Metodología

Este proyecto se desarrollará utilizando métodos de investigación de tipo Morfológico o inspección visual caracterizados por los recorridos de campo en los que se harán observaciones de las superficies identificadas anteriormente, para examinar las posibles causas de los procesos que afectaron la zona. El descriptivo-comparativo que establece diferencias en las manifestaciones de los procesos, permitiendo plantear generalizaciones y formulas leyes mediante el restablecimiento y comparación de elementos antiguos. De tipo Explicativos, analizando el porqué es así la realidad de este sector, determinado las causas y el planteamiento de hipótesis. La recopilación de información bibliográfica necesaria a través de libros, artículos científicos, revistas y periódicos que servirán de sustento científico - teórico de la Cuenca La Mona y su relación con la percepción del riesgo. Levantamiento de información en campo, libros, artículos y diferentes normas relacionadas con la rama de la Hidrología e Hidráulica que servirá para hacer el estudio de la información geomorfológica de la cuenca a través de modelos digitales.

Para poder realizar la modelación de la cuenca de La Mona se tienen que realizar lo siguiente:

La caracterización y modelación hidrológica:

Ubicación Geográfica

La parroquia Colón se encuentra ubicada en la Provincia de Manabí en el Cantón Portoviejo al suroeste de la ciudad, Datum WGS84 con las coordenadas UTM: Norte 9876741,358 y Este 565536,621 o coordenadas geográficas: Latitud -1° 06´ 52.75´´ Longitud…-80° 24´ 52.75´´ La zona de estudio está localizada en la parte alta del río Portoviejo. ^{(Murillo, 2014)}.

Plano de ubicación

Características físicas de la cuenca

Las características físicas de la cuenca dependen de algunos aspectos tanto la topografía, el clima, el suelo, la pendiente que las hacen diferente la una con la otra. El proyecto está localizado en el sector central de Manabí en la Cuenca principal del río Portoviejo, esta tiene un área de 2096 km², las curvas de nivel están por los 600 msnm hasta su desembocadura al mar. ^{(Gobierno de Manabí Ecuador, 2016)} (Figura 1).

Fig. 1: Ubicación de la cuenca Portoviejo. 

Delimitación Hidrográfica de la cuenca

Parámetros morfométricos generales de una cuenca hidrográfica

Se pueden delimitar subcuencas de orden inferior, las divisorias que delimitan las subcuencas se definen como divisoria de aguas ^{(Maidment, Mays & Larry. 1994)}. Para realizar la delimitación de la cuenca Portoviejo y de la subcuenca de estudio se utiliza el programa QGIS, que trabaja con el Sistema de Información Geográfica (SIG) y esta es una herramienta que ayuda a delimitar una cuenca de manera eficaz y rápida, para el cual se realiza un modelo digital de elevación (DEM por sus siglas en inglés); estas imágenes fueron proporcionadas por Proyecto SIGTIERRAS que es parte del Ministerio de Agricultura y Ganadería (Figura 2).

Fig. 2: Dem de elevación. 

Delimitación de subcuencas

Como se muestra en la imagen, la Cuenca la Mona esta divida en 2 subcuencas o quebradas que tienen por nombre La Mona (1) y el Cady (2) y ambas tienen su cauce principal con sus respectivas redes de drenaje.

Para el análisis de las características morfológicas de este proyecto se tomaron puntos de cierre de la cuenca, donde se pudo determinar las áreas y el perímetro de cada una la cuales se detallen a continuación (Figura 3).

Fig. 3: subcuencas 1 - 2. 

Longitud del cauce principal (L), ancho (W)

El cauce principal es donde llegan todas las aportaciones tributarias de la red hidrográfica de la cuenca ^{(Maidment, Mays & Larry. 1994)} (Figura 4).

Fig. 4: redes de drenaje 

Ancho de la Cuenca: Relación entre el área y la longitud de la cuenca.

B=AL

Parámetros morfométricos asociados a la forma de la cuenca

Factor de forma de Horton: Es uno de los índices más utilizados para medir la forma de la cuenca. ^{(Maidment, Mays & Larry. 1994)}.

Rf=ALa2

A:	Área de la cuenca en (km2)
La:	Longitud axial de la cuenca en (km)

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 ensachada
0.45-0.60	Ligeramente Ensanchada
0.60-0.80	Ensanchada
0.80-1.20	Muy Ensanchada
>1.200	Rodeando el Desagüe

Coeficiente o índice de compacidad: También denominado índice de Gravelius, relaciona el perímetro de la cuenca y el perímetro de un círculo de área A ^{(Maidment, Mays & Larry. 1994)}.

Kc=P2πA=0.28PA

Clase de Forma	Índice de Compacidad (Cc)	Forma de la Cuenca
Clase I	1.0 a 1.25	Casi redonda a oval-redonda
Clase II	1.26-1.50	Oval-redonda a oval oblonga
Clase III	1.51 a más de 2	Oval-oblonga a rectangular oblonga

Coeficiente de circularidad de Miller: Formas de la cuenca acorde al coeficiente de circularidad de Miller ^{(Maidment, Mays & Larry, 1994)}.

Cc=4πAP2

Parámetros morfométricos asociados a la forma del relieve

La elevación máxima es la cota más elevada de la cuenca hidrográfica y la elevación mínima es la cota más baja, que generalmente es el punto de salida ^{(Maidment, Mays & Larry, 1994)}.

Las cotas máximas y mínimas para las cuencas de estudio ubicado en QGis se muestran a continuación (Figura 5, Figura 6).

Fig 5: Dem elevación cuenca1 

Fig. 6: Dem elevación cuenca 2 

Parámetros morfométricos asociados a la red de drenaje

Orden de la cuenca: permite tener un mejor conocimiento de la complejidad y desarrollo del Sistema de drenaje de la cuenca. El orden se relaciona con el caudal relativo del segmento de un canal. Hay varios sistemas de jerarquización; sin embargo, los más empleados son el de ^{Horton (1945)} y el de ^{Strahler (1952)}.

Las subcuencas de la Mona tienen corrientes de cuarto orden los cueles se muestran en la siguiente imagen (Figura 7).

Fig. 7: Orden de ríos. 

Cuenca 1.	Cuenca 2.
Corriente primer orden (Nc1): 22	Corriente primer orden (Nc1): 43
- Corriente segundo orden (NC2): 13	Corriente segundo orden (NC2): 23
- Corriente tercer orden (NC3): 10	Corriente tercer orden (NC3): 6
- Corriente cuarto orden (NC4): 1	Corriente cuarto orden (NC4): 1

Densidad de drenaje: La densidad de corriente es un parámetro que permite identificar el nivel de respuesta de la cuenca ante una entrada de lluvia. Mientras mayor sea la densidad de corriente, la cuenca es más ramificada generando una respuesta más rápida en la entrada de lluvia y una menor descarga al acuífero ^{(Maidment, Mays & Larry. 1994)}.

Cuenca 1.

D cuenca 1=3.46 km217.52  km= 5.06

Cuenca 2.

D cuenca 2=4.7 km226.23  km = 5.47

Pendiente del cauce principal: Es la diferencia de niveles del cauce principal dividido por la longitud de del cauce principal ^{(Maidment, Mays & Larry. 1994)}.

Sc=csupcp-cinfcpLcp

Donde:

csupcp=	Cota superior del cauce principal.
cinfcp=	Cota inferior del cauce principal.
Lcp=	Longitud del cause principal.

Cuenca 1.

Sc=355.2-40.518.8=35.76 %

Cuenca 2.

Sc=420.41-41.985.22=73.65 %

Curva hipsométrica y Frecuencia altimétrica

Existen tres tipos de curvas que puede adoptar una cuenca, según la forma que adopte la curva representa las edades de los ríos como jóvenes, maduros y viejos (Figura 8).

Fig 8: Tipos de curva. 

Fig 9: Modelo digital de Elevaciones; Subcuenca 1, Subcuenca 2. 

Para determinar la Curva Isométrica se trabaja en el Raster de los terrenos de cada subcuenca, con la herramienta curva isométrica se analiza el MDE del Dem de la subcuenca Principal y la capa vectorial de la subcuenca principal, ejecutando el proceso se genera un archivo de texto .CSV que se abre con Excel y contiene las siguientes columnas:

El promedio entre cotas máximas y mínimas, el área acumulada entre intervalos, el porcentaje del área acumulada y el porcentaje del área respecto a la acumulación de las áreas en los intervalos. Las columnas 2 y 4 se presentan los datos para la construcción de la curva hipsométrica y frecuencia altimétrica las subcuencas de estudio de la Mona el Cady (Figura 10, Figura 11).

Fig. 10: Curva Hipsométrica y Frecuencia Altimétrica subcuenca 1. 

Fig. 11: Curva Hipsométrica y Frecuencia Altimétrica subcuenca 2. 

Resumen de los parámetros morfométricos obtenidos de la Cuenca la mona (Figura 12, Figura 13).

Cuenca 1.

Cuenca 2.

Procesamiento de los datos de precipitaciones máximas para la ciudad de Portoviejo

Comprobación del ajuste de la serie de trabajo a la función teórica de probabilidad Gumbel

Para obtener la precipitación máxima diaria, se usará una la hoja de cálculo.

Para el análisis de distribución mediante Gumbel, se obtiene las variables probabilísticas mediante los parámetros de (α) (u), con las cuales se calculará las Precipitaciones Diarias Máximas Probables para distintas frecuencias. ^{(Aranda, 1984)} (Figura 14).

Fig. 14 Variables. 

Obtención de las curvas de intensidad - frecuencia y duración IFD para la estación M005 y de hietogramas de trabajo

Se ordenan nuestros valores de intensidad de lluvia dándole una secuencia (m) de mayor a menor, obtendrá las probabilidades de ocurrencia y no ocurrencia a través de las fórmulas. Aquí se muestran los pasos más importantes para la creación de las curvas IFD para la estación M005 (Figura 15).

En la primera columna se colocan los períodos de retorno más empleados en estudios hidrológicos máximos. En la segunda columna se evalúa la variable reducida, mientras que en la columna 3 se aplica la precipitación. En la columna 4 se calcula la probabilidad de ocurrencia de esta lluvia con esa recurrencia y por últimos se realiza una corrección a los valores de x_T calculados ^{(Aranda, 1984)}.

Con estos valores se realiza los Cálculos de las Precipitaciones Diarias Máximas Probables que sirven para el ajuste para distintas frecuencias y por ende dibujamos las Curvas IDF que representan nuestras intensidades de lluvia.

Obtención de las curvas de intensidad - frecuencia y duración IFD para la estación M005

Se dividen los valores de lluvia probable anteriores por su duración y se obtienen las intensidades y graficando estos valores se obtienen las curvas IFD.

Fórmula para obtener la intensidad ajustada en mm/hr para nuestra curva de intensidad.

Donde:

Período de retorno (T) y el término constante de regresión (d), para obtener valores de la ecuación, con lo que de la anterior expresión.

se obtiene:

I = intensidad de precipitación(mm/hr).

Obtención de hietogramas de trabajo

Los hietogramas que se emplearan son los correspondientes a aguaceros de una hora de duración y períodos de retorno de 25, 50 y 100 años.

Caracterización y modelación hidrológica

El modelo de la cuenca que es trabajado en QGIS es para mostrar sus componentes físicos, en otras palabras, para mostrar los parámetros morfológicos para la simulación hidrológica. En el programa se desarrolla agregando y conectando los elementos hidrológicos y el cual se utilizan los modelos matemáticos para explicar los procesos físicos de la cuenca. El hidrograma de los caudales pico son producidos con los datos de precipitación y los datos de la cuenca. ^{(Nanía, 2007)}.

Cuenca 1. 

Obteniendo para un periodo de retorno de 25 años, el siguiente caudal 71.6 m³/s.

Obteniendo para un período de retorno de 50 años, el siguiente caudal 80.3 m³/s.

Obteniendo para un período de retorno de 100 años, el siguiente caudal 89.0 m3/s.

Cuenca 2. 

Obteniendo para un período de retorno de 25 años, el siguiente caudal 95.4 m³/s.

Obteniendo para un período de retorno de 50 años, el siguiente caudal 107.1 m³/s.

Obteniendo para un período de retorno de 100 años, el siguiente caudal 118.7 m³/s

Análisis de sensibilidad

En las gráficas de los hidrogramas para los períodos de retorno respectivos presentadas en las figuras cuenca 1 y cuenca 2 se observan un comportamiento similar de los valores de volumen con un, siendo el parámetro más sensible el de caudal, mientras que la simulación con el tiempo de retardo (lag time) afecta en amplitud a los hidrogramas.

CUENCA 1.

Hidrogramas simulados con un análisis de sensibilidad para los distintos períodos de retorno. A) TR: 25 años, B) TR: 50 años y C) TR: 100 años.

A) TR: 25 años.

B) TR: 50 años.

C) TR: 100 años.

CUENCA 2.

Hidrogramas simulados con un análisis de sensibilidad para los distintos períodos de retorno. A) TR: 25 años, B) TR: 50 años y C) TR: 100 años.

A) TR: 25 años.

B) TR: 50 años.

C) TR: 100 años.

Mapa Ilustrativo de Inundación

La siguiente imagen es una presentación de un mapa de inundación del sector de la parroquia Colón facilitado por el Gad Portoviejo donde se visualiza las zonas inundadas por el fenómeno del niño del año de 1998. De esta manera para poder visualizar la zona de estudio se procedió a su georeferencia en donde se ubicaron las subcuencas de análisis.