UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA SEDE QUITO · En aplicación a lo determinado en la Ley de...

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA

SEDE QUITO

CARRERA:

INGENIERÍA AMBIENTAL

Trabajo de titulación previo a la obtención del título de:

INGENIERA AMBIENTAL

TEMA:

DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DEL BALANCE HÍDRICO Y ANÁLISIS

DE LAS RELACIONES PRECIPITACIÓN Y ESCORRENTÍA DE LA

.

AUTORA:

FANNY CRISTINA OJEDA GARCÍA

TUTOR:

EDWIN RODRIGO ARIAS ALTAMIRANO

Quito, julio del 2017

MICROCUENCA DEL RIO BLANCO - PROVINCIA DE SANTO DOMINGO

DE LOS TSÁCHILAS

CESIÓN DE DERECHOS DE AUTOR

Yo Fanny Cristina Ojeda García, con documento de identificación N° 0201775715,

manifiesto mi voluntad y cedo a la Universidad Politécnica Salesiana la

titularidad sobre los derechos patrimoniales en virtud de que soy autora del trabajo

de titulación intitulado: “Determinación Experimental del Balance Hídrico y Análisis

de las Relaciones Precipitación y Escorrentía de la Microcuenca del Río Blanco -

Provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas”, mismo que ha sido desarrollado

para optar por el título de: Ingeniera Ambiental, en la Universidad Politécnica

Salesiana, quedando la Universidad facultada para ejercer plenamente los

derechos cedidos anteriormente.

En aplicación a lo determinado en la Ley de Propiedad Intelectual, en mi condición

de autora me reservó los derechos morales de la obra antes citada. En

concordancia, suscribo este documento en el momento que hago entrega del

trabajo final en formato impreso y digital a la Biblioteca de la Universidad

Politécnica Salesiana.

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

Nombre: Fanny Cristina Ojeda García

Cédula: 0201775715

Fecha: Julio del 2017

DECLARATORIA DE COAUTORÍA DEL DOCENTE TUTOR

Yo Edwin Rodrigo Arias Altamirano, declaro que bajo mi dirección y asesoría fue

desarrollado el Trabajo Experimental, “Determinación Experimental del Balance

Hídrico y Análisis de las Relaciones Precipitación y Escorrentía de la Microcuenca

del Río Blanco - Provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas” realizado por Fanny

Cristina Ojeda García, obteniendo un producto que cumple con todos los requisitos

estipulados por la Universidad Politécnica Salesiana, para ser considerados como

trabajo final de titulación.

Quito, julio del 2017

……………………………..

Edwin Rodrigo Arias Altamirano

Cédula de identidad

1710165869

DEDICATORIA

Con infinita gratitud a mi DIOS, por cada lección impartida, quise ganarle al tiempo

y fue el tiempo quien me gano ahora sé, que el tiempo DIOS es perfecto.

El presente trabajo se lo dedico a mi familia, especialmente a mis amados padres

Fanny García y Bolívar Ojeda, por ser el pilar fundamental de mi vida por el apoyo

durante este camino.

A mis queridos hermanos Jenny y Abel, a mi sobrino, cuñada y amigos

especialmente a Lore, Sabrina, Elizabeth y Carmita, por compartir conmigo

momentos de alegría y de tristezas, por su gran apoyo incondicional.

AGRADECIMIENTO

Un inmenso agradecimiento al Ingeniero Edwin Arias Altamirano, director del

presente proyecto, por brindarme su confianza y la posibilidad de realizar este

trabajo bajo su dirección, por su apoyo, tiempo y paciencia.

A la Universidad Politécnica Salesiana, en especial a los Docentes de la Carrera de

Ingeniería Ambiental por los conocimientos impartidos durante mi vida

universitaria.

Agradezco a las instituciones como el INAMHI especialmente al Ing. Santiago

Ramón, Ing. Juan Carvajal, SENAGUA al Ing. Wilmer Guachamin, por el apoyo y

tiempo brindado durante la ejecución del proyecto.

TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................1

2. OBJETIVOS .........................................................................................................4

2.1 Objetivo General: .......................................................................................4

2.2 Objetivos Específicos: ................................................................................4

3. MARCO TEÓRICO ..............................................................................................5

3.1 Ciclo Hidrológico .......................................................................................5

3.2 Sistema Hidrológico ...................................................................................6

3.3 Cuenca Hidrológica ....................................................................................6

3.4 Cuenca Hidrográfica ...................................................................................7

3.5 Clasificación de la Cuenca ..........................................................................8

3.5.1 Por su Salida ........................................................................................... 8

3.6 Delimitación de la Cuenca ..........................................................................8

3.7 Características Morfológicas .......................................................................9

3.7.1 Área de la Cuenca ................................................................................... 9

3.7.2 Perímetro ................................................................................................ 9

3.7.3 Forma de la Cuenca ................................................................................. 9

3.7.4 Características de Relieve de una Cuenca .............................................. 13

3.7.4.1 Elevación de la microcuenca .......................................................... 13

3.7.4.2 Curva Hipsométrica ....................................................................... 13

3.7.4.3 Curva de Frecuencia de Altitudes ................................................... 14

3.7.5 Pendiente de la Corriente Principal de la Cuenca ................................... 15

3.7.6 Sistema de Drenaje ................................................................................ 16

3.7.7 Ordenes de Drenaje ............................................................................... 17

3.7.8 Densidad de Drenaje ............................................................................. 18

3.7.9 Tiempo concentración ........................................................................... 18

3.7.10 Orientación: .......................................................................................... 19

3.7.11 Suelo de la Cuenca ................................................................................ 19

3.7.12 Características del Lugar ....................................................................... 20

3.7.13 Características Geológicas ..................................................................... 21

3.7.14 Cobertura Vegetal ................................................................................. 21

3.8 Balance Hidrológico ................................................................................. 21

3.8.1 Ecuación del Balance Hídrico................................................................ 22

3.8.2 Análisis de los Parámetros que Intervienen en la Ecuación del Balance

Hídrico……... 24

3.8.2.1 Precipitación .................................................................................. 24

3.8.2.2 Escorrentía ..................................................................................... 26

3.8.2.3 Evapotranspiración ......................................................................... 26

3.9 Método del Soil Conservation Service o de Número de Curva SCS ........... 27

3.10 Programa HEC-HMS ................................................................................ 28

4. MATERIALES Y MÉTODOS: ........................................................................... 29

4.1 Materiales ................................................................................................. 29

4.1.1 Programas ............................................................................................. 29

4.2 Métodos .................................................................................................... 30

4.2.1 Método para la Delimitación de la Microcuenca del Río Blanco. ........... 30

4.2.1.1 Descripción General del Área de Estudio: ...................................... 31

4.2.1.2 Ubicación Geográfica ..................................................................... 32

4.2.1.3 Características de la Cuenca ........................................................... 33

4.2.1.4 Geología y suelos. .......................................................................... 34

4.2.1.5 Capacidad del Suelo. ...................................................................... 34

4.2.1.6 Usos del suelo ................................................................................ 35

4.2.1.7 Actividad Agrícola ......................................................................... 35

4.2.1.8 Zonas de planificación especial. ..................................................... 35

4.2.1.9 Riesgos .......................................................................................... 36

4.2.2 Método para el Cálculo de las Propiedades Morfométricas de la

Microcuenca .................................................................................................... 36

4.2.3 Metodología para Determinar el Balance Hídrico .................................. 45

4.2.3.1 Cálculo de los Parámetros que Intervienen en el Balance Hídrico. .. 46

4.2.3.2 Determinación Espacial de los Parámetros que intervienen en el

Balance Hídrico............................................................................................ 58

4.2.4 Calculo del Balance Hídrico con la información de los mapas. .............. 65

4.2.5 Aplicación de la Ecuación del Balance Hídrico ..................................... 66

4.2.6 Metodología para la Relación de la Precipitación y Escorrentía ............. 66

4.2.6.1 Método del Número de Curvas. ...................................................... 66

4.2.6.2 Calculo del Método de Número de Curva Microcuenca Río Blanco

DJ Toachi ..................................................................................................... 67

4.2.7 Modelización de un evento con el programa HEC-HMS ........................ 75

4.2.7.1 Metodología para la Simulación de Crecidas de la Microcuenca Río

Blanco DJ Toachi. ........................................................................................ 75

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ......................................................................... 87

5.1 Morfología de la cuenca ............................................................................ 87

5.2 Resultados para el Balance Hídrico ........................................................... 89

5.3 Resultados relación Precipitación - Escorrentía ......................................... 96

5.4 Resultados Modelación HEC-HMS, cálculo de caudales. .......................... 97

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................. 100

6.1 CONCLUSIONES: ................................................................................. 100

6.2 RECOMENDACIONES: ........................................................................ 103

7. BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................. 104

8. ANEXOS .......................................................................................................... 107

ÍNDICE DE TABLA

Tabla 1. Valores Interpretativos Factor de Forma Hortón ........................................ 11

Tabla 2. Rangos Clase de Forma ............................................................................. 12

Tabla 3. Características de la Microcuenca Río Blanco DJ Toachi .......................... 34

Tabla 4. Coeficiente de compacidad de Gravelius ................................................... 38

Tabla 5. Datos obtenidos ArGis-Elaboración - Curva Hipsométrica ........................ 39

Tabla 6. Datos obtenidos ArGis-Elaboración Pendiente Media ................................ 41

Tabla 7. Rangos de pendiente y tipo de terreno (Heras, 1972) ................................. 42

Tabla 8. Datos obtenidos ArGis-Elaboración Pendiente Corriente Principal ............ 42

Tabla 9. Datos obtenidos ArGis-Elaboración Longitud Red Hídrica ........................ 43

Tabla 10. Valores interpretativos de la Densidad de Drenaje ................................... 44

Tabla 11. Estaciones Climatológicas ....................................................................... 46

Tabla 12. Precipitación Media Multianual ............................................................... 47

Tabla 13. Índice de calor mensual en función de la temperatura .............................. 49

Tabla 14. Temperatura media mensual estación la Concordia .................................. 50

Tabla 15. Índice de calor en función de la temperatura media mensual estación la

Concordia ............................................................................................................... 50

Tabla 16. Valores de coeficiente (a). ....................................................................... 51

Tabla 17. Evapotranspiración mensual sin corregir - Índice de iluminación mensual

............................................................................................................................... 52

Tabla 18. Evapotranspiración mensual Potencial Thornthwaite ............................... 53

Tabla 19. Caudal Medio Mensual Río Blanco DJ Toachi ........................................ 55

Tabla 20. Coeficiente de Escorrentía - Uso de Suelo y Pendiente del Terreno ......... 56

Tabla 21. Coeficiente de Escorrentía - Uso de Suelo y Pendiente del Terreno ......... 57

Tabla 22. Volumen de Coeficiente de Escorrentía - Microcuenca del Río Blanco DJ

Toachi..................................................................................................................... 57

Tabla 23. Infiltración - Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi .............................. 58

Tabla 24. Calculo Precipitación Media en base al Mapa de Isoyetas ........................ 61

Tabla 25. Calculo Temperatura Media en base al Mapa de Isotermas ...................... 62

Tabla 26. Calculo en base al Mapa de Evapotranspiración ...................................... 64

Tabla 27. Numero de Curvas de Escurrimiento para diferentes Combinaciones

Hidrológicas Suelo - Vegetación ............................................................................. 68

Tabla 28. Condición Hidrológica en función del % de Cobertura Vegetal ............... 69

Tabla 29. Condición de Humedad antecedente en función de la

precipitacióacumulada durante los 6 días previos al evento con ............................... 69

Tabla 30. Características Grupo de Suelo en Función del Potencial de Escorrentía. . 70

Tabla 31. Características La Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi ...................... 71

Tabla 32. Intensidades Máximas 24 horas para varios periodos de retorno .............. 73

Tabla 33. Datos obtenidos del Cálculo del Método de Numero de Curva SCC ........ 74

Tabla 34. Método de Numero de Curva SCC .......................................................... 74

Tabla 35. Precipitación Tiempo de Retorno 50 años ................................................ 76

Tabla 36. Intervalo de Tiempo-Precipitación Tiempo de Retorno 50 años ............... 76

Tabla 37. Caracterización Fisiográfica de Microcuenca Río Blanco DJ Toachi ..... 87

Tabla 38. Balance Hídrico de la Microcuenca Río Blanco DJ Toachi H138............ 90

Tabla 39. Balance Hídrico de la Microcuenca Río Blanco DJ Toachi H138............. 91

Tabla 40. Datos Balance Hídrico Río Blanco DJ Toachi ......................................... 94

Tabla 41. Método de Numero de Curva ................................................................... 98

ÍNDICE DE FIGURA

Figura 1. Proceso del Ciclo Hidrológico ....................................................................5

Figura 2. Fenómenos que conforman el Sistema Hidrológico ....................................6

Figura 3. Cuenca Hidrológica....................................................................................7

Figura 4. Microcuenca Hidrográfica Río Blanco DJ Toachi .................................... 10

Figura 5. Curva Hipsométrica ................................................................................. 14

Figura 6. Microcuenca Hidrológica Sistema de Drenaje .......................................... 16

Figura 7. Cuenca Hidrográfica Orden de Drenaje .................................................... 17

Figura 8. Curva Granulométrica y tipo de material de suelo .................................... 20

Figura 9. Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi ................................................... 30

Figura 10. Ubicación de la Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi en Google Earth

............................................................................................................................... 31

Figura 11. Ubicación Microcuenca Hidrográfica Río Blanco DJ Toachi. ................. 32

Figura 12. Curva Hipsométrica - Río Blanco DJ Toachi .......................................... 40

Figura 13. Ubicación de Estaciones que Influencian – La Microcuenca del Río

Blanco DJ Toachi ................................................................................................... 59

Figura 14. Isotermas - Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi ............................... 62

Figura 15. Evapotranspiración Potencial - Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi . 63

Figura 16. Modelación de crecidas HEC-HMS ........................................................ 77








Figura 24: Modelación de crecidas HEC-HMS........................................................ 82






Figura 30. Balance Hídrico Río Blanco DJ Toachi ................................................. 94

Figura 31. Mapa Balance Hídrico Río Blanco DJ Toachi ........................................ 95


ÍNDICE DE ANEXOS

Anexo 1 - Tablas precipitación multianual ............................................................ 107

Anexo 2 - Tablas temperatura multianual .............................................................. 108

Anexo 3 - Tablas evotranspiración multianual ....................................................... 108

Anexo 4 - Tablas balance thornthwaite.................................................................. 109

Anexo 5 - Tabla balance metodo general ............................................................... 110

Anexos 6 -Mapas .................................................................................................. 111

RESUMEN

La presente investigación se realizó en la Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi,

principalmente para la parte alta donde se encuentra ubicada la estación de Valle

Hermoso, Río Blanco DJ Toachi H-0138, misma que se encuentra entre las

provincias de Santo Domingo de los Tsáchilas, Pichincha y Cotopaxi, con una área

de 4424,29km2.

Entre los principales objetivos están el estudio Hidrológico a través de la

determinación de los parámetros Morfométricos de la Microcuenca, el Balance

Hídrico de la misma y la Relación Precipitación Escorrentía existentes a través de

métodos de análisis para cuencas grandes como el Método de Numero de Curva SCS

y la Modelación en HEC-HMS. La información necesaria para la investigación fue la

estadística de las precipitaciones, temperaturas y caudales del periodo en estudio, de

todas las estaciones que se encuentren influenciando el área de estudio, mismos que

fueron procesados por medio de Excel ArcGis y HEC-HMS.

Para la determinación de los parámetros morfométricos de la Microcuenca se basó en

la aplicación de ecuaciones básicas de morfometría y ArcGis, entre los principales la

pendiente media de 16,43% que nos indica que su velocidad de escurrimiento es

baja, y por ende la capacidad de infiltración es mayor.

El Balance Hídrico se basa en la aplicación de la ecuación de continuidad, que

establece que para cualquier periodo de tiempo las entradas y las salidas estarán

determinadas por la variación del volumen de agua almacenada, el cálculo de la

evapotranspiración potencial se lo realizó por medio del Método de Thornthwaite,

con una precipitación media total de 2955,95 mm/año. De acuerdo a la relación

precipitación escorrentía, se obtuvo que el escurrimiento en la parte alta de la

Microcuenca es menor, pero con un mayor grado de infiltración.

ABSTRACT

The present research was carried out in the Río Blanco Micro-basin DJ Toachi,

mainly for the upper part where the station of Valle Hermoso, Río Blanco DJ Toachi

H-0138 is located, which is located between the provinces of Santo Domingo de los

Tsáchilas, Pichincha and Cotopaxi, with an area of 4424.29 km2.

Among the main objectives are the Hydrological study through the determination of

the Morphometric parameters of the Micro-watershed, the Water Balance of the

same and the Precipitation Runoff Relationship existing through analysis methods

for large basins such as the SCS Curve Number Method and Modeling in HEC-

HMS. The necessary information for the investigation was the statistics of the

precipitations, temperatures and flows of the period under study, of all the stations

that are influencing the study area, which were processed by Excel, ArcGIS and

HEC-HMS.

For the determination of the morphometric parameters of the Micro-basin was based

on the application of basic morphometry and ArcGIS equations, among the main

ones the average slope of 16.43% which indicates that its runoff velocity is low, and

therefore the capacity Of infiltration is greater.

The Water Balance is based on the application of the continuity equation, which

establishes that for any period of time the inputs and outputs will be determined by

the variation of the volume of stored water, the calculation of the potential

evapotranspiration was done by means of the Thornthwaite method, with a total

mean precipitation of 2955.95 mm/year. According to the relation precipitation

runoff, it was obtained that the runoff in the upper part of the Micro-basin is smaller,

but with a higher degree of infiltration.

1

1. INTRODUCCIÓN

Una cuenca hidrográfica es toda el área de terreno que contribuye al flujo de

agua en un río o quebrada. También se conoce como el área de captación o área de

terreno de donde provienen las aguas de un río, quebrada, lago, laguna, humedal,

estuario, etc.

En el Ecuador en el año 2002 la Secretaría del ex – CNRH a través del

departamento de manejo de cuencas presento la propuesta de división hidrográfica

del país, teniendo así: 72 Cuencas Hidrográficas en la Vertiente del Pacifico, 7 en

la Vertiente del Amazonas, dando un total de 79 Cuencas Hidrográficas, también

se definieron 137 subcuencas y aproximadamente 890 microcuencas no definidas

completamente.

Las Cuencas Hidrográficas del país, en gran parte, no poseen un manejo

apropiado de conservación, por lo que el Met. Hernán Parreño (INAMHI), nos

indica que en su mayoría, son degradadas, ocasionando que el ciclo hidrológico

del agua se vea afectado, causando poca retención de humedad, erosión e

inundaciones en los periodos de lluvias y escasez de agua en los períodos de

estiaje.

Dentro del territorio que comprende la provincia de Santo Domingo de los

Tsáchilas se ubican algunas cuencas importantes tales como la Microcuenca del

Río Blanco y entre sus afluentes principales están el Río Espejo, Río Sabaleta, Río

San Antonio, Río Bajasal, Río Solaya, entre otras; la Microcuenca del Río Blanco

DJ Toachi, es de vital importancia para el desarrollo de la producción agrícola

especialmente de palma africana, piña, para la ganadería, y otros productos de

exportación de la provincia.

2

La Microcuenca hidrográfica del Río Blanco DJ Toachi, se encuentra ubicada,

entre las provincias de Santo Domingo de los Tsáchilas, Pichincha y Cotopaxi,

con una área de 4424,29km2, es uno de los sistemas hídricos más importantes

principalmente para las zonas de: Santo Domingo de los Tsáchilas, Valle

Hermoso, Mindo, Lloa, Alluriquin, Palo Quemado, Manuel Cornejo, Las Pampas

Sigchos, Chugchilian y Guangage. Santo Domingo de los Tsáchilas es una ciudad

con alto grado de vulnerabilidad en deslizamientos de tierra, inundaciones y daños

en vías cuando caen las lluvias; en estudios anteriores de análisis de

vulnerabilidad realizados por el Ministerio del Ambiente en el año 2010, esta

provincia presento un grado de vulnerabilidad con un incremento de riesgo de

inundaciones de un 0.92%, y 0,90% en deslizamientos, los sitios que concentran

la atención de las autoridades son la vía Alóag-Santo Domingo, las parroquias

rurales Alluriquín y Valle Hermoso y el recinto Unión del Toachi, debido a los

posibles embates de las lluvias, estas zonas se inundan en cada periodo lluvioso

por la creciente de los ríos Blanco y Cristal, debido a los constantes problemas

descritos anteriormente que presenta la provincia de Santo Domingo de los

Tsáchilas, principalmente en el periodo lluvioso, por la ocurrencia de

precipitaciones de moderada a fuerte intensidad, que pueden llegar a superar su

normal, de acuerdo a información obtenida del INAMHI, en el año 2012 en las

estaciones de Santo Domingo Aeropuerto y La Concordia en el mes de marzo se

registraron valores de entre 989,9 y de 773, (mm2) de precipitaciones al mes,

debido a estos antecedentes, se desea realizar este proyecto.

El Balance Hídrico principalmente se basa en la aplicación de ecuaciones que

igualan tanto las entras como las salidas de agua almacenada en una cuenca

hidrográfica, mismas que son importantes conocer ya que constituyen un medio

3

para lograr el aprovechamiento y ordenamiento de los Recursos Hídricos, por

medio del balance también se puede estimar el déficit o exceso de humedad ,

factores que son precisos para comprender las posibilidades de riego de los suelos,

ya que nos brindan información acerca del total de agua requerida en cualquier

periodo del año.

De acuerdo a (Estrela, 1992) se dice que cuando la disponibilidad del agua es

discontinua o cuando su exceso es causa de desastres como inundaciones,

deslizamientos de terreno y sequías, es necesario contar con esquemas adecuados

y fiables de evaluación de los recursos hídricos.

Siendo el objetivo principal de la investigación el análisis y evaluación de la

disponibilidad de agua a través del bance hídrico, evaluando así parámetros de

precipitación, escorrentía y evapotranspiración por medio de mapas y tablas que

sinteticen la información.

4

2. OBJETIVOS

2.1 Objetivo General:

Realizar un Estudio Hidrológico en la Microcuenca del Río Blanco en la

provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas que permita evaluar las relaciones

oferta-demanda hídrica y modelar las relaciones precipitación-escorrentía.

2.2 Objetivos Específicos:

Desarrollar un Balance Hídrico para la Microcuenca del Río Blanco en la

provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas, durante el periodo

comprendido entre el año 1991 y 2015, mediante la cuantificación

simultánea de precipitación, escorrentía superficial y evapotranspiración.

Evaluar el estado actual de la oferta y disponibilidad de agua de la

Microcuenca del Río Blanco en la provincia de Santo Domingo de los

Tsáchilas.

Presentar mapas que reflejen las condiciones del Recurso Hídrico.

Presentar los resultados y metodología para su conocimiento.

5

3. MARCO TEÓRICO

3.1 Ciclo Hidrológico

Se conoce como Ciclo Hidrológico a las fases que pasa el agua al filtrarse de la

tierra a la atmósfera y regresar a la tierra en forma de (Gálvez & SENAMHI,

2012):

Evaporación desde el suelo, y se consideran el mar o aguas continentales.

Condensación de nubes, precipitación, acumulación en el suelo o masas de

agua y reevaporación (Gálvez & SENAMHI, 2012)

En la siguiente figura se indica el proceso del Ciclo Hidrológico. Figura # 1.

El Ciclo Hidrológico implica un proceso de transferencia indefinido o

permanente, esta corriente permanente del ciclo se debe principalmente a dos

causas:

Al sol que suministra la energía para elevar el agua (evaporación) (Gálvez

& SENAMHI, 2012).

Ciclo Hidrológico

Figura 1. Proceso del Ciclo Hidrológico

Fuente: www.eoarth.org/article/Hydrologic_cycle, adaptado por Ordoñez, 2011

(SENAMHI, 2011, pág. 9)

Ciclo Hidrológico

Figura 1. Proceso del Ciclo Hidrológico Fuente: www.eoearth.org/article/Hydrologic_cycle, adaptado por Ordoñez, 2011

http://www.eoarth.org/article/Hydrologic_cycle

6

La gravedad terrestre, que hace que el agua condensada descienda

(precipitación y escurrimiento) (Gálvez & SENAMHI, 2012).

3.2 Sistema Hidrológico

Por medio de los Sistemas Hidrológicos se pueden dar a conocer, los

fenómenos hidrológicos de una manera más concisa ya que son muy confusos, por

lo que nunca pueden ser totalmente distinguidos.

En la siguiente figura se indica Fenómenos que conforman el Sistema

Hidrológico. Figura # 2

3.3 Cuenca Hidrológica

En relación al documento de Georgia Enviromental Protección División, se

define como una cuenca hidrológica a un sistema, el cual nos indica que es el

terreno de donde el agua, sedimentos y materiales disueltos desaguan a un punto

Sistemas Hidrológicos

Figura 2. Fenómenos que conforman el Sistema Hidrológico

Fuente: (Gálvez & SENAMHI, 2012)

7

en común que pueden ser un arroyo, humedal, lago o río, y en donde por cada

cuenca, hay un sistema de drenajes que conducen agua de lluvia a sus salidas, sus

orillas, están caracterizados por los puntos más altos de este terreno alrededor del

cuerpo de agua, como se muestra a continuación figura # 3.

3.4 Cuenca Hidrográfica

La Cuenca Hidrográfica está compuesta por el área de territorio delimitado por

la línea frontera de aguas, formado por un sistema hídrico que transporta las aguas

al curso de un río principal, a un río, lago o mar y a una zona donde se colecta las

aguas que desembocan a un mismo cauce.

“De acuerdo a los conceptos de (Chow, 1996) una Cuenca Hidrográfica es una

superficie de tierra que drena hacia una corriente en un lugar dado”.

Cuenca Hidrológica

Figura 3. Cuenca Hidrológica

Fuente: (SENAMHI, 2011)- Ordoñez, 2011

8

El punto de salida se encuentra dentro de los límites de la Cuenca y

generalmente es un lago, es decir estas siempre desembocan en lagos o lagunas,

dentro del continente.

3.5 Clasificación de la Cuenca

3.5.1 Por su Salida

Tomando en cuenta la salida de una Cuenca, pueden clasificarse en:

Cuenca Endorreica:

El punto de salida se encuentra dentro de los límites de la cuenca y

generalmente es un lago, es decir estas siempre desembocan en lagos o lagunas,

dentro del continente.

Cuenca Exorreica

Las cuencas exorreicas su punto de salida está en los límites de la cuenca,

consiguiendo ser otra corriente de agua o de mar.

Cuenca Arreicas

“En las cuencas arreicas, las aguas se evaporan o se filtran en el terreno antes

de encauzarse a un sistema de red de drenaje” (Monsalve, 1999)

Cuenca Criptorreicas

Cuencas cuyas corrientes de agua son subterráneas, alimentadas por la

infiltración casi inmediata de la lluvia a través de suelos porosos.

3.6 Delimitación de la Cuenca

Se designa como divisoria la línea que separa las precipitaciones que caen en

cuencas inmediatamente vecinas, y que encaminan la escorrentía resultante para

9

un sistema fluvial. La divisoria sigue una línea rígida, atravesando el curso de

agua solamente en el punto de salida. La divisoria de aguas une los puntos de cota

máxima entre las cuencas, con lo que no deja que en el interior de la cuenca haya

picos aislados con cotas superiores a cualquier punto de la divisoria de aguas.

3.7 Características Morfológicas

Las características morfométricas de una cuenca dependen de la

morfología (forma, relieve, red de drenaje, etc.), los tipos de suelo,

la capa vegetal, la geología, las prácticas agrícolas, etc. Estos

elementos físicos proporcionan la más conveniente posibilidad de

conocer la variación en el espacio del régimen hidrológico.

(Monsalve, 1999, pág. 37)

3.7.1 Área de la Cuenca

Es parte más importante que define a la cuenca esta nos delimita el volumen

total de agua que la cuenca va a recibir.

“Es área plana (proyección horizontal) incluida entre su divisoria topográfica”,


3.7.2 Perímetro

“Es la longitud total de la divisoria de aguas, desde el inicio del punto de

estudio hasta finalizar en el mismo, se mide en km u otra unidad de longitud”.

(Gutiérrez, 2014, pág. 49)

3.7.3 Forma de la Cuenca

Esta característica es importante pues se relaciona con el tiempo de

concentración, el cual es el tiempo necesario, desde el inicio de la

precipitación, para que toda la cuenca contribuya a la sección de la

corriente en estudio, es decir el tiempo que toma el agua desde los

10

limites más extremos de la cuenca hasta llegar a la salida de la

misma. (Monsalve, 1999, pág. 37)

En la figura # 4 podemos observar la representación de forma de la Microcuenca

Hidrográfica Río Blanco DJ Toachi.

Factor de forma:

Es la relación entre el ancho medio y la longitud axial de la cuenca:

La longitud axial de la cuenca se mide cuando se sigue el curso de

agua más largo desde la desembocadura hasta la cabecera más

distante en la cuenca. (Monsalve, 1999, pág. 38)

Uno de los índices más utilizados para medir la forma de la cuenca es el factor

o relación de forma de Hortón, el cual se expresa como:

𝑅𝑓 =𝐴

𝐿2

Donde:

𝑅𝑓 = Coeficiente de forma

𝐴 = Área de la cuenca (Km2)

𝐿 = Longitud de la cuenca (Km)

Microcuenca Hidrográfica Río Blanco DJ Toachi

Figura 4. Microcuenca Hidrográfica Río Blanco DJ Toachi

Fuente: Base de datos IGM-Cartografía Digital, Escala 1:50.000

Elaborado por: Cristina Ojeda

11

Los valores interpretativos del Factor de Forma se encuentran clasificados según

Horton, descritos a continuación en la siguiente tabla # 1.

Tabla 1. Valores Interpretativos Factor de Forma Hortón

Valores Interpretativos Factor de Forma Hortón

Valores Aproximados Forma de la Cuenca

˃ 0,22 Muy alargada

0,22 – 0,300 Alargada

0,300 – 0,37 Ligeramente alargada

0,37 – 0,450 Ni alargada ni

ensanchada

0.450 – 0,60 Ligeramente ensanchada

0,60 – 0,80 Ensanchada

0,80 – 1,20 Muy ensanchada

˃ 1,2000 Rodeando el desagüé

Nota: Caracteristicas morfometricas

Fuente: (Delgadillo & Barrios, pág. 4)

Elaborado por: Cristina Ojeda.

Coeficiente de compacidad

Es el resultado de dividir el perímetro de la cuenca por el perímetro de un

círculo de igual área que la de la cuenca; es otro índice de forma. Para encontrar

se utiliza la siguiente fórmula:

𝐾𝑐 =0,28𝑃

(𝐴)1/2

Donde:

𝐾𝑐 = Es el coeficiente de compacidad

𝑃 = Perímetro de la cuenca

𝛱 = Signo “Pi” que es igual a 3.1416

Si Rf > 1 Forma achatada Tiempos cortos (horas minutos) para formación de

avenidas

Si Rf < 1 Forma alargada Tiempos largos (días, semanas) para formación de

avenidas

12

.𝐴 = Área de la cuenca

A continuación en la tabla # 2 se muestran los rangos de clase para determinar el

coeficiente de compacidad de la cuenca:

Tabla 2. Rangos Clase de Forma

Rangos Clase de Forma

Kc Forma

1-1.25 Redonda a Oval Redonda

1.25-1.5 Oval Redonda a Oval Oblonda

1.5-1.75 Oval Oblonda a Rectangular

Oblonda

Nota: Morfometría de cuencas- Fuente: (Fuentes & Instituto Nacional de Ecología, 2004)


“Cuanto más irregular sea la cuenca mayor será su coeficiente de compacidad.

Una cuenca circular posee el coeficiente mínimo, igual a uno. Hay mayor

tendencia a las crecidas en la medida en que este número sea próximo a la

unidad”. (Monsalve, 1999, pág. 38)

Las cuencas más ensanchadas poseen mayor susceptibilidad a

generar crecidas, ya que el tiempo de recorrido del agua a través de

la cuenca es mucho más corto que en las cuencas alargadas, en

otras palabras, las cuencas ensanchadas tendrían menor tiempo de

concentración y por ende mayor rapidez para la concentración de

los flujos de agua superficiales, generando mayor violencia en sus

crecidas. Caso contrario ocurre en las cuencas alargadas donde el

tiempo de viaje del agua es mucho más largo, contribuyendo a que

los picos de crecidas sean menos súbitos en caso de lluvias

concentradas o tormentas. (Delgadillo & Barrios)

13

3.7.4 Características de Relieve de una Cuenca

Entre las características de relieve de una cuenca tenemos que está compuesta de

valles principales y secundarios, con formas de relieve mayores y menores y la

red fluvial que conforma.

La influencia del relieve sobre la cuenca hidrográfica es importante ya que a

mayores pendientes corresponden mayores velocidades de agua y en las corrientes

menores será el tiempo de concentración de la cuenca. La influencia del relieve

sobre el hidrógrama es aún más evidente ya que a una mayor pendiente

corresponderá a una menor duración de la concentración de aguas de origen

escorrentía en la red de drenaje y de afluentes al curso principal.

3.7.4.1 Elevación de la microcuenca

Es un parámetro de gran importancia para entender la complejidad topográfica

que puede presentar una cuenca, dentro del cual se calcula:

Elevación mínima: Es el valor de la cota más baja de la cuenca,

comúnmente el punto de salida de la misma.

Elevación máxima: Es el valor de la cota más alta presente en la cuenca.

Elevación media: “Es el promedio de las elevaciones existentes en la

cuenca. La elevación media de la microcuenca se determina mediante la

curva hipsométrica la cual relaciona la altitud con el área.” (Villon, 2002)

3.7.4.2 Curva Hipsométrica

Esta nos sirve para definir el potencial evolutivo de la microcuenca, en base al

análisis de otras microcuencas, se ha tenido una gráfica donde:

14

Esta figura # 5 nos indica la Curva Granulométrica.

Curva A: Es una cuenca en etapa de desequilibrio, con valles profundos y

praderas amplias, geológicamente joven o una cuenca de meseta.

Curva B: Es una cuenca en etapa de equilibrio, geológicamente madura o

una cuenca de montaña.

Curva C: Es una cuenca erosionada o con valles extensos y cumbres

escarpadas.

3.7.4.3 Curva de Frecuencia de Altitudes

Es la representación gráfica, de la distribución en porcentaje, de las superficies

ocupadas por diferentes altitudes.

“Según (Gutiérrez, 2014) es un complemento de la curva hipsométrica, la cual

va representar el tanto por ciento, respecto a la superficie total, de las

superficies comprendidas entre dos curvas de nivel consecutivas”.

Curva Hipsométrica

Figura 5. Curva Hipsométrica

Fuente: http://www.ingeciv.com/que-es-una-curva-hipsometrica

http://www.ingeciv.com/que-es-una-curva-hipsometrica

15

Frecuencia de Altitudes

Altitud media: Es la ordenada media de la curva hipsométrica, en ella

el 50% del área de la cuenca, está situado por encima de esa altitud y el

50% situado por debajo de ella.

Altitud más frecuente: Es el máximo valor en porcentaje de la curva

de frecuencia de altitudes.

Altitud de frecuencia 1/2: Es la altitud correspondiente al punto de

abscisa ½ de la curva de frecuencia de altitudes.

Numéricamente la elevación media de la cuenca se obtiene con la siguiente

ecuación:

𝐸𝑚 =∑𝑎 ∗ 𝑒

𝐴

Donde:

𝐸𝑚 = Elevación media

𝑎 = Área entre dos contornos

𝑒 = Elevación media entre dos contornos

𝐴 = Área total de la cuenca

3.7.5 Pendiente de la Corriente Principal de la Cuenca

La velocidad de escurrimiento de las corrientes de agua en una cuenca

hidrográfica depende de la pendiente de los canales fluviales. En cuanto mayor

valor tome la pendiente, mayor será la velocidad del flujo, y por lo tanto, se

convierte en un factor característico del tiempo de respuesta de la cuenca de

determinada precipitación.

16

Para determinar las pendientes medias de la microcuenca se utiliza la siguiente

fórmula:

𝑃𝑚 =𝐷

𝐴(𝐿1 + 𝐿2 + 𝐿3 + ⋯ . 𝐿𝑛)

Donde:

𝐷 = Intervalo de nivel entre curva y curva

𝐴 = Área de la cuenca

𝐿 = Longitud de la curva de nivel

3.7.6 Sistema de Drenaje

Es el conjunto de cursos de agua que van a conducir las aguas precipitadas

sobre una determinada cuenca hidrográfica hacia el punto más bajo de la misma,

también llamado punto de control. Está constituido por el río principal y sus

tributarios, como se indica en la figura # 6.

Microcuenca Hidrológica Sistema de Drenaje

Figura 6. Microcuenca Hidrológica Sistema de Drenaje



Pendiente del cauce principal m/km

Microcuenca Hidrográfica Sistema de Drenaje Rio Blanco DJ Toachi

Figura 6. Microcuenca Hidrológica Sistema de Drenaje


Elaborado: Cristina Ojeda

17

3.7.7 Ordenes de Drenaje

Se denomina al grado de ramificación o bifurcaciones que tienen

una cuenca. Estableciendo, un orden a cada uno de ellos en forma

creciente desde el inicio de la divisoria hasta llegar al curso

principal donde el orden atribuido a este muestre en forma directa

el grado de ramificación de la red de drenaje (Monsalve, 1999).

El río de segundo orden es el que solo posee ramificaciones de primer orden.

Un río de tercer orden es el que presenta ramificaciones de primer y segundo

orden, y así sucesivamente, figura # 7:

Donde:

Corrientes de 2do orden: cuando se unen dos corrientes de primer orden

(Monsalve, 1999, pág. 39).

Órdenes de Drenaje Río Blanco DL Toachi

Figura 7. Cuenca Hidrográfica Orden de Drenaje



18

Corrientes de 3er orden: cuando se unen dos corrientes de segundo orden


Corrientes de orden n+1: cuando se unen dos corrientes de orden n se


3.7.8 Densidad de Drenaje

“Es la relación entre la longitud total de las corrientes de agua de la cuenca y su

área total”. (Monsalve, 1999, pág. 39)

𝐷𝑑 =𝐿

𝐴

Donde:

𝐿 = Longitud total de la red de drenaje

𝐴 = Área de la cuenca km2

“Dd usualmente toman valores próximos a 0.5 K/Km2 cuenca pobremente

drenada y Dd 3.5 K/Km2 o mayores indican una red de drenaje eficiente”


3.7.9 Tiempo concentración

Se denomina al tiempo de respuesta o de equilibrio, sé lo define

como el tiempo requerido, para que, durante un aguacero uniforme,

alcance un estado estacionario; es decir, el tiempo necesario para

que todo el sistema (toda la cuenca) contribuya eficazmente a la

generación de flujo en el desagüe”. (Gutiérrez, 2014)

Han sido numerosos los autores que han obtenido formulaciones a

partir de las características morfológicas y geométricas de la

cuenca, una de estas es la de Kirpich. (Gutiérrez, 2014, pág. 49)

19

Formula de Kirpich

𝑇𝑐 = 0,0195 (𝐿𝑟3

𝐻)

0,385

Donde:

𝑇𝑐 = Tiempo de concentración en horas

𝐿𝑟 = Longitud del cauce principal en metros

𝐻 = Diferencia de elevación en metros

3.7.10 Orientación:

“Es la dirección geográfica de la pendiente del terreno, este parámetro

interviene en el número de horas que la cuenca es favorecida por la radiación

solar y es un factor primordial en el cálculo de la evapotranspiración potencial”


3.7.11 Suelo de la Cuenca

Al hablar del suelo de la cuenca deben tomarse en cuenta dos aspectos

principales tales como las características del lugar en donde se encuentra, y por

otro las características específicas del suelo en si como composición morfología y

propiedades.

Influyen en el fenómeno de la escorrentía, juegan un papel

importante por su naturaleza, su color y el tipo de vegetación. Entre

el impermeable es el suelo más rápido es la escorrentía, sin

embargo, no se puede hablar de un 100% de impermeabilidad.


20

En la figura nos indica la Curva Granulométrica figura.8:

3.7.12 Características del Lugar

Forma del terreno: Está ligado con el factor de relieve de la formación

del suelo, por lo que su descripción se la hace en forma sistemática.

Pendiente: Es la cuantificación del posible efecto del relieve en la

formación del suelo, por lo que conviene determinar con la máxima

precisión posible, aunque siempre referida al promedio de la ladera en que

se encuentra el suelo.

Clima: El clima se deduce de los datos proporcionados por las estaciones

meteorológicas

Vegetación o uso de la tierra: Donde se describe el tipo de cultivo, en

caso de la utilización, o la vegetación natural existente en el área.

Curva Granulométrica

Figura 8. Curva Granulométrica y tipo de material de suelo

Fuente: (Monsalve, 1999, pág. 54)

21

3.7.13 Características Geológicas

Las características geológicas nos determinan los procesos geológicos que

afectan a la cuenca como por ejemplo la posibilidad de ocurrencia de deslaves de

las laderas de ciertas elevaciones que posean fuerte pendiente, lo que favorecerá al

arrastre de sedimentos y al incremento de procesos erosivos.

3.7.14 Cobertura Vegetal

La cobertura vegetal representa los cuerpos naturales o artificiales

que cubren la superficie del suelo, por lo tanto, pueden originarse

en ambientes naturales como resultado de la evolución ecológica o

a partir de ambientes artificiales creados.

El cambio de cobertura vegetal y uso de suelo repercute

directamente en el balance hídrico de la cuenca. Y también se

puede originar un aumento de sedimentos en la cuenca. (Maverick,

2014, pág. 44)

3.8 Balance Hidrológico

El conocimiento de la distribución, movimiento, cantidad,

permanencia, variación y transporte del agua en los distintos

lugares donde pueden concentrarse, sirve para el conocimiento de

su balance, ya que este debe estar basado en el proceso global que

gobierna el ciclo hidrológico. (Gutiérrez, 2014, pág. 31)

22

3.8.1 Ecuación del Balance Hídrico

“La ecuación del balance hídrico de una cuenca, para casos de cuencas

extensas y largos periodos de tiempo, se puede expresarse de la siguiente

forma” (Gutiérrez, 2014, pág. 33).

En relación con la ecuación simplificada para el cálculo del Balance Hídrico,

que se puede expresar de la siguiente manera:

𝑃 – 𝑄 = 𝐸 + 𝑛

Donde:

𝑃 = Precipitación media del periodo y del área en (mm).

𝑄 = Caudal medio del periodo y del área efluente neto de la cuenca

𝐸 = Evapotranspiración, pérdidas medias del periodo y del área

𝑛 = Termino de discrepancia

El planteamiento simplificado de la ecuación del balance supone que las

conmutaciones de almacenamiento en periodos de tiempo largo son

insignificantes con relación a los otros términos.

Los términos de la ecuación de balance para un periodo de tiempo prolongado se

pueden expresar como el promedio anual de la lámina de agua sobre la cuenca

(mm/año) del volumen de agua (hm3/año) que dicha lámina representa la forma de

flujo (m3/s).

El valor Q se refiere al cálculo neto efluente, de modo que los valores de la

escorrentía a la salida de la cuenca deben ser transformados si existen trasvases

con las cuencas vecinas.

23

El termino Q influye tanto el flujo superficial como subterráneo. Sin embargo, con

frecuencia el caudal subterráneo resulta insignificante con relación al superficial,

de modo que se lo tomara en cuenta para el cálculo.

El termino ET representa las cantidades totales de agua que salen del ciclo de

escorrentía y retornan a la atmosfera o son consumidas.

Desde el punto de vista de la disponibilidad de recursos hídricos estos valores

corresponden a “perdidas”, palabra con la que usualmente se las designa. Ellas se

pueden producir de la siguiente forma:

Evaporación desde superficies de agua libre E, como lagos y embalses

Evaporación desde suelo húmedo Es, en zonas con un nivel freático

próximo a la superficie, como sucede en salares.

Evaporación Real desde superficies naturales ETRn, desde superficies con

riego artificial, ETRr, o en zonas con un nivel freático próximo a la

superficie a través de plantas freatofitas ETRf.

Pérdidas netas por consumos directos derivados de la actividad humana,

incluyendo los consumidores domésticos, industriales y mineros.

“La gran mayoría de las pérdidas se presentan prioritariamente en forma de

evapotranspiración” (Roura, 2004, pág. 14)

La ecuación con la cual se trabajará en el estudio es la descrita a continuación:

𝑃 = 𝑅 + 𝐸𝑇𝑅 + 𝑛

Donde:

𝑃 = Precipitación en (mm).

𝑅 = Escorrentía superficial en mm

𝐸𝑇𝑅 = Evapotranspiración real

24


3.8.2 Análisis de los Parámetros que Intervienen en la Ecuación del

Balance Hídrico.

Los tres componentes principales que intervienen en la ecuación de balance

hídrico simplificado y de un periodo se pueden ordenar de acuerdo a su

confiabilidad y exactitud en el siguiente orden:

a) Precipitación

b) Caudal o escorrentía

c) Evapotranspiración Real

3.8.2.1 Precipitación

Son todas las formas de agua (liquida o sólida), que se derivan del vapor de

agua procedentes de la atmosfera y que llegan a la superficie de la tierra.

Mecanismo para la Formación de las Precipitaciones

Las nubes están formadas por un aerosol compuesto de gotitas de

agua cuyo diámetro medio oscila entre 0.01 y 0.03 mm; y una

velocidad de caída de 1cm/s; esto hace que se mantengan flotando

en la atmosfera; en cambio, las gotas de lluvia son más gruesas su

diámetro medio varía entre 0.5 y 2 mm.

Para que exista precipitación se necesita que el volumen de cada

partícula que forma el aerosol en la nube aumente de 100 000 a

1000 000 de veces, para esta forma vencer el empuje al cual están

sometidas por las corrientes de aire turbulentas y a veces

ascendentes que le rodean. (Roura, 2004, pág. 16)

25

Tipos de Precipitación

Existen 3 tipos de Precipitación de acuerdo a las condiciones que provoca el

aire ascendente:

Precipitación Convectiva.

Se produce habitualmente en regiones cálidas y húmedas, cuando masas de aire

cálidas, al ascender en altura, se enfrían, generándose de esta manera la

precipitación, estas suelen caer en un tiempo relativamente corto sobre un área

determinada en forma de chaparrones con una intensidad que varía rápidamente,

proviene de nubes convectivas, como los cumulonimbos o cúmulos congestus.

Precipitación Orográfica.

La precipitación orográfica ocurre en el lado de barlovento de las montañas y

está originada por el movimiento ascendente de un flujo de aire húmedo a través

de la montaña, que provoca el enfriamiento adiabático y la condensación, esta

depende principalmente de la altitud, de la pendiente y de su orientación, pero

también de la distancia que separa el origen de la masa del aire caliente del lugar

del levantamiento. En general, presentan una intensidad y una frecuencia regular.

Precipitación frontal o del tipo ciclónico.

Se asocian a las precipitaciones provocadas por los ciclones extra tropicales, en

el cual se presenta dos masas de aire de distintas propiedades físicas en

movimiento donde una de ellas asciende por la superficie de disgregación (frente),

sobre la otra donde se enfría el agua, se condensa y se originaran las denominadas

lluvias ciclónicas.

http://www.ciclohidrologico.com/condensacin

26

3.8.2.2 Escorrentía

La escorrentía representa el escurrimiento superficial de régimen natural. El

escurrimiento lo compone el agua que no ha sido evaporada por las plantas o no se

ha infiltrado en la tierra, la misma que es directamente recuperable para ser usada

por la humanidad.

Las estadísticas pluviométricas al ser obtenidas a partir de

mediciones están expuestas a errores producidos en las diferentes

etapas que deben cumplirse hasta obtener los caudales medios

diarios, mensuales y anuales. Sin embargo, de todos los parámetros

que intervienen en el balance hídrico, la escorrentía superficial es la

que se puede obtener con mayor precisión. (Roura, 2004, pág. 18)

3.8.2.3 Evapotranspiración

Se muestran dos tipos de evapotranspiración, la potencial y la real o efectiva.

La evapotranspiración potencial se define como la evapotranspiración que

tendría parte si ocurriera siempre un abastecimiento adecuado de humedad.

La evapotranspiración real o efectiva es la que ciertamente se ha

producido, obedeciendo a las condiciones climáticas dominantes en la

zona.

La evapotranspiración convoca los procesos de evaporación y de transpiración.

La evaporación se origina por procesos, físico, por el cual el agua en estado

líquido pasa al estado de vapor a la temperatura normal o del medio

ambiente, este proceso se efectúa en una forma lenta, no brusca.

27

Pequeñas fracciones de agua absorbidas por las raíces de las plantas

permanecen en sus tejidos, el resto se dirige a la atmosfera en forma de

vapor, esta evaporación biológica se la conoce como transpiración.

Para el cálculo de la evapotranspiración se empleará varios métodos

aplicando varias fórmulas empíricas, los cuales serán detallados

posteriormente en la metodología.

3.9 Método del Soil Conservation Service o de Número de Curva SCS

Es un método ampliamente utilizado, por su facilidad para estimar

parámetros a partir de datos edafológicos y de vegetación, es un

procedimiento empírico desarrollado por hidrólogos del Soil

Conservation Service, en base a numerosos datos de cuencas

experimentales de los Estados Unidos, para áreas grandes, con el

fin de estimar la escorrentía directa, misma que se fundamentó en

la precipitación ocurrida y las condiciones de la cuenca,

inicialmente se desarrolló para estimar avenidas e hidrogramas de

avenidas de cuencas pequeñas, pero en la actualidad es aplicado a

cuencas grandes, este método es utilizado para la estimación de la

lluvia en exceso ocasionada por una tormenta, y se aplica

principalmente para estudios de máximas avenidas, la información

básica para este método es la consideración de un índice de

humedad del suelo anterior a la tormenta de estudio. (Gutiérrez,

2014)

28

3.10 Programa HEC-HMS

Los estudios hidrológicos hoy en día exigen y requieren la

utilización de modelos matemáticos validados científicamente,

como el conocido software de libre distribución HEC/Geo-HMS

(Hydrologic Modeling System) desarrollado por el estadounidense

Hydrological Engineering Center (U.S. Corps of Engineers).

El paquete HEC-HMS informatiza un conjunto extenso de modelos

numéricos implicados en el pronóstico de crecidas, mediante el

enlace de distintos modelos de lluvia de cálculo, escorrentía,

tránsito en cauce, tránsito en embalse, y generación de hidrogramas

entre otros, y con la extensión para SIG denominada Geo-HMS,se

pueden extraer los datos necesarios que alimenten el modelaje de la

transformación lluvia-caudal, a partir del Modelo Digital de

Elevación(MDE).(http://www.gefecohidrologia.org/pronoacutestic

o-de-crecidas-con-hecgeo hms.html)

http://www.gefecohidrologia.org/pronoacutestico-de-crecidas-con-hecgeo%20hms.html

http://www.gefecohidrologia.org/pronoacutestico-de-crecidas-con-hecgeo%20hms.html

29

4. MATERIALES Y MÉTODOS:

4.1 Materiales

Para la realización del Balance Hídrico Superficial es obligatorio conocer no

solo los procesos o caminos que sigue el agua en el suelo, sino también las

características fisiográficas, edafológicas y biológicas del lugar en los cuales ellos

se despliegan; por lo cual, una estimación precisa del Balance Hídrico está

estrechamente sujetada a la cantidad y calidad de la información disponible y, en

particular, de la red de estaciones y número de años de sus registros, por lo que, se

determinó que entre los materiales más importantes para el desarrollo de nuestro

estudio, es necesaria la siguiente información:

Información cartográfica digital en formato shapefile a escala 1:50.00, de

todo el Ecuador, obtenida por medio del Instituto Geográfico Militar

(IGM).

Información hidrometeorológica, facilitada por el Instituto Nacional de

Meteorología e Hidrología (INAMHI).

Base de datos caudales de la estación hidrológica dentro de la zona de

estudio, en el Río Blanco DJ Toachi- H0138. (INAMHI).

Base de datos de las estaciones climatológicas. (INAMHI).

Hardware (laptop).

4.1.1 Programas

Software (Word, Excel, Power Point).

ArcGIS (procesamiento de Sistemas de Información Geográfica)

Programa HEC-HMS 3.5 (utilizado para modelamiento por medio del

ingreso de parámetros hidrológicos).

30

4.2 Métodos

4.2.1 Método para la Delimitación de la Microcuenca del Río Blanco.

Para la delimitación de la Microcuenca del Río Blanco primeramente se tomó

en cuenta como parámetro principal la estación de cierre que fue la estación de

nombre: Blanco DJ Toachi (PTE.UNICOOP), después del Río Blanco,

perteneciente a la cuenca del Río Esmeraldas, estación Hidrológica H-138 de tipo

limnigráfica, ubicada en la provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas, en la

parroquia Valle Hermoso, con una altitud de 283m y coordenadas UTM, de

691206 Este, y 9990337 Norte, al momento se encuentra activa y fue instalada

desde el 20 de enero de 1974, perteneciente a la red de estaciones hidrológicas del

INAMHI, conocido ya nuestro punto de descarga ,y por medio del ingreso directo

sobre la pantalla de un ordenador de datos de las curvas de nivel del Ecuador

,obtenidas como shapefile, cartografía digital a escala 1.50.00 del IGM, y la

utilización del software de SIG, que es un Sistema de Información Geográfica

para el procesamiento de información de tipo geográfico, se procedió a delimitar

la microcuenca la cual va hacer nuestra área de estudio de interés. (Figura 9)

Delimitación de Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi

Figura 9. Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi

Fuente: Base de datos IGM-Cartografía Digital formato shapefile, Escala 1:50.000


31

4.2.1.1 Descripción General del Área de Estudio:

El estudio se realizó a partir de la ubicación de la estación limnimétrica, de

nombre Río Blanco DJ Toachi – H0138, nombre que lleva nuestra área de estudio

Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi, la cual su punto de descarga se encuentra

ubicada en Valle Hermoso, parroquia rural de la provincia de Santo Domingo de

los Tsáchilas, con aproximadamente 10.000 habitantes. Se encuentra a una altura

de 307 msnm y con una temperatura promedio de 25 °C. (Figura 10)

Ubicación de la Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi con

Google Earth

Figura 10. Ubicación de la Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi en Google Earth

Fuente: Google Earth


32

4.2.1.2 Ubicación Geográfica

Ubicación Geográfica Microcuenca Río Blanco DJ Toachi. (Figura 11)

Mapa de Ubicación Microcuenca Río Blanco DJ Toachi

Figura 11. Ubicación Microcuenca Hidrográfica Río Blanco DJ Toachi.


Elaborado: Cristina Ojeda

33

Utilizando la herramienta del Google Earth, en base a la ubicación de la

estación limnimétrica, de nombre Río Blanco DJ Toachi –H0138, de donde se

procedió a la delimitación de la microcuenca del mismo nombre, y se determinó

su ubicación geográfica, por lo tanto:

La Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi, se encuentra ubicada entre las

provincias de Santo Domingo de los Tsáchilas, Pichincha y Cotopaxi, con latitud

de (°9'34.58"Sur) y longitud de (79°16'55.03"Oeste), a una altura media de 347

(m.s.n.m), y cuenta con un área de 4426,63 Km².

Límites de acuerdo a la ubicación de la estación Río Blanco DJ Toachi, en

Valle Hermoso

Norte: Provincia Pichincha;

Sur: Provincia Santo Domingo de los Tsáchilas;

Este: Provincia Pichincha y

Oeste: Santo Domingo de los Tsáchilas

4.2.1.3 Características de la Cuenca

De acuerdo a la información obtenida de shapefile de uso de suelo, de zonas de

vida, geomorfología, del Instituto Geográfico Militar (IGM), se procedió a

elaborar mapas (ver anexo # 9) para determinar las características de la

Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi, principalmente se tomó en cuenta como

referencia la zona de Valle Hermoso por ser el sitio de ubicación de cierre de la

Microcuenca, también se obtuvo la información del Plan de Desarrollo Parroquial

de Valle hermoso:

34

Tabla 3. Características de la Microcuenca Río Blanco DJ Toachi

Características de la Microcuenca Río Blanco DJ Toachi

Parámetros Características de la Microcuenca Río Blanco DJ Toachi

Clima Húmedo tropical

Temperatura (°C) 23 a 26 (°C)

Precipitación mensual Máxima en abril 800 mm, mínima en agosto 100

mm

Humedad de la provincia

Pendiente

Tipo de suelo

Zonas de vida

Entre el 70 y 90%

Media 16%

Paisaje piedemonte

Bosque siempre verde de zonas bajas

Nota: Características en base a información obtenida por el Instituto Geográfico Militar (IGM) y el

Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología INAMHI.


4.2.1.4 Geología y suelos.

De acuerdo a la elaboración de los mapas geológicos y de uso de suelos (ver

anexo # 9 – mapas 3,4,5) para la Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi se

determinó la unidad Geológica Piedemonte y suelos de tipo entisol, molisol y en

su mayoría inceptisol.

4.2.1.5 Capacidad del Suelo.

En relación a los tipos de suelo, que posee la Microcuenca del Río Blanco DJ

Toachi, esta tiene potencialidades principalmente para actividades forestales de un

48.41% y para actividades agropecuarias de un 31.07%.

“El 61,97% del territorio tiene un uso inadecuado de acuerdo a las condiciones

de arabilidad, con los efectos de subutilización, empobrecimiento de la calidad del

35

suelo y riesgos por deslizamientos”. (Plan de Desarrollo de la parroquia de Valle

Hermoso , 2004)

4.2.1.6 Usos del suelo

El 50% del territorio está consagrado a la producción pecuaria, el

40% a la producción agrícola y el restante 10% a otros usos. De

acuerdo a la arabilidad del suelo existe un 55% del territorio con

uso inadecuado, debido a la densidad de cabezas de ganado

también observamos un 30% del territorio con uso inadecuado, por

lo general este uso se debe orientar a actividades forestales,

silvopastoriles y agroforestales. (Plan de Desarrollo de la parroquia

de Valle Hermoso , 2004)

4.2.1.7 Actividad Agrícola

De acuerdo a los mapas de vegetación (ver anexo # 9 mapa 8), se obtuvo que

en las unidades de cobertura vegetal existen plantaciones perennes como: palma

africana, café, cultivos de ciclo corto y pastos plantados.

4.2.1.8 Zonas de planificación especial.

“El Río Blanco determina que la zona poblada que se halla en sus riberas

reciba un tratamiento especial por el riesgo por inundación” (Plan de

Desarrollo de la parroquia de Valle Hermoso , 2004).

El tratamiento especial se refiere a mantener sistemas de alerta temprama para

el posible riesgo de desbordamiento del El Río Blanco, provocado por

abundantes precipitaciones, mismas que pueden generar inundaciones.

36

4.2.1.9 Riesgos

Para el riesgo de Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi, se tomó en cuenta la

información del Plan de Desarrollo de la parroquia de Valle Hermoso donde nos

indica que:

El 60% de la zona tiene un riesgo medio por deslizamientos esto

debido al uso inadecuado de tierras de forma extensiva, la zona sur

que se halla antes del río Blanco tiene un riesgo bajo aquí las tierras

son planas y se hallan dedicadas a la producción agrícola. La zona

norte de la cabecera parroquial, cruzando el puente se encuentra en

una zona susceptible de alto riesgo, al hallarse asentada junto al Río

Blanco. (Plan de Desarrollo de la parroquia de Valle Hermoso ,

2004)

4.2.2 Método para el Cálculo de las Propiedades Morfométricas de la

Microcuenca

La caracterización morfométrica de la Microcuenca, se realizó en base al

análisis de información digital de shapefile a escala 1.50.000 de ríos y curvas de

nivel, proporcionadas por el Instituto Geográfico Militar (IGM).

El cálculo de las variables requeridas para el análisis morfológico fue

procesado mediante programas informáticos de ArcGIS y Excel, y por medio de

aplicación de fórmulas morfométricas que se detallan a continuación:

Área de la cuenca

Inmediatamente elaborado la delimitación de la zona de interés hídrico, se

estableció la superficie de la cuenca mediante el programa computacional ArcGIS,

con lo que se obtuvo un área de 4424,29 km2.

37

Perímetro de la cuenca

Al igual que el área, el cálculo del perímetro de la cuenca se realizó en el

programa computacional ArcGIS, siendo el mismo 485,4 km.

Forma de la cuenca - Hortón

Para establecer la forma de la cuenca, se manejó, uno de los índices más

utilizados para medir la forma de la cuenca es el factor o relación de forma de

Hortón, el cual se expresa como:

𝑅𝑓 =𝐴

𝐿2

Donde:

𝑅𝑓 = Coeficiente de forma

𝐴 = Área de la cuenca (Km2)

𝐿 = Longitud de la cuenca (Km)

𝑅𝑓 = (4424,29 〖𝑘𝑚〗^2)/〖(146,35 𝑘𝑚)〗^2

𝑅𝑓 = 0,207

Coeficiente de compacidad de Gravelius (kc).

𝐾𝑐 =0,28𝑃

(𝐴)1/2

Donde:

𝐾𝑐 = Es el coeficiente de compacidad

𝑃 = Perímetro de la cuenca

𝛱 = Signo “Pi” que es igual a 3.1416

𝐴 = Área de la cuenca

Si Rf > 1 Forma achatada Tiempos cortos (horas minutos) para

formación de avenidas

Si Rf < 1 Forma alargada Tiempos largos (días, semanas) para

formación de avenidas

38

𝑘𝑐 =0,28(485,4) km

(4424,29 𝑘𝑚2)1/2

𝑘𝑐 = 2,04

En la tabla # 4 podemos observar la clasificación de los rangos del Coeficiente de

compacidad de Gravelius:

Tabla 4. Coeficiente de compacidad de Gravelius

Coeficiente de compacidad de Gravelius

Nota: Características Coeficiente de compacidad de Gravelius

Elaborado: Cristina Ojeda.

Siendo kc > a 1,75 asumimos que nuestra cuenca va tener una forma rectangular

oblanga, con lo que coincide con la forma que efectivamente posee la cuenca.

Ancho máximo de la cuenca (𝑙) = 84,15 𝑘𝑚

Índice de alargamiento (𝐼𝑎) = 𝐿𝑚/𝑙

Dónde: 𝐿𝑚 = longitud max

𝑙 = Ancho máximo pendiente

𝐼𝑎 =146,35 𝑘𝑚

84,15𝑘𝑚

𝐼𝑎 = 1,7

Si 𝐼𝑎 > 1 se trata de una cuenca alargada

Si 𝐼𝑎 aproxima 1 presenta una red de drenaje en forma de abanico

Ia con valor de 1,7 nos indica que es una cuenca alargada

Kc Forma

1-1.25 Redonda a Oval Redonda

1.25-1.5 Oval Redonda a Oval Oblonga

1.5-1.75 Oval Oblonga a Rectangular Oblonga

kc > a 1,75 Rectangular Oblonga

39

Altura media de la cuenca (curva hipsométrica)

“La altitud media de la cuenca se fijó por medio de la curva hipsométrica que

relaciona la altitud con el área” (Villon, 2002)

Para obtener la curva hipsométrica se utilizó el programa computación Excel,

con los siguientes pasos.

1. Se señalaron sub-áreas de la cuenca, siguiendo las curvas de nivel, para este

caso las áreas estuvieron cada 100 metros.

2. Para determinar las áreas parciales se utilizó el programa computacional

ArcGis, seguidamente se determinó las áreas acumuladas del sitio en

estudio.

3. Con los datos de porcentaje de área acumulada en el eje de las X y con las

alturas medias en el eje de las Y, se procede a graficar la tendencia de la

curva hipsométrica.

En la # 5 podemos ver los valores que se obtuvieron para la curva hipsométrica

por medio del programa computación Excel:

Tabla 5. Datos obtenidos ArGis-Elaboración - Curva Hipsométrica

Datos obtenidos ArcGIS-Elaboración - Curva Hipsométrica

N° Mínima Máxima Promedio

Intervalo

(área del

ArcGIS)

Acumulado %

Acum %Inter

1 300,00 593,71 446,85 254,97 4426,63 100,00 5,76

2 593,81 887,46 740,63 543,51 4171,65 94,24 12,28

3 887,59 1181,23 1034,41 327,92 3628,14 81,96 7,41

4 1182,49 1474,41 1328,45 449,82 3300,22 74,55 10,16

5 1475,14 1768,26 1621,70 327,23 2850,40 64,39 7,39

6 1769,01 2062,34 1915,68 443,99 2523,18 57,00 10,03

7 2062,84 2355,91 2209,37 282,01 2079,18 46,97 6,37

8 2356,60 2649,71 2503,16 332,12 1797,17 40,60 7,50

9 2650,70 2942,53 2796,61 305,78 1465,05 33,10 6,91

10 2943,79 3237,43 3090,61 375,00 1159,27 26,19 8,47

11 3237,76 3531,07 3384,42 245,42 784,27 17,72 5,54

12 3531,55 3823,53 3677,54 298,79 538,85 12,17 6,75

13 3825,33 4118,02 3971,67 142,40 240,06 5,42 3,22

14 4119,58 4412,47 4266,03 89,03 97,65 2,21 2,01

15 4416,82 4656,90 4536,86 6,53 8,62 0,19 0,15

16 4707,63 5000,00 4853,82 2,10 2,10 0,05 0,05

Nota: Datos - Curva Hipsométrica - Río Blanco DJ Toachi - Base de datos IGM- Datos

procesados en ArcGis y Excel.


40

En la figura # 12 podemos ver la representación gráfica de la curva hipsométrica de

la cuenca:

La tendencia de la curva hipsométrica nos indica que es una cuenca con un tipo

de terreno fuertemente accidentada, de acuerdo, a la clasificación de rangos de Heras.

Pendiente media de la cuenca

Para determinar la pendiente media de la cuenca se utilizó Software de ArcGIS y

Excel, una vez obtenidos los datos por medio del ArcGIS, se procedió al cálculo de

la pendiente media por medio de Excel, utilizando como datos el número de

ocurrencias promedio, las que se obtuvieron de multiplicar el promedio y el número

de ocurrencias dadas, y finalmente se dividen el número de ocurrencias promedio

para el numero de ocurrencias dada con lo que se obtiene una pendiente media del

16,43%).

Curva Hipsométrica

Figura 12. Curva Hipsométrica - Río Blanco DJ Toachi

Fuente: Base de datos IGM-Cartografía Digital, Escala 1:50.000 – Datos procesados en

ArGis y Excel.


41

A continuación en la tabla # 6 observamos los valores procesados en Excel para el

cálculo de la pendiente media:

Tabla 6. Datos obtenidos ArGis-Elaboración Pendiente Media

Datos obtenidos ArGis-Elaboración Pendiente Media

No Inferior Superior Promedio ocurrencias

(count)

Numero de

ocurrencias

prom.

1 0,00 5,71 2,0348 4407 8967,38

2 5,71 11,42 8,6311 2848 24581,27

3 11,43 17,14 14,3803 3300 47454,86

4 17,14 22,85 19,8400 3604 71503,52

5 22,85 28,56 25,5518 1834 46862,06

6 28,57 34,27 31,2186 1328 41458,25

7 34,27 39,95 36,8161 805 29636,99

8 40,01 45,68 42,5473 422 17954,96

9 45,72 51,40 48,2179 225 10849,02

10 51,43 57,00 53,8458 125 6730,72

11 57,30 62,60 59,6540 61 3638,89

12 62,90 67,67 64,7200 20 1294,40

13 68,71 73,26 70,9295 6 425,58

14 74,59 79,90 76,5322 6 459,19

15 85,22 85,22 85,2239 1 85,22

16 91,39 91,39 91,3950 1 91,39

TOTAL 18993,000 311993,73

PENDIENTE

MEDIA 16,43 %

Nota: Datos – Pendiente Media - Río Blanco DJ Toachi -Base de datos IGM-Cartografía Digital

formato shapefile - Datos procesados en ArGis y Excel.


Alta pendiente.- > 30% mayor velocidad de escorrentía, disminuye la

capacidad de infiltración

Baja pendiente.- < 30% menor velocidad de escorrentía, mayor

capacidad de infiltración.

42

La tabla # 7 nos indica los rangos para determinar el tipo de terreno en base a la

pendiente:

Tabla 7. Rangos de pendiente y tipo de terreno (Heras, 1972)

Rangos de pendiente y tipo de terreno (Heras, 1972)

Nota: Rangos de pendiente y tipo de terreno (Heras, 1972).

Fuente: (Gutiérrez, 2014)


Pendiente de la Corriente Principal de la Cuenca

El cálculo de la pendiente de la corriente principal, es similar al cálculo de la

pendiente de la cuenca, la diferencia se genera porque se toman en cuenta el orden de

la red hídrica que es de 4, de igual forma se lo realizo con Software de ArcGIS y

Excel como se indica a continuación en la tabla # 8.

Tabla 8. Datos obtenidos ArGis-Elaboración Pendiente Corriente Principal

Datos obtenidos ArGis-Elaboración Pendiente Corriente Principal

Nota: Pendiente Corriente Principal - Río Blanco DJ Toachi

Fuente: Base de datos IGM-Cartografía Digital formato shapefile-

Datos procesados en ArGis y Excel.


Rangos de pendiente (%) Tipo de Terreno

0 - 2 Llano 2 - 5 Suave

5 - 10 Accidentado medio 10 - 15 Accidentado 15 - 25 Fuertemente

accidentado 25 - 50 Escarpado

> 50 Muy escarpado

Orden de la Red Hídrica

Número de veces (1)

Promedio (%)(1)

Numero de ocurrencias (1)x(2)

1 728 2,92 2124

2 420 2,61 1096

3 228 2,97 677

4 124 1,60 199

TOTAL 1500,00 10 4096

PENDIENTE

PROMEDIO

3%

43

Longitud de las corrientes (Ld)

Los datos para el cálculo de la longitud de corrientes, se los obtuvo por medio del

Software de ArcGIS, luego por medio de Excel se procedió a la sumatoria de todas

las corrientes, dando una longitud de corrientes de 718,93, como se muestra a

continuación en la tabla # 9.

Tabla 9. Datos obtenidos ArGis-Elaboración Longitud Red Hídrica

Datos obtenidos ArGis-Elaboración Longitud Red Hídrica

Orden de la Red

Hídrica

Longitud de la Red

Hídrica

1 340,39

2 203,62

3 111,78

4 63,14

TOTAL 718,93

Nota: Longitud Red Hídrica - Río Blanco DJ Toachi

Fuente: Base de datos IGM-Cartografía Digital formato shapefile, Datos procesados en

ArGis y Excel.


Densidad de drenaje

Para establecer la densidad de drenaje se utilizó el programa ArcGIS, y la

siguiente fórmula.

𝐷𝑑 =𝐿𝑑

𝐴

Donde:

𝐿 = Longitud de toda la red de drenaje.

𝐴 = Área de la cuenca.

𝐷𝑑 =718,93 𝑘𝑚

4424,29 𝑘𝑚2

44

𝐷𝑑 = 0,16

Tabla 10. Valores interpretativos de la Densidad de Drenaje

Valores interpretativos de la Densidad de Drenaje

Densidad de Drenaje

Km/km2 Categoría

˂ 1 Baja

1 a 2 Moderada

2 a 3 Alta

˂ 3 Muy Alta

Nota: Valores Densidad de Drenaje (Delgadillo & Barrios)


0,5 Km/km2= drenaje pobre.

3,5 km/km2= cuenca bien drenada.

Con un valor de densidad de drenaje de 0,16 mismo que es > 1 se concluye que es

una cuenca con densidad de drenaje baja.

Constante de estabilidad del río (C )

La constante de estabilidad de un río, propuesta por (Schumm 1956) es el valor

inverso de la densidad de drenaje, representa físicamente la superficie necesaria de la

cuenca para mantener las condiciones hidrológicas estables en una unidad de

longitud de canal. (Hidrograficas).

𝐶 =𝐴

𝐿𝑑

1 > estabilidad del recurso hídrica, esto significa que es una zona con densa

cobertura vegetal ya que tiene un valor alto de constante de estabilidad y un valor

bajo en su densidad de drenaje (Hidrograficas).

45

𝐶 =4424,29 𝑘𝑚2

718,93 𝑘𝑚

𝐶 = 6,16 𝑘𝑚

Tiempo concentración

El tiempo de concentración es el tiempo que la lluvia que cae en el

punto más distante de la corriente de agua de la cuenca, toma para

llegar a una sección determinada de dicha corriente, se mide en

minutos u horas. (Monsalve, 1999)

Para el cálculo del tiempo de concentración utilizaremos la siguiente formula:

Formula de Kirpich

𝑇𝑐 = 0,0195 (𝐿𝑟3

𝐻)

0,385

Donde:

𝑇𝑐 = Tiempo de concentración en horas

𝐿𝑟 = Longitud del cauce principal en metros

𝐻 = Diferencia de elevación en metros

𝑇𝑐 = 0,0195 ((146351𝑚)3

600)

0,385

𝑇𝑐 = 1536,31 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠

4.2.3 Metodología para Determinar el Balance Hídrico

Para el determinar el balance Hídrico en la Microcuenca del Río Blanco DJ

Toachi, fue necesario utilizar la información de las estaciones climáticas que se

encuentren influenciando el área de estudio, las mismas que cuentan con datos de

precipitación y humedad, dentro del periodo de estudio (1991 – 2015) se tomó en

46

cuenta los últimos 25 años, por tener buena información y actualizada dentro de este

periodo, ya que de años atrás es escasa la información y poco confiable.

En la tabla # 11 se indican todas las estaciones climatológicas, utilizadas para la

investigación:

Tabla 11. Estaciones Climatológicas

Estaciones Climatológicas

CODIGO ESTACIONES CLIMATICAS COORDENAD

A EN X

COORDENA

DA EN Y

M1066

COTOPILALO CONVENIO

INAMHI-CESA

755744 9924042

M0362 LAS PAMPAS 726246 9952566

M0025 LA CONCORDIA 680253 9997254

M0003 IZOBAMBA 772463 9959068

M0375 SAQUISILI 759818 9907293

M0363 SIGCHOS 734555 9922270

M0361 NONO 769931 9991520

M0354 SAN JUAN-PICHINCHA

(CHILLOG.) 763277 9968135

M0348 SANTA ANITA-KM.10 VIA

CHONE 694704 9974138

M0339 NANEGALITO 758392 10007008

M0335 LA CHORRERA 774138 9977322

M0116 CHIRIBOGA 746635 9976342

XO85 SANTO DOMINGO AEROPUERTO 700085 9972478

M064 COTOPAXI- LATACUNGA

AEROPUERTO 765133 9898593

Nota: Estaciones utilizadas en el Balance Hidricon Microcuenca Río Blanco DJ Toachi

Fuente: (Hidrología I. N., 2015) - Elaborado por: Cristina Ojeda.

4.2.3.1 Cálculo de los Parámetros que Intervienen en el Balance Hídrico.

Calculo de la Precipitación

Para realizar el cálculo de este parámetro, se utilizaron 14 estaciones

meteorológicas, cercanas al área de estudio, que nos den datos de precipitación, los

mismos que se obtienen a continuación como se indica en la tabla # 12:

47

Tabla 12. Precipitación Media Multianual

Precipitación Media Multianual

Nota: Estaciones – valores de precipitación media multianual

Fuente: (INAMHI, 2000/2015)


En cada una de las estaciones seleccionadas se calculó la precipitación media

multianual que es la que nos interesa para poder realizar el cálculo del Balance

Hídrico.

El cálculo de la Precipitación Media Multianual consiste en sumar la precipitación

(mm), durante los doce meses del año; esto se lo hace para cada año y con estos

CODIGO

ESTACION ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

M1066

COTOPILALO

CONVENIO INAMHI-

CESA

68,3 80,2 87,8 99,9 79,0 32,7 18,3 10,4 36,8 58,7 67,8 73,8

M0362 LAS PAMPAS 306,8 340,1 353,9 339,3 217,4 79,4 42,8 38,1 67,8 90,4 86,9 169,2

M0025 LA CONCORDIA 471,8 500,8 606,9 623,8 359,7 151,2 78,5 47,3 80,7 90,7 68,5 187,2

M0004

RUMIPAMBA-

SALCEDO

48,8 54,0 64,1 69,5 51,0 29,4 18,6 15,0 26,7 44,8 69,1 56,6

M0003 IZOBAMBA 133,0 155,8 197,5 196,9 152,0 64,3 35,5 36,2 73,4 127,4 151,7 143,4

M0375 SAQUISILI 68,2 83,9 99,9 90,2 68,2 58,5 36,8 27,0 44,8 72,4 93,2 83,3

M0363 SIGCHOS 154,2 134,4 144,8 156,4 154,2 47,2 21,3 14,9 40,0 56,3 77,4 84,4

M0361 NONO 99,0 101,7 135,4 167,3 104,6 36,8 22,7 14,7 42,9 104,3 69,8 84,1

M0354

SANJUANPICHINCHA

(CHILLOG.)

167,5 167,5 167,5 260,1 197,9 127,2 67,2 60,0 78,7 157,1 181,1 166,3

M0348

SANTA ANITA-KM.10

VIA CHONE

338,7 387,5 409,9 454,9 271,9 102,8 49,5 39,4 69,2 56,9 61,6 165,0

M0339 NANEGALITO 328,9 351,9 355,0 356,1 328,9 113,6 79,2 37,9 77,0 105,3 328,9 198,0

M0335 LA CHORRERA 126,4 159,2 213,4 220,2 123,1 51,1 25,4 28,9 64,0 155,3 160,6 128,7

M0116 CHIRIBOGA 489,8 452,9 533,2 528,6 489,8 247,1 182,9 112,4 224,3 274,9 294,1 370,4

M064

LATACUNGA

AEROPUERTO

51,7 63,6 68,1 80,9 47,8 27,2 14,6 10,5 26,4 54,3 64,1 57,0

XO85

SANTO DOMINGO

AEROPUERTO

460,1 523,0 542,7 553,7 302,8 120,3 58,3 42,8 72,9 74,1 86,8 204,1

48

datos anuales se establece la media aritmética del periodo en estudio, obteniéndose

de esta manera un solo dato que representa la precipitación media multianual de la

estación.

En el siguiente cuadro, se presentan los resultados del cálculo de la precipitación

media multianual de cada estación.

Calculo de la Evapotranspiración (ETP)

Existen varios métodos para estimar la evapotranspiración, pero en el caso de

estudio se utilizó Thornthwaite y Turc.

Método de Thorntwaite

El método de Thornthwaite fue desarrollado a partir de datos de

precipitación y escorrentía para diversas cuencas de drenaje. El

resultado es básicamente una relación empírica entre la

evapotranspiración (ETP) y la temperatura del aire. Este funciona bien

para regiones húmedas y también para la estimación de la

evapotranspiración en períodos mínimos de una semana a partir de

fórmulas empíricas para una estación sea tanto meteorológica como

hidrológica; la expresión encontrada fue la siguiente: (Monsalve,

1999, pág. 166)

Fórmula de Thornthwaite

La fórmula de Thornthwaite se basa en la temperatura y en la latitud

determinando que esta última constituye un buen índice de la energía

en un lugar específico. Estima la evapotranspiración potencial a partir

de la media mensual de las temperaturas medias diarias del aire, con el

49

que calcula un índice de calor anual, a partir de la expresión:


𝑖 = (𝑡/5)1,514 Índice de Calor Mensual Thornthwaite

La tabla # 13 nos muestra los índices de calor mensual para el cálculo del

método de Thornthwaite.

Tabla 13. Índice de calor mensual en función de la temperatura

Índice de calor mensual en función de la temperatura. Se obtiene a partir de una

temperatura determinada, entrando con el valor entero por el eje vertical y con el

decimal por el horizontal.

tm(°C) 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

20 8,16 8,22 8,28 8,34 8,41 8,47 8,53 8,59 8,66 8,72

21 8,78 8,85 8,91 8,97 9,04 9,10 9,16 9,23 9,29 9,36

22 9,42 9,49 9,55 9,62 9,68 9,75 9,81 9,88 9,95 10,01

23 10,08 10,15 10,21 10,28 10,35 10,41 10,48 10,55 10,61 10,68

24 10,75 10,82 10,89 10,95 11,02 11,09 11,16 11,23 11,30 11,37

25 11,44 11,50 11,57 11,64 11,71 11,78 11,85 11,92 11,99 12,06

26 12,13 12,21 12,28 12,35 12,42 12,49 12,56 12,63 12,70 12,78

Nota: Valores Índice de calor en base a la temperatura - Ven Chow, 1994


Calculo de los índices de calor para la estación la Concordia con una:

Latitud: 0 °1' 29" N, Longitud: 79° 22' 49" W, Elevación: 379.00, como se

muestra a continuación en la tabla # 14.

50

Tabla 14. Temperatura media mensual estación la Concordia

El cálculo del índice de calor mensual “i”, se obtiene en base a la temperatura

tabla (# 15), que nos permite obtener un valor para el índice de calor anual

(I), siendo I = Σi la suma de los doce índices mensuales del año considerado.

Tabla 15. Índice de calor en función de la temperatura media mensual estación la

Concordia

∑ 𝑖 = 11,9 + 11,37 + 10,95 + 11,71 + 11,44 + 10,95 + 10,68 + 10,61 + 10,75 + 10,68 + 10,68 + 11,02

∑ 𝑖 = 131,93

Para meses teóricos de 30 días, con 12 horas diarias de sol, formula la siguiente

expresión:

𝐸𝑇𝑃𝑠in corr = 16 (10𝑡

𝐼)

𝑎

Temperatura media mensual estación la Concordia

LA CONCORDIA ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

TEMPERATURA

MEDIA 24,5 24,9 25,3 25,4 25,0 24,3 23,9 23,8 24,0 23,9 23,9 24,4

Nota: Temperatura media mensual estación la Concordia

Fuente: Base de datos INAMHI - Datos procesados en Excel. Elaborado por: Cristina Ojeda

Índice de calor en función de la temperatura media mensual estación la Concordia


TEMPERATURA

MEDIA 24,5 24,9 25,3 25,4 25,0 24,3 23,9 23,8 24,0 23,9 23,9 24,4

i 11,0 11,4 10,9 11,7 11,4 10,9 10,7 10,6 10,7 10,7 10,7 11,0

Nota: Índice de calor en función de la temperatura media mensual


51

Siendo:

𝐸𝑇𝑃 = Evapotranspiración potencial media en mm/día

𝑡 = Temperatura media diaria del mes en ºC

𝐼 = Índice de calor anual (I = Σi)

𝑎 = 675.10 − 9 𝐼3 − 771.10 − 7𝐼2 + 1972.10 − 5𝐼 + 0,49239

En la tabla # 16 se indica los valores de índice de calor para Thornthwaite.

Tabla 16. Valores de coeficiente (a).

Valores de coeficiente (a). Se entra con el valor del índice de calor anual I y se

lee directamente el valor - Thornthwaite

I a

130 3,0

131 3,03

132 3,07

Nota: Valores de coeficiente (a) – Thornthwaite en función de I - Ven Chow, 1994


Donde que el coeficiente de a, se calculó en base a la tabla (#14), y el valor el

índice de calor anual (I):

𝐼 = 131,93 ≈ 132,0

𝑎 = 3.07

52

Ejemplo para julio ver el (tabla # 17):

Tabla 17. Evapotranspiración mensual sin corregir - Índice de iluminación

mensual

𝐸𝑇𝑃𝑠in corr = 16 (10(23,9)

131,93)

3,07

𝐸𝑇𝑃𝑠in corr = 99,2 𝑚𝑚/𝑚𝑒𝑠

El índice de iluminación mensual de 12 horas, corrige la ETP sin ajustar para

obtener según Thornthwaite:

La fórmula de Thornthwaite tiene en cuenta la duración real del mes y el

número máximo de horas de sol, según la latitud del lugar, y llega a la

expresión:

𝐸𝑇𝑃 = 𝑁/12 ∗ 𝑑/30. 𝐸𝑇𝑃𝑠𝑖𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑟

𝐿 = 𝑁/12 ∗ 𝑑/30

Donde:

𝐸𝑇𝑃 = Evapotranspiración potencial (mm/mes)

Evapotranspiración mensual sin corregir - Índice de iluminación mensual


TEMPERATURA

MEDIA 24,5 24,9 25,3 25,4 25,0 24,3 23,9 23,8 24,0 23,9 23,9 24,4

ETPsincorr 107,0 112,5 118,1 119,5 113,9 104,3 99,2 97,9 100,4 99,2 99,2 105,7

L 1,02 0,94 1.04 1,01 1,04 1,01 1,04 1,04 1,01 1,04 1 1,04

Nota: Valores de Evapotranspiración mensual sin corregir - Índice de iluminación mensual Fuente: Base de datos INAMHI - Datos procesados en Excel. Elaborado por: Cristina Ojeda

53

𝑁 = Número máximo de horas de sol, según la latitud y el mes

𝑑 = Número de días del mes

𝐸𝑇𝑃𝑠𝑖𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑟 = valor obtenido de la fórmula ε = 16(10 t/I) a

𝐸𝑇𝑃𝑇ℎ𝑜 = 𝐿 𝑥 𝐸𝑇𝑃 𝑠𝑖𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑟

De forma que para una Latitud: 0 °1' 29"S

𝐸𝑇𝑃𝑇ℎ𝑜 = 99,2 𝑥 1,04

𝐸𝑇𝑃𝑇ℎ𝑜 = 103,1𝑚𝑚/𝑚𝑒𝑠

En la siguiente tabla se observa la evapotranspiración para todos los meses de

la Estación La Concordia, este mismo procedimiento se realiza para cada

estación ver tabla # 18.

Tabla 18. Evapotranspiración mensual Potencial Thornthwaite

Evapotranspiración mensual Potencial Thornthwaite

Nota: Ubicación de Estaciones que Influencian –La Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi


Método de Turc:

“Utiliza como parámetros la precipitación anual y la temperatura media anual. Su

expresión es” (Monsalve, 1999, pág. 170)

𝐸𝑇𝑅 =𝑃

√0.9 +𝑃2

𝐿2

𝐸𝑇𝑅 = Evapotranspiración real anual (en mm)

𝑃 = Precipitación anual (en mm)

LA

CONCORDIA ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

ETPsincorr 107,0 112,5 118,1 119,5 113,9 104,3 99,2 97,9 100,4 99,2 99,2 105,7

L 1,02 0,94 1.04 1,01 1,04 1,01 1,04 1,04 1,01 1,04 1 1,04

ETPTho 109,1 105,7 122,8 120,7 118,4 105,4 103,1 101,8 101,4 103,1 99,2 109,9

54

𝑃 = Un parámetro heliotérmico que tiene por expresión:

𝐿 = 300 + 25(𝑇°𝐶) + 0.05 (𝑇°𝐶)3


Temperatura media anual en °C (T°C)

𝐿 = 300 + 25(𝑇°𝐶) + 0.05 (𝑇°𝐶)3

𝐿 = 300 + 25(16°𝐶) + 0.05 (16°𝐶)3

𝐿 = 904,8

𝐸𝑇𝑅 = 2955,95 𝑚𝑚/𝑎ñ𝑜/√0.9 +(2955,95 𝑚𝑚/𝑎ñ𝑜)2

(904,8)2

𝐸𝑇𝑅 = 82,4𝑚𝑚/𝑚𝑒𝑠

Calculo del Escorrentía

Para realizar el cálculo de la escorrentía específicamente se utilizó la estación

hidrológica Río Blanco DJ Toachi H0138, punto de cierre y de descarga de la

cuenca, posee datos de caudal para un periodo en estudio (1991 – 2015); y cuenta

con limnigrafo.

Con información de caudales (tabla # 19), que se obtiene de los anuarios

hidrológicos que publica el INAMHI. Con las series estadísticas de datos se procedió

al cálculo del Caudal Medio Multianual el mismo consiste en determinar la media

aritmética de los caudales de la serie en estudio.

Para calcular la escorrentía, es necesario el área de la cuenca.

55

Tabla 19. Caudal Medio Mensual Rio Blanco DJ Toachi

Caudal Medio Mensual Río Blanco DJ Toachi

Nota: Caudal Medio Mensual Río Blanco DJ Toachi - Base de datos INAMHI - Datos procesados en

Fuente: (INAMHI, 2000/2015)

Excel. - Elaborado por: Cristina Ojeda

Calculo de la escorrentía superficial:

𝑉𝑚 = 𝐶𝑥𝑃𝑚𝑥𝐴

𝑉𝑚 = volumen medio que puede escurrir m3

𝐴 = área de la cuenca km2

𝐶 = coeficiente de escorrentía (adimensional)

𝑃𝑚 = precipitación media mm

Para aplicar la fórmula del volumen medio es necesario determinar el valor de

coeficiente de escorrentía de acuerdo con los tipos de suelo, usos de suelo y

AÑOS ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

1991 410,7 592,2 581,5 401,5 376,6 178,2 71,2 60,5 62,8 63,3 79,0 195,9

1992 315,0 630,16 735,7 683,3 600,4 362,4 116,3 84,5 47,1 31,6 57,3 118,8

1993 313,2 530,8 769,1 638,1 593,4 139,8 89,8 27,9 67,2 100,0 108,2 239,4

1994 416,3 467,4 623,5 485,0 471,3 57,8 189,9 52,3 50,2 55,6 45,3 271,4

1995 648,8 526,0 544,7 661,5 484,4 159,1 125,2 132,3 102,6 103,9 137,3 31,8

1996 504,2 746,5 848,8 610,2 369,0 175,4 126,2 95,9 90,3 34,3 45,3 31,8

1997 376,1 510,6 534,4 526,8 435,9 415,8 301,2 203,8 242,6 347,1 469,7 494,6

1998 125,1 175,2 187,9 208,7 233,8 154,7 70,2 50,9 41,9 32,0 43,2 28,2

1999 89,24 188,6 207,0 216,0 162,1 108,4 78,0 45,3 44,9 55,5 47,1 118,4

2000 112,5 181,2 211,9 234,8 190,5 95,8 47,6 37,6 39,8 36,8 25,0 40,0

2001 88,60 93,6 169,9 141,1 115,2 58,3 33,9 29,2 28,3 22,0 29,6 53,5

2002 332,7 469,9 699,0 807,3 463,5 189,6 63,6 46,2 41,4 88,8 123,6 340,3

2003 356,0 360,4 500,5 280,6 260,6 169,9 124,0 62,8 54,6 71,2 60,1 156,1

2004 262,5 295,1 272,2 389,1 349,9 92,6 91,5 43,8 69,4 119,3 73,3 161,4

2005 123,6 337,6 315,2 386,3 224,9 94,7 44,6 43,9 39,7 39,2 50,1 124,4

2006 350,1 584,5 490,8 462,7 297,2 150,9 75,2 77,0 90,2 72,2 196,6 196,5

2007 300,8 373,5 368,6 442,6 407,8 252,0 118,6 68,6 61,1 56,8 79,6 104,9

2008 494,7 560,7 476,8 496,7 365,1 221,7 169,2 164,8 163,8 167,0 135,0 162,9

2009 455,0 593,1 569,0 248,4 283,6 146,0 109,6 79,9 54,9 55,6 48,4 218,1

2010 283,9 455,4 379,1 591,6 349,9 148,9 179,8 102,7 91,5 59,6 134,0 298,5

2011 509,2 507,5 569,5 601,5 234,6 155,4 159,1 104,0 90,2 114,4 76,9 86,3

2012 474,0 515,1 532,1 471,7 357,3 207,7 128,5 68,8 51,7 69,7 105,4 86,7

2013 285,9 432,5 424,0 430,1 312,1 196,8 125,7 75,9 65,3 66,0 73,6 96,6

2014 356,6 468,8 537,1 426,2 465,2 236,1 125,6 74,9 77,4 110,7 87,2 88,64

2015 238,5 493,7 453,1 391,7 330,0 227,0 161,0 96,1 84,2 166,6 112,8 249,0

MEDIA 328,9 443,6 480,1 449,3 349,4 175,8 117,0 77,2 74,1 85,6 97,7 159,8

CAUDAL 74,3 100,2 108,5 101,5 78,9 39,7 26,4 17,4 16,7 19,3 22,1 36,1

56

pendiente, de la cuenca en estudio, de acuerdo a las siguientes condiciones de la tabla

# 20:

Tabla 20. Coeficiente de Escorrentía - Uso de Suelo y Pendiente del Terreno

Coeficiente de Escorrentía - Uso de Suelo y Pendiente del Terreno

Nota: Cálculo para el coeficiente de escorrentía - Coeficiente de Escorrentía

Fuente:( (Ramser, 1929)).


Para conocer el tipo de suelo de la microcuenca Río Blanco DJ Toachi, se realizó

un mapa de cobertura de uso de suelo (anexo#9-mapa 3.) del cual se pudo obtener los

tipos de suelo, para el cálculo del coeficiente de escorrentía, también es necesario

tomar en cuenta la pendiente media de que en nuestro caso de estudio es 16,43%.

De acuerdo a la tabla # 21 podemos observar las características de tipo de uso de

suelo de la Microcuenca del Río Blanco para la determinación del coeficiente de

escorrentía.

Uso de Suelo y Pendiente del Terreno

Gruesa

Textura

Media

Fina

Bosque

Plano (0-5% pendiente)

Ondulado (6-10% pendiente) Escarpado (11-30% pendiente)

0,10

0,25 0,30

0,30

0,35 0,50

0,40

0,50 0,60

Pastizales

Plano (0-5% pendiente)

Ondulado (6-10% pendiente) Escarpado (11-30% pendiente)

0,10

0,16 0,22

0,30

0,36 0,42

0,40

0,55 0,60

Terrenos cultivados Plano (0-5% pendiente)

Ondulado (5-10% pendiente)

Escarpado (11-30% pendiente)

0,30

0,40

0,52

0,50

0,60 0,72

0,60

0,70

0,82

57

Tabla 21. Coeficiente de Escorrentía - Uso de Suelo y Pendiente del Terreno

Coeficiente de Escorrentía - Uso de Suelo y Pendiente del Terreno

Nota: Coeficiente de Escorrentía - Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi

Fuente: (Ramser, 1929) - Datos procesados en Excel. Elaborado por: Cristina Ojeda

𝐶 = ((0, 50 ∗ 47%𝑘𝑚2) + (0, 42 ∗ 11%𝑘𝑚2) + (0, 72 ∗ 17%𝑘𝑚2))

𝐶 = 0, 40

En la tabla # 22 podemos observar los valores de precipitación media mensual y del

volumen de medio calculado en base al coeficiente de escorrentía.

Tabla 22. Volumen de Coeficiente de Escorrentía - Microcuenca del Rio Blanco

DJ Toachi

𝑉𝑚 = 𝐶 ∗ 𝑃𝑚 ∗ 𝐴

𝑉𝑚 = (0, 40) (375, 6) (4424, 29)/1000

𝑉𝑚 = 664,6 𝑚3

USO DE SUELO MICROCUENCA

RÍO BLANCO DJ TOACH

Pendiente media

de16, 43%.

Escarpado (11-

30% pendiente)

Tipo de Suelo Área % Uso Textura

Bosque 2056,84 47% Medio 0,50

Pastizales 470,54 11% Medio 0,42

Cultivos 1415,17 17% Medio 0,72

Volumen de Coeficiente de Escorrentía - Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi

MES ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

Pm(mm) 375,6 419,4 478,2 349,1 201,5 152,2 91,7 59,7 87,8 111,9 108,4 183,7

Vm(mm) 664,6 742,2 846,3 617,9 356,7 269,4 162,2 105,6 155,3 198,1 191,8 325,1

Nota: Volumen de Coeficiente de Escorrentía – Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi


58

Infiltración

𝑃𝑗 = 𝑃𝑗 – (𝑃𝑗 ∗ 𝑘𝑒𝑗)

𝑃𝑗 = infiltración potencial mensual, en mm

𝑃𝑗 = precipitación mensual promedio, en mm

𝐾𝑒𝑗= coeficiente de escorrentía mensual, adimensional

A continuación en la tabla # 23 podemos observar el cálculo de la infiltración

mensual en base a la precipitación mensual.

Tabla 23. Infiltración - Microcuenca del Rio Blanco DJ Toachi

𝑃𝑗 = 𝑃𝑗 – (𝑃𝑗 ∗ 𝑘𝑒𝑗)

𝑃𝑗 = 375,6 – (375,6 ∗ 0,40)

𝑃𝑗 = 225,3

4.2.3.2 Determinación Espacial de los Parámetros que intervienen en el

Balance Hídrico.

La determinación espacial de los parámetros que intervienen en el Balance

Hídrico, se basa específicamente en la elaboración de mapas de isoyetas e isotermas,

mismos que se realizan por medio del procesamiento de información a través del

software de ArcGIS.

Infiltración - Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi

MES ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

Pm(mm)

375,6 419,4 478,2 349,1 201,5 152,2 91,7 59,7 87,8 111,9 108,4 183,7

Pj 225,3 251,6 286,9 209,5 120,9 91,3 55,0 35,8 52,7 67,2 65,0 110,2

Nota: Infiltración mensual – Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi

Fuente: Base de datos INAMHI - Datos procesados en Excel.


59

Ubicación de las estaciones meteorológicas con las que se trabajara para la

elaboración de los mapas de isoyetas e isotermas. Figura # 13.

La ubicación de cada estación está en referencia a latitud y longitud de las

mismas. En el mapa se encuentran ubicadas las estaciones con las cuales se elabora

las isoyetas e isotermas.

Mapeo de Isolineas de Precipitación-Isoyetas.

Para evaluar la precipitación espacial se utilizó el método de Isoyetas.

Método de las Isoyetas; que presenta las siguientes ventajas:

Permite estimar la variación paulatina de la precipitación en el

espacio, aun en zonas montañosas.

Ubicación de Estaciones que Influencian

La Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi

Figura 13. Ubicación de Estaciones que Influencian – La Microcuenca del Rí

o Blanco DJ Toachi

Fuente: Base de datos INAMHI - Datos procesados en ArGis y Excel.


60

Facilita el trazado del mapa de evapotranspiración real apoyándose en

el de isotermas.

Permite evaluar la precipitación caída en una cuenca y compararla con

la escorrentía registrada a su salida.

Precipitación Media

Para el cálculo del valor de la precipitación media de la zona en estudio se utilizó

el mapa de isoyetas; integrando las superficies comprendidas entre isoyetas

consecutivas; multiplicando cada superficie por el promedio de dos isoyetas

limítrofes, sumando estos productos y dividiendo la suma por la superficie total de la

cuenca se obtiene la precipitación media.

Se utiliza la siguiente ecuación:

Mapa de Isoyetas - Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi

Figura 15: Isoyetas - Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi

Fuente: Base de datos INAMHI - Datos procesados en ArGis y Excel.


XO85

XO85

M0116 M0335

M0339

M0348

M0354

M0361

M0363

M0375

M0003

M0004

M0025

M0362

M1066

050

0

1500

1000

-500

2000 2500

3000

-1000

3500

-1500-2000

4000

-250045

00

-3000

5000

5500

6000

-3500

6500

0

1000

0

500

1500

1000

-500

500

-500

2000

680000,000000

680000,000000

700000,000000

700000,000000

720000,000000

720000,000000

740000,000000

740000,000000

760000,000000

760000,000000

780000,000000

780000,0000009880

000 ,0

0000

0

9880

000,0

0000

0

9900

000 ,0

0000

0

9900

000,0

0000

0

9920

000 ,0

0000

0

9920

000,0

0000

0

9940

000 ,0

0000

0

9940

000,0

0000

0

9960

000 ,0

0000

0

9960

000,0

0000

0

9980

000 ,0

0000

0

9980

000,0

0000

0

1000

0000

,000

000

1000

0000

,000

000

680000,000000

680000,000000

700000,000000

700000,000000

720000,000000

720000,000000

740000,000000

740000,000000

760000,000000

760000,000000

780000,000000

780000,0000009880

000 ,0

0000

0

9880

000,0

0000

0

9900

000 ,0

0000

0

9900

000,0

0000

0

9920

000 ,0

0000

0

9920

000,0

0000

0

9940

000 ,0

0000

0

9940

000,0

0000

0

9960

000 ,0

0000

0

9960

000,0

0000

0

9980

000 ,0

0000

0

9980

000,0

0000

0

1000

0000

,000

000

1000

0000

,000

000

61

𝑃𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 = ∑𝐴𝑖𝑥𝑃𝑖

𝐴𝑖

𝑛

𝑖=1

Donde:

𝑃𝑚 = Precipitación mínima

𝑃𝑖 = Valor medio entre de una isoyetas

𝐴𝑖 = Área de la superficie comprendida entre las isoyetas

𝐴𝑐 = Área total de la zona de estudio

Para facilitar la estimación de la precipitación media de la cuenca se divide en

subcuencas, en nuestro caso por ser una microcuenca grande, está dividida en 13

subcuencas, y el trazado de las isolineas se las realizó cada 500 (mm), de

precipitación, como se muestra a continuación en la siguiente tabla # 24:

Tabla 24. Calculo Precipitación Media en base al Mapa de Isoyetas

Calculo Precipitación Media en base al Mapa de Isoyetas

Nota: Calculo Precipitación Media en base al Mapa de Isoyetas

Fuente: Base de datos INAMHI - Datos procesados en ArGis y Excel. Elaborado por: Cristina Ojeda

N° INICIO

ISOYETAS FIN

ISOYETAS ISOMEDIAS

AREAS PARCIALES

ISOMEDIA x AREA

1 2000 1500 1750 126,10 220679,69

2 500 1000 750 368,11 276082,42

3 1000 1500 1250 985,00 1231253,15

4 1500 2000 1750 484,89 848564,91

5 2000 2500 2250 326,80 735307,24

6 2500 3000 2750 251,53 691712,23

7 3000 3500 3250 214,58 697397,44

8 3500 4000 3750 254,35 953828,50

9 4000 4500 4250 278,31 1182828,37

10 4500 5000 4750 272,29 1293381,03

11 5000 5500 5250 283,21 1486854,20

12 5500 6000 5750 318,50 1831420,65

13 6000 6500 6250 260,595 1628715,79

TOTAL 4424,29 13078025,62

62

𝑃𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 =13078025,62 mm ∗ km2

4424,29 km2

𝑃𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 = 2955,95 𝑚𝑚/𝑎ñ𝑜

Mapeo de Isolineas de temperatura.

A continuación en la tabla # 25 se muestra el cálculo de la temperatura media en base

a los datos obtenidos del mapa de isotermas:

Tabla 25. Calculo Temperatura Media en base al Mapa de Isotermas

Calculo Temperatura Media en base al Mapa de Isoterma

Nota: Calculo Temperatura Media en base al Mapa de Isotermas


N° INICIO

ISOYETAS

FIN

ISOYETAS ISOMEDIAS

AREAS

PARCIALES

ISOMEDIA x

AREA

1 10.0 12.0 11.0 379,17 4170,87

2 12.0 14.0 13.0 865,32 11249,16 3 14.0 16.0 15.0 906,56 13598,4

4 16.0 18.0 17.0 615,08 10456,36

5 18.0 20.0 19.0 596,73 11337,87 6 20.0 22.0 21.0 570,51 11980,71

7 22.0 24.0 23.0 165,21 379,96

8 24.0 26.0 25.0 474,40 11860

TOTAL 4424,29 75033,33

Mapa de Isotermas - Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi

Figura 14. Isotermas - Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi Fuente: Base de datos INAMHI - Datos procesados en ArGis y Excel.


18

16

20

14

22

12

24

X085

M064

M0362

M0003

M0004

M0025

M1066

680000,000000

680000,000000

700000,000000

700000,000000

720000,000000

720000,000000

740000,000000

740000,000000

760000,000000

760000,000000

780000,000000

780000,000000

9880

000,0

0000

0

9900

000 ,0

0000

0

9900

000,0

0000

0

9920

000 ,0

0000

0

9920

000,0

0000

0

9940

000 ,0

0000

0

9940

000,0

0000

0

9960

000 ,0

0000

0

9960

000,0

0000

0

9980

000 ,0

0000

0

9980

000,0

0000

0

1000

0000

,000

000

1000

0000

,000

000680000,000000

680000,000000

700000,000000

700000,000000

720000,000000

720000,000000

740000,000000

740000,000000

760000,000000

760000,000000

780000,000000

780000,000000

9880

000,0

0000

0

9900

000 ,0

0000

0

9900

000,0

0000

0

9920

000 ,0

0000

0

9920

000,0

0000

0

9940

000 ,0

0000

0

9940

000,0

0000

0

9960

000 ,0

0000

0

9960

000,0

0000

0

9980

000 ,0

0000

0

9980

000,0

0000

0

1000

0000

,000

000

1000

0000

,000

000

63

𝑇𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 =75033,33 °C ∗ km2

4424,29 km2

𝑇𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 = 15,96 °𝐶

Mapeo de Isolineas de Evapotranspiración.

Para realizar el mapa de isolineas de evapotranspiración real se tomó en cuenta la

evapotranspiración potencial obtenida por el Método de Thortwhaite, para realizar el

mapa se seleccionar 14 estaciones. El trazado de este mapa se lo realiza en forma

similar al de las isoyetas.

Mapa de Evapotranspiración Potencial - Microcuenca del Río Blanco DJ

Toachi

Figura 15. Evapotranspiración Potencial - Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi


15

0

20

0

25

0

30

0

10

0

50

350

400

X085

M064

M0362

M0003

M0004

M0025

M1066

680000,000000

680000,000000

700000,000000

700000,000000

720000,000000

720000,000000

740000,000000

740000,000000

760000,000000

760000,000000

780000,000000

780000,000000

99

00

00

0

,000

000

99

00

00

0,0

00

000

99

20

00

0

,000

000

99

20

00

0,0

00

000

99

40

00

0

,000

000

99

40

00

0,0

00

000

99

60

00

0

,000

000

99

60

00

0,0

00

000

99

80

00

0

,000

000

99

80

00

0,0

00

000

10

00

00

00

,000

000

10

00

00

00

,000

000

680000,000000

680000,000000

700000,000000

700000,000000

720000,000000

720000,000000

740000,000000

740000,000000

760000,000000

760000,000000

780000,000000

780000,000000

99

00

00

0

,000

000

99

00

00

0,0

00

000

99

20

00

0

,000

000

99

20

00

0,0

00

000

99

40

00

0

,000

000

99

40

00

0,0

00

000

99

60

00

0

,000

000

99

60

00

0,0

00

000

99

80

00

0

,000

000

99

80

00

0,0

00

000

10

00

00

00

,000

000

10

00

00

00

,000

000

64

Evaporación Real Media

Para obtener la evaporación real media (ETRm), se sigue el mismo procedimiento

que se utilizó para la obtención de la precipitación media, donde se suman las áreas

de las isolineas de evaporación y se dividen para el área total de la cuenca como se

observa en la tabla # 26.

Tabla 26. Calculo en base al Mapa de Evapotranspiración

Calculo en base al Mapa de Evapotranspiración

Nota: Calculo en base al Mapa de Evapotranspiración.


𝐸𝑇𝑃 =959765,75 ∗ km2

4424,29 km2

𝐸𝑇𝑃 = 216,93 𝑚𝑚/𝑎ñ𝑜

A partir de este mapa y aplicando la fórmula de Turc se calcula la ETR

(evapotranspiración real) en cada punto.

𝐸𝑇𝑅 = 𝑃/√(0.9 + 𝑃2 /𝐿2)

𝐸𝑇𝑅 = 𝑃/√(0.9 + 𝑃2 /𝐿2

𝐸𝑇𝑅 = 1306,6

Escorrentía Media

Para realizar el cálculo de la escorrentía media se tomó en cuenta el caudal medio

de la estación hidrológica Río Blanco DJ Toachi H138, con las series de datos

estadísticos se procedió al cálculo del caudal medio multianual.

N° INICIO

ISOYETAS

FIN

ISOYETAS ISOMEDIAS

AREAS

PARCIALES ISOMEDIA x AREA

1 100 150 125 315,39 39423,75

2 150 200 175 1554,54 272044,5

3 200 250 225 1327,97 298793,25

4 250 300 275 981,45 269898,75

5 300 350 325 244,94 79605,5

TOTAL 4424,29 959765,75

65

Q = ∑ 𝑄1 + 𝑄2 + 𝑄3 … … … .

𝑛

𝑘=0

𝑄 = 74,36 + 100,28 + 108,52 + 101,57 + 78,98 + 39,75 + 26,46 + 17,46 + 16,77 + 19,35 + 22,10 + 36,12/12

𝑄 = 236,59

Para proceder al cálculo de la escorrentía es necesario el área de la cuenca, misma

que fue calculada anteriormente siendo esta de 4424,29𝑘𝑚2, con este dato se procede

al cálculo del caudal específico que es igual a:

𝑀 = 𝑄/𝐴

𝑀 = Caudal especifico en l/s/𝑘𝑚2

𝐴 = Área de la cuenca 𝑒𝑛 𝑘𝑚2

𝑀 = 236,59m/s /4424, 29𝑘𝑚2 ∗ 1000

𝑀 = 53, 48 en l/s/𝑘𝑚2

Finalmente se procede al cálculo del escurrimiento donde:

𝑅 = 𝑀 ∗ 𝑇

𝑅 = Escurrimiento en mm

𝑀 = Caudal especifico en l/s/𝑘𝑚2

𝑇 = Tiempo en segundos que tiene el año (31,5)

R = (53,48 en l/s/𝑘𝑚2) (31,5) mm

R = 1684,62 mm

4.2.4 Calculo del Balance Hídrico con la información de los mapas.

El cálculo del Balance Hídrico se lo realizo en un área aproximada de 4424,29

km2

66

4.2.5 Aplicación de la Ecuación del Balance Hídrico

La ecuación a utilizarse en este estudio es la siguiente:


𝑃 = Precipitación en mm. (2955,95 mm/año)

𝑅 = Escorrentía superficial en mm. (1306,6mm)

𝐸𝑇𝑅 = Evapotranspiración real en mm. (1684,62mm)


El término de discrepancia n no es alto por lo que puede asumirse este valor como

infiltración.


2955,95𝑚𝑚 = 1684,62𝑚𝑚 + 1306,6𝑚𝑚 + 𝑛

𝑛 = 2955,95 − 2991,22

𝒏 = 𝟑𝟒, 𝟐𝟕 (𝑻𝒆𝒓𝒎𝒊𝒏𝒐 𝒅𝒆 𝒅𝒊𝒔𝒄𝒓𝒆𝒑𝒂𝒏𝒄𝒊𝒂)

4.2.6 Metodología para la Relación de la Precipitación y Escorrentía

Para esta relación de los parámetros de precipitación y escorrentía utilizaremos el

Método de Número de Curva, por ser nuestra cuenca de estudio una cuenca grande

con 4424km2 de área.

4.2.6.1 Método del Número de Curvas.

“Este método fue desarrollado por el Servicio de Conservación de

Suelos (SCS) de los EE.UU. en base al análisis de un alto número de

datos hidrológicos de cuencas en ese país, y permite la estimación de

la escorrentía producto de tormentas en base a información del uso de

la tierra, el tipo de cobertura vegetal y de las condiciones de humedad

67

existentes en la cuenca antes de iniciarse la tormenta” (Gutiérrez,

2014).

Infiltración Potencial (S): Representa la máxima cantidad de infiltración

que potencialmente podría generarse durante el tiempo en que ocurre la

escorrentía.

Infiltración Real (F): Se refiere a la cantidad de infiltración que realmente

ocurre durante el tiempo en que se origina la escorrentía.

Escorrentía Potencial (Pe): Representa la máxima cantidad de escorrentía

que podría ocurrir durante el tiempo de la lluvia efectiva.

Escorrentía Real (Q): Corresponde a la escorrentía que realmente ocurre

durante la duración de la lluvia efectiva.

4.2.6.2 Calculo del Método de Número de Curva Microcuenca Río Blanco

DJ Toachi

La Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi presenta las siguientes características:

Posee una vegetación tipo pastos de pastoreo, bosques y cultivos de ciclo

corto que cubre su superficie en aproximadamente un 65 %. En base al mapa

de uso de suelos (anexo #9-mapa 3.)

Sus suelos presentan textura media e infiltración moderada, suelos húmedos.

De acuerdo a las características se procede de la siguiente manera:

Por medio de la tabla # 27 de Uso de suelo y Cobertura, escogemos, cultivos,

pastos de pastoreo y bosques de acuerdo a las características obtenidas

anteriormente para el cálculo del coeficiente de escorrentía ver (tabla #21).

68

Tabla 27. Numero de Curvas de Escurrimiento para diferentes Combinaciones

Número de Curvas de Escurrimiento para diferentes Combinaciones

Hidrológicas Suelo - Vegetación

Uso del suelo y

cobertura Tratamiento o método

Condición

para la

infiltración

A B C D

Rastrojos

Hilera recta

……………

77

86

91

94

Cultivos en

hilera

Hilera recta

Hilera recta

Curvas de nivel

Curvas de nivel

Curvas de nivel y terrazas


Mala

Buena

Mala

Buena

Mala

Buena

72

67

70

65

66

62

81

78

79

75

74

71

88

85

84

82

80

78

91

89

88

86

82

81

Cultivos en

hilera estrechas

Hilera recta

Hilera recta

Curvas de nivel

Curvas de nivel



Mala

Buena

Mala

Buena

Mala

Buena

65

63

63

61

61

59

76

75

74

73

72

70

84

83

82

81

79

76

88

87

85

84

82

82

Leguminosas en

hileras estrechas

o forrajes en

rotación

Hilera recta

Hilera recta Curvas de nivel

Curvas de nivel



Mala

Buena Mala

Buena

Mala

Buena

66

58 64

55

63

51

77

72 75

69

73

67

85

81 83

78

80

76

89

85 85

83

83

80

Pastos de

pastoreo

…………………….

…………………….

…………………….

Curvas de nivel

Curvas de nivel

Curvas de nivel

Mala

Regular

Buena

Mala

Regular

Buena

68

49

39

47

25

6

79

69

61

67

59

35

86

79

74

81

75

70

89

84

80

88

83

79

Pastos de corte …………………….

Buena

30 58 71 78

Bosques

…………………….

…………………….

…………………….

Mala

Regular

Buena

45

36

25

66

60

55

77

73

70

83

79

77

Patios …………………….

……………

59

74 82 86

Camino de

tierra

…………………….

…………… 72 82 87 89

Pavimentos …………………….

…………… 74 84 90 92

Nota: Número de Curvas de Escurrimiento

Fuente: (Ventura, 2004, pág. 144) Elaborado por: Cristina Ojeda

69

A continuación en la tabla Nº 28 determinamos la condición hidrológica

“REGULAR”, en vista de que la cuenca posee una cobertura vegetal desde 50

% hasta 75% de su superficie.

Tabla 28. Condición Hidrológica en función del % de Cobertura Vegetal

Condición Hidrológica en función del % de Cobertura Vegetal

% De Cobertura Vegetal Condición Hidrológica

Mayor de 75% Buena

Desde 50% Hasta 75% Regular

Menor de 50% Mala

Nota: Condición Hidrológica en función del % de cobertura vegetal –



Con la tabla # 29 seleccionamos, la Condición de Humedad de nuestra

cuenca, siendo la condición de tipo “III”, ya que en base a las características

de precipitación esta será mayor de 53mm, y también con motivo de alcanzar

el máximo escurrimiento y garantizar así la obtención de los mayores

caudales.

Tabla 29. Condición de Humedad antecedente en función de la

precipitacióacumulada durante los 6 días previos al evento con

Condición de Humedad antecedente en función de la precipitación acumulada

durante los 6 días previos al evento considerado.

Precipitación acumulada durante

los 5 días previos al evento a

considerar

Condición de humedad antecedente

Desde 0 hasta 35 mm I

Desde 35 hasta 53 mm II

Mayor de 53 mm III

Nota: Condición de Humedad - La Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi

Fuente: (Ventura, 2004, pág. 145)


70

De acuerdo a la tabla # 30 y las Características del Suelo de la cuenca,

seleccionamos el Grupo de Suelo de la cuenca, para nuestro caso en base de

mapas de suelos (anexo #9 mapa 3) elaborados para nuestra investigación con

lo que se determinó que la cuenca tiene suelos con condiciones de infiltración

moderada, que se ubican dentro de la categoría del Grupo “B”.

Tabla 30. Características Grupo de Suelo en Función del Potencial de Escorrentía.

Características Grupo de Suelo en Función del Potencial de Escorrentía.

Grupo Potencial

de Escorrentía Características del suelo

A Bajo Alta infiltración, conformado por arenas o gravas

profundas

B Moderadamente

Bajo

Infiltración moderada, textura moderadamente fina

hasta moderadamente gruesa, textura franco arenosa.

C Moderadamente

Alto

Infiltración lenta, textura moderadamente fina hasta

fina, pobremente drenados, con textura franco

arcillosa

D Alto Infiltración muy lenta, suelo poco profundo, sobre

material casi impermeable con textura arcillosa

Nota: Grupos de Suelo en Función del Potencial de Escorrentía



Ya definidas las condiciones:

Uso de la Tierra = Cultivos, Pastos de pastoreo, Bosques.

Condición Hidrológica = Buena, Regular.

Grupo de suelo = B

En base a las tablas anteriores # 27,28,29 ,30 se procede en la tabla # 31 a

determinar las principales características de la Microcuenca para el cálculo del

número de curva

71

Tabla 31. Características La Microcuenca del Rio Blanco DJ Toachi

Características La Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi para realización del

Método de Numero de Curva

CN PONDERADO

CULTIVOS

Mala

C.N. = 79

PASTOS

Regular

C.N. = 59

BOSQUES

Buena

C.N. = 55

TIPO

CN (III)

Área(km2) % CN Área(km2) % CN Área(km2) % CN Total

318,19 7,19 79 470,54 10,64 59 2056,84 46,49 55 37,53

Nota: Características La Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi, Tipo de vegetación, porcentaje de cobertura.

Fuente: Datos procesados en ArGis y Excel. Elaborado por: Cristina Ojeda

Mediante la tabla # 31 el Nº de Curva correspondiente a la condición de humedad

antecedente “III “, tenemos que:

𝑪𝑵 = ((79 ∗ 7,19%) + (59 ∗ 10,54%) + (55 ∗ 46,49%))

𝑪𝑵 = 50,53

Ya con los datos de C.N. se calculan los valores de infiltración potencial (S),

abstracción inicial (Ia), infiltración real (F) y escorrentía (Q) tomando en

consideración la precipitación total de la tormenta simulada, de acuerdo a

como se indica a continuación:

Infiltración potencial (S) =

𝑆 =25400

𝐶𝑁(88)− 254 𝑆 = 16,65 𝑚𝑚

72

Abstracción Inicial (Ia) =

𝐼𝑎 = 0,2 𝑥𝑆 𝐼𝑎 = 0,2 𝑥16,65 𝐼𝑎 = 3,33 𝑚𝑚

Infiltración Real (F) =

𝐹 =𝑆 𝑋 (𝑃−𝐼𝑎)

𝑃−𝐼𝑎+𝑆

La precipitación se calculó para un tiempo de 24 horas, con tiempos de retorno de

2, 5, 10, 25,50 y 100 años, por medio de las tablas de estudios de intensidad del

INAMHI.

Precipitación para 100 años igual a 2364mm.

𝐹 =16,65 𝑥 (2364 − 3,33)

2364 − 3,33 + 16,65

𝐹 = 16,72 mm

Escorrentía (Q) =

𝑄 = (𝑃 − 0,2 𝑥𝑆)2

𝑃 + 0,8 𝑥 𝑆

𝑄 = (2364 − 0,2 𝑥16,65)2

2364 + 0,8 𝑥 16,65

𝑄 = 2344,195 𝑚3/𝑠

La suma de 𝐼𝑎 + 𝐹 + 𝑄 debe ser igual a la precipitación total (𝑃)

Precipitación = 𝐼𝑎 + 𝐹 + 𝑄

𝑃 = (3,33 + 16.72 + 2344,195) 𝑚𝑚

𝑃 = 2364 𝑚𝑚.

73

Utilizando la misma ecuación de escorrentía, se calculó los valores de

escurrimiento para diferentes intervalos de tiempo y en base al tiempo de

concentración, obteniéndose la precipitación máxima en 24 horas y su

relación a 60minutos, en base al área de la cuenca que es de 4424,29 km2, se

obtendrá el escurrimiento ocurrido en cada intervalo de tiempo, tal como se

muestra a continuación:

Nota: Esta simulación se la realizo para la Estación de La Concordia por

encontrarse cerca de nuestra cuenca y por ser de referencia para la provincia

de Santo Domingo de los Tsáchilas, en base al estudio de intensidades del

INAMHI, en relación a la estación, se obtuvo los valores de intensidades de 24

horas para cada tiempo de retorno (tabla # 32), y con la ecuación de intensidad

se obtuvo la intensidad para la precipitación de la estación, los datos y cálculos

se muestran en las tablas a continuación # (33 -34).

Tabla 32. Intensidades Máximas 24 horas para varios periodos de retorno

Intensidades Máximas 24 horas para varios periodos de retorno

Código Estación X Y TR

2

TR

5

TR

10

TR

25

TR

50

TR

100

M025 La

Concordia 681248. 10002948 5.89 7.29 8.16 9.18 9.92 10.63

Nota: Intensidades Máximas 24 horas-Estación La Concordia Fuente: Base de datos INAMHI -.

Fuente: (Hidrología I. N., 2015)


74

Tabla 33. Datos obtenidos del Cálculo del Método de Numero de Curva SCC

Datos obtenidos del Cálculo del Método de Numero de Curva SCC

Nota: Cálculo del Método de Numero de Curva SCC con las Intensidades Máximas

24 horas-Estación La Concordia

Fuente: Base de datos INAMHI -.


Tabla 34. Método de Numero de Curva SCC

Método de Numero de Curva SCC

Nota: Método de Numero de Curva SCC. Infiltración potencial (S)

Abstracción inicial (Ia), Tiempo de Retardo (LAGTINE)

Fuente: Base de datos INAMHI


Coef. Escorre

Tr

id Tr

Tc

ITr

Precipitación 24 HORAS

Precipitación = 60

Q

años

min mm/h mm mm m3/s

0,39 2 5,89 1536,31 54,58 1309,91 1397,512891 261,60

0,42 5 7,29 1536,31 34,71 833,08 888,7937429 179,17

0,44 10 8,16 1536,31 38,85 932,50 994,8637781 210,10

0,48 25 9,18 1536,31 43,71 1049,06 1119,22175 257,85

0,51 50 9,92 1536,31 47,23 1133,62 1209,44224 296,05

0,54 100 10,63 1536,31 50,61 1214,76 1296,005142 335,90

S Ia LAGTINE

34,64 6,93 921,785044

75

4.2.7 Modelización de un evento con el programa HEC-HMS

4.2.7.1 Metodología para la Simulación de Crecidas de la Microcuenca

Río Blanco DJ Toachi.

Por medio de este programa, procederemos a efectuar la simulación de crecidas en

la cuenca de estudio, con sistemas estructurados de eventos hidrológicos sucesivos

que representan los procesos de escorrentía y la corriente del agua en la red de

drenaje.

HEC-HMS presagia caudales punta e hidrogramas de crecidas generadas por

lluvias asociadas a periodos de retorno de interés, en nuestro caso la modelación la

realizamos para un periodo de retorno de 50 años, debido a que nuestra cuenca de

estudio pose una área grande y este sería un periodo de retorno adecuado para el

control de inundaciones, donde el tiempo de concentración es más largo, donde se

puede asumir unas horas donde la intensidad de lluvia será menor con una descarga

pico mínimo por unidad de área, para lo cual los datos a introducir son los elaborados

posteriormente por el Método de Número Curva.

Planteamos la modelización para la Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi,

donde no hay datos de caudal previo (flujo base, escorrentía básica), solo contamos

con datos de precipitación neta calculada para un periodo de retorno de 50 años, en

base al tiempo de concentración de 25 horas, en una área de 4424km2, como se

indica en la tabla # 35 y en la tabla # 36 de intervalo del tiempo.

76

Tabla 35. Precipitación Tiempo de Retorno 50 años

Precipitación Tiempo de Retorno 50 años

Nota: Cálculos de la precipitación, con un tiempo de retorno de 50 años.


Tabla 36. Intervalo de Tiempo-Precipitación Tiempo de Retorno 50 años

Intervalo de Tiempo-Precipitación Tiempo de Retorno 50 años

Intervalo

tiempo Tiempo Precipitación

Intervalo

tiempo Tiempo Precipitación

0:00:00 0 0,00 14:00:00 14,00 51,34

2:00:00 2,00 12,36 15:00:00 15,00 51,91

3:00:00 3,00 19,25 16:00:00 16,00 52,35

4:00:00 4,00 27,03 17:00:00 17,00 52,72

5:00:00 5,00 34,81 18:00:00 18,00 53,07

6:00:00 6,00 38,88 19:00:00 19,00 53,37

7:00:00 7,00 42,44 20:00:00 20,00 53,67

8:00:00 8,00 45,33 21:00:00 21,00 53,86

9:00:00 9,00 46,78 22:00:00 22,00 53,95

10:00:00 10,00 48,23 23:00:00 23,00 54,03

11:00:00 11,00 49,19 0:00:00 24,00 54,24

12:00:00 12,00 50,00 1:00:00 25,00 54,45

13:00:00 13,00 50,76 2:00:00 26,00 55,42

Nota: Cálculos de la precipitación, con un tiempo de retorno de 50 años y con un intervalo de Tiempo de una hora, en base al tiempo total de 25,61 horas.


CURVAS: HUFF

CUARTIL PRIMER

PROBAB: 30%

Cuartil 1 1%

30% Ptotal: 54,58 mm

Tiempo total: 25,61 hora

Tiempo Precipitación Tiempo Precipitación m b

(h) (mm) (h) (mm)

0 0 0 0 6,18 0 0,1 0,29 2,56 15,83 7,78 -4,09

0,2 0,655 5,12 35,75 3,56 17,52 0,3 0,822 7,68 44,86 1,45 33,73

0,4 0,89 10,24 48,58 0,81 40,28 0,5 0,928 12,80 50,65 0,58 43,28

0,6 0,955 15,36 52,12 0,36 46,56

0,7 0,972 17,92 53,05 0,30 47,70

0,8 0,986 20,48 53,82 0,09 52,07 0,9 0,99 23,04 54,03 0,21 49,12

1 1 25,61 54,58 2,13 0,00

77

1. Creación del proyecto

Creamos un proyecto, y en la primera casilla le damos un nombre, en base a

nuestro proyecto Microcuenca Río Blanco DJ Toachi, como se muestra en la

siguiente figura:

2. Modelo de Cuenca

Creamos el modelo de cuenca

Componentes>Basin Model Manager > New, en la primera casilla le

damos un nombre Cuenca 1: Río blanco DJ Toachi). En el área ha

aparecido una nueva carpeta, abrimos esta carpeta, picando en el signo y

aparece la cuenca que hemos creado, hacemos doble clic sobre y a la

derecha aparece la ventana en blanco que indican como ahí, se situarán

todos los elementos del modelo.

Para crear la Cuenca picamos arriba en el botón:

Creación del Proyecto en HEC-HMS- Microcuenca Río Blanco DJ Toachi

Figura 16. Modelación de crecidas HEC-HMS Fuente: Base de Datos Inamhi-Procesados Excel


78

Abrimos el contenido de la Cuenca, abajo aparecen todos los métodos y

parámetros de la microcuenca:

Lo primero: escribimos la superficie de la cuenca, de 4424,29 km

Después cambiamos las opciones que nos ofrece el programa para cada fase de

cálculo, picamos en el cuadro, como en este caso vamos a introducir Precipitación

neta, elegiremos la opción --None--para que no realice ningún cálculo y considere

toda la precipitación como neta.

Luego elegimos la opción, SCS Unit Hydrograph y como hemos elegido el

método del SCS para transformar la precipitación neta en caudal, ingresamos los

valores de Ia (intensidad), CN (número de curva), también nos solicita el lagtime en

minutos. Según este método, que es de (Lag), tiempo que transcurre desde el centro

de gravedad de la Precipitación neta hasta la punta del hidrograma) es

aproximadamente

Modelo del Proyecto en HEC-HMS- Microcuenca Río Blanco DJ Toachi

Figura 17. Modelación de crecidas HEC-HMS

Fuente: Base de Datos Inamhi-Procesados Excel


79

Modelo del Proyecto en HEC-HMS- Microcuenca

Río Blanco DJ Toachi









80

3. Time Series Data Manager

Agregamos los datos pluviométricos, nos vamos a Componentes > Time Series

Data Manager > Nuevo y aparece un cuadro en el que podemos crear dispositivos de

medida de datos diversos- Precipitation Gages, picando arriba e ingresamos las

fechas y horas predeterminadas anteriormente, con datos de precipitaciones en

intervalos de una hora.

.






81

En la segunda pestaña, indicamos la fecha y hora de comienzo y fin de la

precipitación.

Finalmente picamos en la pestaña para introducir los datos pluviométricos,

calculados anteriormente, y en el siguiente ítem podemos ver, el hietograma

graficado con relación a la precipitación en función al tiempo determinado.











82

4. Modelo Meteorológico

Creamos el modelo meteorológico: Componentes > Meteorologic Model

Manager> New, le damos nombre de Modelo Meteorológico, en el cuadro superior

izquierdo ha aparecido la carpeta, al picar en ella, en la parte de abajo (cuadro

inferior izquierdo) podemos especificar el tipo de precipitación, para nuestro caso

dejamos las opciones ofrecidas.








Figura 24: Modelación de crecidas HEC-HMS



83









84

5. Especificaciones de control

Componente > Control Specifications Manager> Nuevo, como en los casos

anteriores, le damos nombre CONTROL DEL MODELO, las especificaciones de

control sirven para indicar el periodo de tiempo (comienzo y final) en el que HMS

tiene que realizar los cálculos y el incremento de tiempo para ello (Time Interval),

arriba picamos en CONTROL MODELO y abajo rellenamos los datos que se ven a

la derecha, las especificamos que calcule el hidrograma de 0:00 del 01 de enero del

20015 a 02:00 horas del 02 de enero del 20015, pues la lluvia cesó a las 20:00, pero

la escorrentía continuará después de las 2:00. La fecha, aunque es irrelevante para el

cálculo, debe ser la misma que indicamos para las precipitaciones:





85

6. Ejecución y obtención de resultados

Finalmente, ejecutamos el modelo:

Primero creamos una etiqueta de ejecución (un “Run”): Compute > Create

Compute > Simulación Run, elegimos el Run 1 al cual le colocamos el nombre de

nuestra cuenca, MICROCUENCA RÍO BLANCO: definimos el Run con las tres

cosas que preparaos: Modelo de cuenca, Modelo meteorológico y un Control.

Finalmente, ejecutamos el programa, primero elegimos el “Run” (aquí sólo hay

uno para elegir):

Compute > Select Run y finalmente para iniciar el cálculo: Compute> Compute

Run [Run 1], para obtener los resultados, el modo más cómodo es hacer clic con el

botón derecho sobre el elemento elegido (aquí el único existente: la

MICROCUENCA RÍO BLANCO, elegimos la primera opción (View Results) y en

ella podemos elegir ver resultados numéricos, un resumen (Summary Table) o el

gráfico:

Podemos ver que HMS ha efectuado los cálculos cada hora, como le

habíamos indicado en el Control. El cuadro resumen de resultados (Summary

Table) indica el caudal máximo (Peak Discharge) y la hora a la que se

produjo):





86

El hietograma que aparece sobre el hidrograma tiene la misma forma que el

que nosotros introdujimos, pero los valores son distintos, el pequeño eje

vertical del hietograma va sólo de 0,0 a 0,8. La explicación es que el

hietograma de esta figura esta dibujado de acuerdo a los incrementos de

tiempo señalados en las especificaciones de control en nuestro caso 1 hora. Si

en la primera hora indicamos 6.00 mm en una hora, en cada intervalo de 6

minutos cayeron: 5,1/6 = 0,85 mm





87

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Se muestra los resultados que se han conseguido para cada uno de los objetivos

planteados, así como la discusión e interpretación de los mismos.

5.1 Morfología de la cuenca

Los resultados de los cálculos obtenidos que marcan las características

fisiográficas principales de la Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi, se muestran

en la siguiente tabla:

Tabla 37. Caracterización Fisiográfica de Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi

Caracterización Fisiográfica de Microcuenca Río Blanco DJ Toachi

CARACTERISTICA VALOR UNIDAD

Área de la cuenca (Ha) 4424,29 Km2

Perímetro de la cuenca 485,4 Km

Longitud del río principal (L) 146,351 Km

Cota máxima 1970 m.s.n.m

Cota mínima 1370 m.s.n.m

Longitud total de afluentes 718930 m

Ancho máximo (l) 84,15 Km

Coeficiente de forma 0,207

Coeficiente de compacidad (Kc) 2,04

Índice de alargamiento 1,7

Numero de orden 4

Constante de estabilidad del río (C ) 0,16 Km/Km2

Constante de estabilidad del río (C ) 6,16

Elevación media 1670 m.s.n.m

Posición y Orientación Este-Oeste

Tiempo de concentración 1536,31 horas

Nota: Caracterización Fisiográfica de la Microcuenca Río Blanco DJ Toachi


88

Con lo que de acuerdo a las características morfométricas de la Microcuenca del

Río Blanco DJ Toachi, podemos decir que esta cuenta con una área de estudio que

tiene una superficie de; (4424,29 Km2), y un perímetro de 485, 4 km, se la clasificó

según el criterio de Máximo Bollón 2002, como una cuenca grande, con una

longitud axial de 146,35 Km tomada desde el punto más alto (1979 m.s.n.m)de la

cuenca hasta el punto más bajo (1370 m.s.n.m), que en este caso es la

desembocadura (estación Río Blanco DJ Toachi H-0138). Según el índice de

compacidad (K) de Gravelius, 2, 04 se la clasificó como una cuenca con tendencia a

ser Oval Oblonda a Rectangular con una pendiente media de 16,43%, ya que su

coeficiente es mayor a la unidad y con un coeficiente de forma de 0,21 que es > 1, lo

que nos indica que posee una forma achatada con tiempos cortos (horas minutos)

para la formación de avenidas, como se la clasificó como una cuenca grande, los

caudales violentos o de gran magnitud no sucederán, en caso de que la precipitación,

como la intensidad sean de larga duración puede existir la posibilidad de que ocurra

un evento fortuito, también cuenta con un índice de alargamiento (Ia) de 1,7, lo cual

nos indica que es > a 1 y por ende podemos decir que se trata de una cuenca

alargada.

La altura media de la cuenca es de 1670 msnm, valor obtenido mediante la

interpretación de la curva hipsométrica, ver anexos.

La pendiente media de la cuenca con un valor de 16,43%, indica que es una

cuenca con un tipo de terreno fuertemente accidentada, de acuerdo, a la clasificación

de rangos de Heras, al mismo tiempo que su velocidad de escurrimiento es menor y

por ende la capacidad de infiltración es mayor.

89

La Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi, cuenta con una longitud de corrientes

de 718,93 km y una densidad de drenaje 0,26 km/km2, lo que nos revela que es una

cuenca pobremente drenada, esto se debe a dos factores: el tipo de geología que

presenta la cuenca y la otra por la intervención antrópica. Ver anexo 14,

Es una Microcuenca con un orden de la red hídrica de 4, que posee un tipo

quebradas permanentes y perennes, con una constante de estabilidad de 6,16 que es

mayor que 1 por lo cual habrá una estabilidad del recurso hídrico. Cuenta con una

orientación de Este-Oeste y con un tiempo de concentración aproximado de 1536,31

horas, que nos va indicar que es el tiempo en el que la lluvia va caer en el punto más

distante de la corriente de agua de la cuenca.

5.2 Resultados para el Balance Hídrico

El Balance Hídrico de la Microcuenca Río Blanco DJ Toachi, se obtuvo del

análisis del periodo comprendido entre 1991 al 2015, de acuerdo a la información

obtenida del INAMHI, se calculó los valores de temperatura media mensual para 7

estaciones y precipitación media mensual para 13 estaciones y el cálculo de la

evapotranspiración mensual por el método de Thorthwaite, para 7 estaciones que

contaban con datos de temperatura, también se obtuvo los valores mensuales de la

Evapotranspiración Real ETR , Déficit, la Reserva y el Excedente del Agua en el

suelo como se indica en las siguientes tablas (38-39):

90

Tabla 38. Balance Hídrico de la Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi H138

Balance Hídrico de la Microcuenca Río Blanco DJ Toachi H138 – Método de Thornthwaite

Nota: Método de Thornthwaite - Microcuenca Río Blanco DJ Toachi - Elaborado por: Cristina Ojeda

MESES

Precipitacio

nes

Pp mm

Evapotransp

iración ETP

mm/m

Pp – ETP

Reserva del Suelo

R

Variación de

la Reserva

(VR)

ETR Falta de Agua (ET-ETR) Exceso (EX) Desagüé (D)

ENE 375,55 220,95 154,46 154,46 154,46 225,7 -4,75 0 0

FEB 419,41 204,96 214,45 368,91 214,45 210,4 -5,44 0 0

MAR 478,24 233,09 245,15 614,06 245,15 237,6 -3,97 0 0

ABR 349,14 227 122,14 736,2 122,14 231,8 -4,8 0 0

MAY 201,53 230,71 -29,18 707,02 -29,2 235,2 -4,5 0 0

JUN 152,22 207 -54,78 652,24 -54,8 212,2 -5,2 0 0

JUL 91,68 199,9 -108,22 544,02 108,22 205,2 -5,3 0 0

AGO 59,66 201,56 -141,9 402,12 -141,9 206,7 -5,14 0 0

SEP 87,77 208,94 -121,2 280,92 -121,2 214 -5,06 0 0

OCT 111,96 226,65 -114,7 166,22 -114,7 230,9 -3,44 0 0

NOV 108,4 217,77 -109,4 56,82 -109,4 222,4 -4,63 0 0

DIC 183,71 226,97 -43,3 13,52 -43,3 231,4 -4,43 0 0

91

Balance Hídrico de la Microcuenca Río Blanco DJ Toachi H138 – Método de Thornthwaite

Tabla 39. Balance Hídrico de la Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi H138

Balance Hídrico de la Microcuenca Río Blanco DJ Toachi H138 – Método General

Nota: Método de Thornthwaite - Microcuenca Río Blanco DJ Toachi- P – Q –ETP – I = ΔS - Elaborado por: Cristina Ojeda

MES Meses/

Días

Precipitación (Pp -

mm)

Caudal

Medio

Qs m3/s)

Q (mm) ETP

mm/mes

Infiltración

(I)

BALANCE

HIDRICO

Déficit de

Agua

Almacena

miento de

Agua

ΔS

ENE 31 375,55 328,9 74,36 220,95 225,33

-299,69 0

FEB 28 419,41 443,66 100,28 204,96 251,65 -351,92 0

MAR 31 478,24 480,11 108,52 233,09 286,94 -395,46 0

ABR 30 349,14 449,39 101,57 227,0 209,48 -311,06 0

MAY 31 201,53 349,42 78,98 230,71 120,92 -199,9 0

JUN 30 152,22 175,85 39,75 207,0 91,33 -131,08 0

JUL 31 91,68 117,07 26,46 199,9 55,01 -81,47 0

AGO 31 59,66 77,23 17,46 201,56 35,8 -53,25 0

SEP 30 87,77 74,18 16,77 208,94 52,66 -69,43 0

OCT 31 111,96 85,62 19,35 226,65 67,18 -86,53 0

NOV 30 108,4 97,8 22,1 217,77 65,04 -87,14 0

DIC 31 183,71 159,81 36,12 226,97 110,23 -146,35 0

92

Al encontrarse el Río Blanco en la parte alta de la Provincia de Santo Domingo de

los Tsáchilas, el Balance Hídrico Mensual, nos indica que el almacenamiento de

agua es cero; lo que se considera que tiene una influencia de régimen climático de la

Región Costa, donde las precipitaciones van a variar durante todo el año, en cambio

en la parte media y baja de la Microcuenca se tiene precipitaciones con distribución

unimodal, es decir con un periodo marcado.

Con lo que se determina que la Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi, en el

punto de cierre de esta, posee un régimen de precipitaciones abundantes en los meses

de Enero, Febrero, Marzo y Abril, cuyos valores están cerca a la evapotranspiración,

motivo del excederte en la Microcuenca en esta época, al pasar este periodo las

precipitaciones disminuyen y van variando a medida que pasa el año hasta llegar a

Diciembre, con la diferencia que existe un incremento en la evapotranspiración en

los meses de Mayo a Diciembre, razón por la cual en estos meses hay menor

infiltración en comparación con los meses de mayor lluvia e infiltración.

En la tabla # (39), se indica el comportamiento mensual del Balance Hídrico

donde podemos observar que para los meses de Agosto a Noviembre existe un

Déficit de Agua, en comparación con los otros meses que existe un excedente lo que

concuerda con los periodos climáticos de la zona, a pesar que durante todo el año se

puede observar que existe una variabilidad climática ya que los periodos climáticos

ya no son tan marcados.

También se realizó el cálculo del Balance Hídrico anual en base al resultado del

cálculo de la Precipitación Media y Evapotranspiración Potencial Media de la

Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi, en una área de 4424,29 km2, obtenido a

93

través de los mapas de isolineas (Isoyetas, Isotermas, Isolineas de

Evapotranspiración) de cada parámetro.

El mapa de balance hídrico nos indica que la Microcuenca del Río Blanco DJ

Toachi está dividida en:

Cuenca alta con una tonalidad azul la cual nos refleja un exceso de agua de

21% con superficie de 947,03 km2, esta zona corresponde al lugar donde se

encuentra el punto de descarga de nuestra microcuenca y que corresponde al

sector de Valle Hermoso ubicado en la provincia de Santo Domingo de los

Tsáchilas, donde existe mayor probabilidad de que ocurran eventos fortuitos

de desborde del río, o problemas de deslizamiento de tierras por ser una

zona con precipitaciones fuertes de acuerdo a los datos de valores

promedios mensuales.

Cuenca media con color amarrillo representa a las zonas con estabilidad

hídrica del 20% en una superficie de 879,02 km2, la cual nos indica que las

precipitaciones son moderadas, ubicada en la provincia de pichincha.

Cuenca baja de color naranja, ubicada en la provincia de Cotopaxi nos

refleja un déficit hídrico de 59% en una superficie de 2598,24km2, lo cual

concuerda con los datos de valores de precipitación media obtenidos de las

estaciones ubicadas en esta provincia ya que las precipitaciones son muy

escasas, con un pequeño incremento en el periodo lluvioso, mismas que no

superar sus normales, como se indica en la tabla # 40 a continuación:

94

Tabla 40. Datos Balance Hídrico Rio Blanco DJ Toachi

Datos Balance Hídrico Río Blanco DJ Toachi

Nota: Balance Hídrico Río Blanco DJ Toachi Fuente: Base de Datos Inamhi-Procesados Excel - ArGis Elaborado por: Cristina Ojeda

De acuerdo al Balance Hídrico analizado en la microcuenca del Río Blanco DJ

Toachi existe mayor déficit hídrico con un 59%, pero en relación a nuestra zona de

estudio en la provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas presenta un exceso

hídrico del 21% que concuerdan con las características climáticas de la zonas como

se muestra observa en la figura # 31 del mapa de Balance Hídrico de la Microcuenca

del Río Blanco DJ Toachi.

BALANCE HIDRICO SUPERFICIE

(Km)² PORCENTAJE %

DEFICIT HIDRICO 2598,24 59,00

ESTABILIDAD

HIDRICA 879,02 20,00

EXCESO HIDRICO 947,03 21,00

TOTAL 4424,29 100

Balance hídrico Microcuenca Río Blanco Dj Toachi

Figura 30. Balance Hídrico Río Blanco DJ Toachi

Fuente: Base de Datos Inamhi-Procesados Excel - ArGis


59%20%

21%

BALANCE HIDRICO MICROCUENCA RIO BLANCO DJ TOACHI

DEFICIT HIDRICO

ESTABILIDAD HIDRICA

EXCESO HIDRICO

95

Finalmente se aplicó la ecuación de Balance Hídrico, con los cálculos

anteriormente obtenidos de precipitación igual a 2955,95 mm/año, escorrentía de

1684,62mm y evapotranspiración 1306,6mm, obteniendo un valor de término de

discrepancia de 34,27 puesto que el valor de n (termino de discrepancia) no es muy

alto se lo asume como infiltración.


2955,95𝑚𝑚 = 1684,62𝑚𝑚 + 1306,6𝑚𝑚 + 𝑛

𝑛 = 2955,95 − 2991,22

𝒏 = 𝟑𝟒, 𝟐𝟕 (𝑻𝒆𝒓𝒎𝒊𝒏𝒐 𝒅𝒆 𝒅𝒊𝒔𝒄𝒓𝒆𝒑𝒂𝒏𝒄𝒊𝒂)

El estudio del Balance Hídrico Superficial, nos da una evaluación cuantitativa

espacial temporal de los recursos hídricos disponibles.

Mapa Balance Hídrico Microcuenca Río Blanco Dj Toachi

Figura 31. Mapa Balance Hídrico Río Blanco DJ Toachi

Fuente: Base de Datos Inamhi-Procesados Excel - ArGis


96

5.3 Resultados relación Precipitación - Escorrentía

Para el cálculo de la relación precipitación escorrentía, se utilizó la metodología

del Número de Curva(Soil Conservation Service SCS),con lo cual se determina el

volumen de escurrimiento que es igual a la precipitación efectiva, como el resultado

de la precipitación caída en el área de la Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi,

específicamente se tomó en cuenta el cálculo, las intensidades máximas, para un

tiempo de 24 horas, con tiempos de retorno de 2, 5, 10, 25, 50 y 100 años, de la

Estación La Concordia con coordenadas en X: 680253 y Y:9997254 ,por estar cerca

del punto de descarga se establecieron varios parámetros:

a) Tipo y uso de suelo,

b) Pendiente,

c) Vegetación,

d) Porcentaje de cobertura,

e) Grado de humedad.

Para lo que se obtuvo una Retención Real de Agua en la Microcuenca durante la

lluvia simulada de (F) = 33,67 milímetros, una Perdida Inicial de (Ia) = 6,93

milímetros y un Valor Máximo de Capacidad de Retención (S) = 34,64 milímetros.

Obteniendo un valor de Escorrentía (Q) = 1174,16 m3/s , que nos muestra un valor

de Exceso de Precipitación la cual es la Escorrentía Directa(precipitación efectiva)

acumulada en el tiempo, para este valor de Escorrentía se tomó en cuenta el valor de

la precipitación para 100 años que fue de 1214,76 milímetros. La suma de F + Ia + Q

es igual a la Precipitación Total que es de 1214, 76 milímetros.

A través del cálculo de todos estos parámetros se determinó un valor del Numero

de Curva de Escorrentía y Cobertura Vegetal (CN) igual a 38, cuando se tiene un

97

valor de CN de 100 y un Valor Máximo de Capacidad de Retención (S) de 0 esto

nos indica que el suelo va estar saturado o es impermeable, en nuestro caso podemos

decir que en base a nuestro CN y S, tenemos un suelo poco saturado y poco

impermeable, que coincide con la pendiente media de 16,43%, el cual nos indica que

se tiene un suelo con velocidad de escurrimiento menor y una capacidad de

infiltración mayor.

5.4 Resultados Modelación HEC-HMS, cálculo de caudales.

Para el cálculo de caudales pico, se utilizó el Modelo Hidrológico HEC-HMS,

programa de simulación Hidrológica, desarrollado para apreciar Hidrogramas de

salida de cuencas, a partir de las diversas condiciones de precipitación dadas, para el

caso de la investigación se aplicó este programa para la Modelización de Caudales

Máximos, en base al cálculo del Método del Hidrograma Unitario del SCS ,

(Método propuesto por el Servicio de Conservación de Suelos SCS( de los Estados

Unidos, visto anterior mente para la Relación de Precipitación Escorrentía, por medio

de este Hidrograma Unitario, se encontró que el tiempo de retraso, fórmula propuesta

por Feldman 2000, en función del tiempo de concentración de Microcuenca es igual

a TLAG = 0.6xTc = 0,6x 1536 horas.921,6, que equivale al tiempo de retraso.

A través del Método de Numero de Curva, se obtuvo los valores de Perdida Inicial

(Ia), que se calcularon del 20% de la Capacidad Máxima de Retención del Suelo (S),

en base al número de curva ponderado con lo que se obtuvo los siguientes valores

como se muestra en la tabla # 41 a continuación:

98

Tabla 41. Método de Numero de Curva

Método de Numero de Curva

Nota: Método Número de Curva


Se escogió la Estación de La Concordia, por encontrarse dentro de la Provincia de

Santo Domingo de los Tsáchilas, donde se determinó el volumen de Escurrimiento,

en base al área de 4424,29 km2, pendiente media de 16,43% y el mapa de uso de

suelos (anexo#) de nuestra Microcuenca, en esta zona se observan la presencia de

cuerpos de agua, pocas zonas urbanas, bosques, pastizales y cultivos.

Para el Hidrograma de Salida, se utilizaron los valores de Tiempo de

Concentración para el cálculo de las precipitaciones, en un tiempo estimado de 25

horas, con intervalos de dos horas.

Con lo que al introducir todos los datos anteriores mencionados en el programa de

simulación hidrológica, se pudo obtener resultados por medio de tablas y

gráficamente, así como lo vemos a continuación:

En la figura # 32 podemos observar el comportamiento del caudal en ese cauce,

donde el caudal pico que se obtuvo es 378,7 m3/s, en el Histograma se puede

evidenciar que a las 15 horas se presenta una precipitación de 55,42 mm, con una

pérdida de 47,51 mm que representa la infiltración (color rojo) y un exceso de 7,91

mm que representa la escorrentía (color azul).

Zona

Área

Microcuenca

DJ Toachi

NC

Ponderado

Capacidad de

Retención

Máxima (S)

Perdida

Inicial

Ia

La Concordia 4424,29 km2 38 34,64 6,93

99

En Hietograma podemos observar que el porcentaje de escorrentía que está en azul

es menor al porcentaje de infiltración que está en rojo es mayor, que coincide con lo

determinado anteriormente en las características morfométricas que nos indica que es

una cuenca con velocidad de escurrimiento menor y con capacidad de infiltración

mayor.

Hietograma - HEC-HMS- Microcuenca Río Blanco DJ Toachi




100

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6.1 CONCLUSIONES:

Para la realización de la investigación se calculó el número máximo de

parámetros para determinar la morfología de la Microcuenca del Río

Blanco DJ Toachi, los cuales nos demostraron que es una cuenca grande

de forma oval alargada con un área de 4424 km2, de longitud axial de

146,35 Km, y que de acuerdo al índice de compacidad (K) de Gravelius, 2,

04 se la clasificó como una cuenca con tendencia a ser Oval Oblonda a

Rectangular de pendiente media de 16,43%, con coeficiente de forma de

0,21 que nos indica que tiene una forma achatada con tiempos cortos

(horas minutos) para la formación de avenidas.

Con el fin de obtener la mejor descripción posible para las características

de nuestra Microcuenca, se realizaron mapas como; de cantones de

influencia siendo estos: Latacunga, Mejía, Quito, Salcedo, Santo

Domingo, San Miguel de los Bancos, Sigchos, Pujilí, adicionalmente

mapas de Usos de Suelo, Tipos de Suelo, Geológicos, Geomorfológicos,

de Ecosistemas, Vegetación, Tipos de Clima, Déficit Hídrico, e

Inundaciones, todo esto en base a información digital facilitada por el

Instituto Geográfico Militar, y procesada por medio de ArcGIS.(software

para Sistemas de Información Geográfica).

El Balance Hídrico de la Microcuenca del Río Blanco DJ Toachi, trató de

abarcar el mayor número posible de estaciones meteorológicas tanto de

primer orden como de segundo orden, para el cálculo de los parámetros de

precipitación y evapotranspiración necesarios, y para el cálculo de

caudales la estación de cierre de nuestra microcuenca la estación

101

hidrológica Río Blanco DJ Toachi H-138, tomando en cuenta que tengan

un registro dentro del periodo de estudio 1991-2015.

Se determinó que la precipitación media anual de la Microcuenca

analizada es de 2955,95 mm/año. Con una distribución unimodal, en la

cual en la parte alta existe un porcentaje de exceso hídrico, la parte media

de la Microcuenca un 13% de estabilidad hídrica, y la parte baja

correspondiente a la provincia de Cotopaxi con un déficit hídrico de 20%.

Los índices de Escurrimiento de la Microcuenca son bajos, con capacidad

de infiltración mayor principalmente en la parte alta de la cuenca donde

existe exceso hídrico, de acuerdo al Método de Curva SCS y a la

Modelación con HEC-HMS, con un valor de Escorrentía de 7,91 mm.

Tanto el análisis del Balance Hídrico, Método de Curva SCS y el

Modelación con HEC-HMS, nos indican que la Microcuenca posee mayor

capacidad de infiltración principalmente en la zona alta lo que produce

deslizamientos de tierras y menor escorrentía, esto también se determinó a

través de las propiedades morfométricas que nos muestran que la

velocidad de escurrimiento es menor y por ende la capacidad de

infiltración mayor.

También se puede concluir que en base a los mapas elaborados con la

información de shapefile de déficit hídrico y de inundaciones del Instituto

Geográfico Militar (IGM), se determinó que la microcuenca en estudio

posee un déficit hídrico bajo siendo este mayor en la parte baja de la

cuenca (anexo # 9 mapa 10) y un nivel de zonas propensas a inundaciones

mínimo, siendo la parte de las riveras del río las más propensas a

102

desbordamientos y la parte alta de la cuenca a sufrir precipitaciones más

fuertes (anexo # 9 mapa 11).

Los datos para la realización de este proyecto se obtuvieron principalmente

del Instituto Nacional de Meteorología (INAMHI), y fueron procesados a

través de programas computacionales como Excel, ArcGis, y HEC-HMS.

Finalmente la investigación se pondrá a disposición tanto del INAMHI,

como la Universidad Politécnica Salesiana, para su conocimiento y

posiblemente posterior elaboración de futuros proyectos de la misma

Microcuenca o proyectos similares de estudio de parámetros hidrológicos

de diferentes cuencas.

103

6.2 RECOMENDACIONES:

De forma general en base a los problemas que se tuvieron en la realización

de esta investigación se recomienda que antes de realizar cualquier estudio

se verifique la información tanto meteorológica como hidrometeorológica

existente en los anuarios, puesto que no es 100% confiable y existe mucha

información faltante.

Se recomienda que se profundicen temas de hidrología por parte de las

Universidades, con el fin de tener objetivos claros al momento de

plantearse una investigación.

Tomar más seguido en cuenta la información tanto meteorológica como

hidrológica ya que es una parte fundamental para el desarrollo en temas de

investigación, planificación y toma de decisiones en diferentes proyectos

que involucran varias áreas principalmente de infraestructura, de

minimización de desastres, al momento que se produzcan crecidas de ríos,

inundaciones por fuertes precipitaciones etc.

Se recomienda a la institución habilitar tanto las estaciones hidrológicas

como meteorológicas que se encuentran inactivas, ya que son de gran

importancia para la realización de investigación similares a esta índole.

104

7. BIBLIOGRAFÍA

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107

8. ANEXOS

ANEXO 1 - TABLAS PRECIPITACIÓN MULTIANUAL

PRECIPITACIÓN MEDIA MENSUAL MULTIANUAL (mm)

PERIODO 1991 – 2015

Tabla de Precipitación Multianual # 1

CODIGO ESTACION ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC SUMA

M1066 COTOPILALO CONVENIO INAMHI-CESA 68,3 80,2 87,8 99,9 79,0 32,7 18,3 10,4 36,8 58,7 67,8 73,8 713,8

M0362 LAS PAMPAS 306,8 340,1 353,9 339,3 217,4 79,4 42,8 38,1 67,8 90,4 86,9 169,2 2132,0

M0025 LA CONCORDIA 471,8 500,8 606,9 623,8 359,7 151,2 78,5 47,3 80,7 90,7 68,5 187,2 3267,1

M0004 RUMIPAMBA-SALCEDO 48,8 54,0 64,1 69,5 51,0 29,4 18,6 15,0 26,7 44,8 69,1 56,6 547,6

M0003 IZOBAMBA 133,0 155,8 197,5 196,9 152,0 64,3 35,5 36,2 73,4 127,4 151,7 143,4 1467,2

M0375 SAQUISILI 68,2 83,9 99,9 90,2 68,2 58,5 36,8 27,0 44,8 72,4 93,2 83,3 826,5

M0363 SIGCHOS 154,2 134,4 144,8 156,4 154,2 47,2 21,3 14,9 40,0 56,3 77,4 84,4 1085,5

M0361 NONO 99,0 101,7 135,4 167,3 104,6 36,8 22,7 14,7 42,9 104,3 69,8 84,1 983,3

M0354 SAN JUAN-PICHINCHA(CHILLOG.) 167,5 167,5 167,5 260,1 197,9 127,2 67,2 60,0 78,7 157,1 181,1 166,3 1798,2

M0348 SANTA ANITA-KM.10 VIA CHONE 338,7 387,5 409,9 454,9 271,9 102,8 49,5 39,4 69,2 56,9 61,6 165,0 2407,4

M0339 NANEGALITO 328,9 351,9 355,0 356,1 328,9 113,6 79,2 37,9 77,0 105,3 328,9 198,0 2660,8

M0335 LA CHORRERA 126,4 159,2 213,4 220,2 123,1 51,1 25,4 28,9 64,0 155,3 160,6 128,7 1456,3

M0116 CHIRIBOGA 489,8 452,9 533,2 528,6 489,8 247,1 182,9 112,4 224,3 274,9 294,1 370,4 4200,5

M064 LATACUNGA AEROPUERTO 51,7 63,6 68,1 80,9 47,8 27,2 14,6 10,5 26,4 54,3 64,1 57,0 566,3

XO85 SANTO DOMINGO AEROPUERTO 460,1 523,0 542,7 553,7 302,8 120,3 58,3 42,8 72,9 74,1 86,8 204,1 3041,5

VALOR MEDIO MENSUAL MULTIANUAL

PERIODO 1991 - 2015 ( 25 AÑOS)

108

ANEXO 2 - TABLAS TEMPERATURA MULTIANUAL

TEMPERATURA MEDIA MENSUAL MULTIANUAL (mm)

PERIODO 1991 – 2015

Tabla de Temperatura Multianual # 2

ANEXO 3 - TABLAS EVOTRANSPIRACIÓN MULTIANUAL EVOTRANSPIRACIÓN MULTIANUAL

METODO DE THORNTHWAITE (mm) PERIODO 1991 – 2015

Tabla de Evapotranspiración Multianual # 3

CODIGO ESTACION ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC SUMA PROMEDIO

M1066 COTOPILALO CONVENIO INAMHI-CESA 11,1 11,1 11,1 11,1 11,1 10,8 10,6 10,6 10,8 11,0 11,0 11,1 131,3 10,9

M0025 LA CONCORDIA 24,5 24,9 25,3 25,4 25,0 24,3 23,9 23,8 24,0 23,9 23,9 24,4 293,1 24,4

M0004 RUMIPAMBA-SALCEDO 14,6 14,5 14,5 14,5 14,2 13,5 13,0 13,0 13,6 14,6 14,9 14,7 169,6 14,1

M0003 IZOBAMBA 12,0 12,0 12,0 12,0 12,2 12,1 12,0 12,1 12,3 12,2 11,9 12,1 144,8 12,1

M0362 LAS PAMPAS 17,7 17,8 18,2 18,4 18,4 18,1 17,9 17,9 18,0 17,9 18,1 17,7 216,1 18,0

M0173 COTOPAXI-LATACUNGA AEROPUERTO 14,6 14,5 14,4 14,3 14,2 13,6 13,2 13,3 13,8 14,6 14,8 14,9 170,1 14,2

XO85 SANTO DOMINGO AEROPUERTO 23,5 24,0 24,6 24,7 24,1 23,2 22,7 22,6 22,8 22,7 22,7 23,2 281,0 23,4

PROMEDIO MENSUAL DE TEMPERATURA MEDIA

PERIODO 1991 - 2015 ( 25 AÑOS)

CODIGO ESTACION ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC SUMA PROMEDIO

M1066 COTOPILALO CONVENIO INAMHI-CESA 276,1 252,7 281,2 267,6 263,6 218,7 201,0 198,2 222,1 282,9 288,9 290,1 3043,0 253,6

M0025 LA CONCORDIA 109,1 105,7 122,8 120,7 118,4 105,4 103,1 101,8 101,4 103,1 99,2 109,9 1300,8 108,4

M0004 RUMIPAMBA-SALCEDO 276,1 252,7 281,2 267,6 263,6 218,7 201,0 198,2 222,1 282,9 288,9 290,1 3043,0 253,6

M0003 IZOBAMBA 320,0 290,1 323,9 317,5 338,8 323,7 322,3 335,0 337,4 339,1 306,7 330,6 3885,2 323,8

M0362 LAS PAMPAS 164,8 152,6 181,3 181,2 187,5 172,8 173,9 173,6 170,2 173,9 171,4 167,5 2070,5 172,5

M0173 COTOPAXI-LATACUNGA AEROPUERTO 275,2 246,9 269,5 253,1 254,5 215,3 204,2 208,9 225,1 277,1 277,3 294,7 3001,7 250,1

XO85 SANTO DOMINGO AEROPUERTO 115,1 113,8 136,3 133,2 128,0 110,8 106,2 105,1 104,9 105,3 102,0 113,8 1374,4 114,5

EVOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL METODO DE THORNTHWAITE

PERIODO 1991 - 2015 ( 25 AÑOS)

109

ANEXO 4 - TABLAS BALANCE THORNTHWAITE

Tabla de Resultados Balance hídrico de la cuenca alta del Río Blanco DJ Toachi- Método Thornthwaite # 1.

Fuente: Elaborado por Cristina Ojeda

MESES

Precipitaciones

Pp mm

Evapotrans

piración

ETP mm/m Pp – ETP

Reserva del

Suelo

R

Variación de la

Reserva (VR) ETR

Falta de Agua

(ET-ETR)

Exceso

(EX)

Desagüé

(D)

ENE 375,55 220,95 154,46 154,46 154,46 225,7 -4,75 0 0

FEB 419,41 204,96 214,45 368,91 214,45 210,4 -5,44 0 0

MAR 478,24 233,09 245,15 614,06 245,15 237,6 -3,97 0 0

ABR 349,14 227 122,14 736,2 122,14 231,8 -4,8 0 0

MAY 201,53 230,71 -29,18 707,02 -29,2 235,2 -4,5 0 0

JUN 152,22 207 -54,78 652,24 -54,8 212,2 -5,2 0 0

JUL 91,68 199,9 -108,22 544,02 108,22 205,2 -5,3 0 0

AGO 59,66 201,56 -141,9 402,12 -141,9 206,7 -5,14 0 0

SEP 87,77 208,94 -121,2 280,92 -121,2 214 -5,06 0 0

OCT 111,96 226,65 -114,7 166,22 -114,7 230,9 -3,44 0 0

NOV 108,4 217,77 -109,4 56,82 -109,4 222,4 -4,63 0 0

DIC 183,71 226,97 -43,3 13,52 -43,3 231,4 -4,43 0 0

Tabla de Resultados Balance hídrico de la cuenca alta del Rio Blanco DJ Toachi-H0138. Método de

Thornthwaite # 1


110

ANEXO 5 - TABLA BALANCE METODO GENERAL

Tabla de Resultados Balance hídrico de la cuenca alta del Río Blanco DJ Toachi- Método General # 2.


MES Meses/Días

Precipitación (Pp -

mm)

Caudal

Medio

Qs m3/s) Q (mm)

ETP

mm/mes Infiltración (I)

BALANCE

HIDRICO

Déficit de

Agua Almacenamient

o de Agua

ENE 31 375,55 328,9 74,36 220,95 225,33

-299,69 0

FEB 28 419,41 443,66 100,28 204,96 251,65 -351,92 0

MAR 31 478,24 480,11 108,52 233,09 286,94 -395,46 0

ABR 30 349,14 449,39 101,57 227,0 209,48 -311,06 0

MAY 31 201,53 349,42 78,98 230,71 120,92 -199,9 0

JUN 30 152,22 175,85 39,75 207,0 91,33

-131,08 0

JUL 31 91,68 117,07 26,46 199,9 55,01 -81,47 0

AGO 31 59,66 77,23 17,46 201,56 35,8 -53,25 0

SEP 30 87,77 74,18 16,77 208,94 52,66 -69,43 0

OCT 31 111,96 85,62 19,35 226,65 67,18 -86,53 0

NOV 30 108,4 97,8 22,1 217,77 65,04 -87,14 0

DIC 31 183,71 159,81 36,12 226,97 110,23 -146,35 0

P –

Q –

ET

P –

I = Δ

S

111

ANEXOS 6 -MAPAS

Mapa # 1: Ubicación Microcuenca Río Blanco DJ Toachi


112

Mapa # 3: Uso de Suelo Microcuenca Río Blanco DJ Toachi


113

Mapa # 4: Suelos Microcuenca Río Blanco DJ Toachi


Mapa # 5: Geológico Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


114

Mapa # 6: Geomorfológico Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


Mapa # 7: Ecosistemas Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


115

Mapa # 8: Vegetación Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi Elaborado por: Cristina Ojeda

Mapa # 9: Tipos de Clima - Rio Blanco DJ Toachi


116

Mapa # 10: Déficit Hídrico Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi Elaborado por: Cristina Ojeda

117

Mapa # 11: Inundaciones Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


118

Mapa # 12: Isoyetas Enero - Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


Mapa # 13: Isoyetas Febrero - Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


119

Mapa # 14: Isoyetas Marzo - Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


120

Mapa # 15: Isoyetas Abril - Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


121

Mapa # 12: Isoyetas Enero - Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


Mapa # 16: Isoyetas Mayo - Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


Mapa # 17: Isoyetas Junio - Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


122

Mapa # 19: Isoyetas Agosto - Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


Mapa # 18: Isoyetas Julio - Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


123

Mapa # 20: Isoyetas Septiembre - Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


Mapa # 21: Isoyetas Octubre - Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


124

Mapa # 23: Isoyetas Diciembre - Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


Mapa # 22: Isoyetas Noviembre - Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


125

Mapa # 24: Evapotranspiración Enero - Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


Mapa # 25: Evapotranspiración Febrero - Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


126

Mapa # 27: Evapotranspiración Abril - Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


Mapa # 26: Evapotranspiración Marzo - Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


127

Mapa # 28: Evapotranspiración Mayo - Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi Elaborado por: Cristina Ojeda

Mapa # 29: Evapotranspiración Junio - Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


128

Mapa # 30: Evapotranspiración Julio - Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


Mapa # 31: Evapotranspiración Agosto - Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


129

Mapa # 32: Evapotranspiración Septiembre - Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


Mapa # 33: Evapotranspiración Octubre - Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


130

Mapa # 34: Evapotranspiración Noviembre - Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


Mapa # 35: Evapotranspiración Diciembre - Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


131

Mapa # 36: Balance Hídrico - Microcuenca Rio Blanco DJ Toachi


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