,57 3 39,51 118,54 8,97 1,70
4 31,34 125,34 6,81 1,85 5 26,18 130,89 5,55 2,04
6 22,60 135,61 4,71 2,28
7 19,96 139,72 4,12 2,60 8 17,92 143,39 3,67 3,03
9 16,30 146,71 3,32 3,67 10 14,97 149,74 3,03 4,71
11 13,87 152,54 2,80 6,81 12 12,93 155,13 2,60 26,76
13 12,12 157,56 2,43 82,80
14 11,42 159,85 2,28 8,97 15 10,80 162,00 2,15 5,55
16 10,25 164,04 2,04 4,12 17 9,76 165,99 1,94 3,32
18 9,32 167,84 1,85 2,80 19 8,93 169,61 1,77 2,43
20 8,57 171,30 1,70 2,15
21 8,23 172,93 1,63 1,94 22 7,93 174,50 1,57 1,77
23 7,65 176,02 1,51 1,63 24 7,39 177,48 1,46 1,51
Hietograma para tiempo de retorno de 25 años
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
PR
ECIP
ITA
CIÓ
N (
mm
)
TIEMPO (h)
HIETOGRAMA DE DISEÑO PARA UN PERIODO DE RETORNO DE 25 AÑOS
106
Tabla de hietograma para tiempo de retorno de 100 años
TIEMPO Intensidad Precipitación Δ
Precipitación Hietograma
(h) (mm/h) (mm) (mm) (mm) 1 91,86 91,86 91,86 1,62
2 60,77 121,55 29,69 1,74 3 43,83 131,50 9,95 1,88
4 34,76 139,05 7,55 2,05 5 29,04 145,20 6,15 2,27
6 25,07 150,43 5,23 2,53
7 22,14 155,00 4,57 2,88 8 19,88 159,07 4,07 3,36
9 18,08 162,75 3,68 4,07 10 16,61 166,12 3,36 5,23
11 15,38 169,22 3,10 7,55 12 14,34 172,10 2,88 29,69
13 13,45 174,79 2,69 91,86
14 12,67 177,33 2,53 9,95 15 11,98 179,72 2,39 6,15
16 11,37 181,98 2,27 4,57 17 10,83 184,14 2,15 3,68
18 10,34 186,19 2,05 3,10 19 9,90 188,15 1,96 2,69
20 9,50 190,04 1,88 2,39
21 9,14 191,85 1,81 2,15 22 8,80 193,59 1,74 1,96
23 8,49 195,26 1,68 1,81 24 8,20 196,88 1,62 1,68
Hietograma para tiempo de retorno de 100 años
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
PR
ECIP
ITA
CIÓ
N (
mm
)
TIEMPO (h)
HIETOGRAMA DE DISEÑO PARA UN PERIODO DE RETORNO DE 100 AÑOS
107
ANEXO 2
Hidrogramas de maxima crecida para diferentes periodos de retorno.
Hidrograma de crecida para TR=5 años.
Hidrograma de crecida para TR=10 años.
108
Hidrograma de crecida para TR=25 años.
Hidrograma de crecida para TR=100 años.
109
Anexo 3
Determinación de curva para cada subcuenca
110
8 Registro fotográfico
Río Catarama
Fotografía 1.
Lugar aguas abajo en donde se puede observar la presencia de malezas
Fotografía 2.
Se observa en los márgenes del río Catarama vegetación arbustiva y no se evidencia
la existencia de Lechuguines sobre él.
111
Fotografía 3.
Lugar del puente, carece de protección, en él se observa la presencia de una densa
vegetación y existe material granulométrico sobre las márgenes del río.
Fotografía 4.
Se puede observar las casas que están ubicadas en las orillas del río Catarama las
cuales no cuentan con ningún tipo de protección.
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