UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL - repositorio.ug.edu.ecrepositorio.ug.edu.ec/bitstream/redug/32242/1/TESINA GENERACIÓN DE... · i Agradecimiento Agradezco primero a Dios y segundo a los

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


................................................................................................................................................. 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 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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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


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


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.


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


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


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


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


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.


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


44

Figura 18: Hietograma para un periodo de retorno de 50 años.


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


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


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.


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.


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



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).



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.


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


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.


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.


En la figura 31 se puede ver la representación de cada subcuenca que conforma

la cuenca Catarama.

Figura 31: Ejecución del programa.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


Figura 54: Visualización de la secciones.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


82

Figura 66: Creación de un nuevo proceso de análisis en Arc-Gis.


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.


83

Figura 68: Resultados obtenidos del Hec-Ras.


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


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.


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.


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.


669800.000000

669800.000000

670000.000000

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

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.00

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259

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.00

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.00

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00

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.00

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98

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.00

00

00

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.00

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00

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268

00

.00

00

00

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.


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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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671000.000000

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00

00

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253

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.00

00

00

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.00

00

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256

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.00

00

00

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259

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.00

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.00

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00

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265

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.00

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98

268

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.00

00

00

98

268

00

.00

00

00µ

SIMBOLOGÍA

VALORES

ALTURA DE AGUAHigh : 12.7654

Low : 0.00167942

0 0.2 0.4 0.6 0.80.1Km

88



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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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0

98

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.00000

0

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259

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0

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265

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0

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271

00

.00000

0

98

271

00

.00000

0

SIMBOLOGÍA

ALTURA DE AGUA

ValueHigh : 13.4165

Low : 0.00106049

µ

0 0.15 0.3 0.45 0.60.075Km

89



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669400.000000

669600.000000

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

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670800.000000

98

253

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253

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259

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.00

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00

98

268

00

.00

00

00

SIMBOLOGÍA

ALTURA DE AGUA

ValueHigh : 13.7643

Low : 0.00109577

µ

0 0.15 0.3 0.45 0.60.075Km

90



669600.000000

669600.000000

669800.000000

669800.000000

670000.000000

670000.000000

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670200.000000

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670400.000000

670600.000000

670600.000000

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98

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00

.00

00

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259

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.00

00

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98

259

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.00

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98

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.00

00

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98

262

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.00

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98

265

00

.00

00

00

98

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.


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.


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.


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.


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.


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.


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




(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


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)


105




(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


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)


106




(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


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)


107

ANEXO 2

Hidrogramas de maxima crecida para diferentes periodos de retorno.

Hidrograma de crecida para TR=5 años.


108



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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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL - repositorio.ug.edu.ecrepositorio.ug.edu.ec/bitstream/redug/32242/1/TESINA GENERACIÓN DE... · i Agradecimiento Agradezco primero a Dios y segundo a los