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Dilemas contemporáneos: educación, política y valores

versión On-line ISSN 2007-7890

Dilemas contemp. educ. política valores vol.8 no.spe2 Toluca de Lerdo mar. 2021  Epub 21-Abr-2021

https://doi.org/10.46377/dilemas.v8i.2605 

Artículos

Estudio de características morfológicas de la cuenca “Cañitas” y su relación con el riesgo de inundaciones repentinas

Study of morphological characteristics of the “Cañitas” basin and its relationship with the risk of flash floods

Micheal David Caicedo Toro1 

Eric Cabrera Estupiñán2 

Xiomara Alejandra Zambrano Navarrete3 

Miller Ernesto Rodríguez Bravo4 

Pedro Elías Intriago Zambrano5 

1Magíster en Ciencias Ambientales Mención Tecnologías y Gestión. Docente de la Carrera de Ingeniería Hidráulica, Pontificia Universidad Católica del Ecuador, Sede Manabí. PUCEM-Ecuador. E-mail: mcaicedo@pucesm.edu.ec

2Doctor en Ciencias Técnicas. Docente Titular Universidad Eloy Alfaro de Manabí, ULEAM-Ecuador. E-mail: ecabrerae@gmail.com.

3Ingeniera Hidráulica. Maestrante de Pontificia Universidad Católica del Ecuador, Sede Manabí. PUCEM-Ecuador. E-mail: xzambrano8453@pucesm.edu.ec

4Ingeniero Hidráulico. Maestrante de la Pontificia Universidad Católica del Ecuador, Sede Manabí. PUCEM-Ecuador. E-mail: mrodriguez1134@pucesm.edu.ec

5Ingeniero Hidráulico. Maestrante de la Pontificia Universidad Católica del Ecuador, Sede Manabí. PUCEM-Ecuador. E-mail: pintriago5522@pucesm.edu.ec


Resumen:

La cuenca Cañita de la parroquia Charapotó abastece el complejo hidráulico de la zona, con el problema de inundaciones repentinas. El análisis de las características morfométricas de una cuenca hidrográfica basándose en parámetros de forma, relieve y red de drenaje, es importante para la modelación hidrológica para predecir la forma en que la lluvia se comporta en su movimiento a través de la escorrentía del sitio, determinar un modelo hidrológico que permita identificar la razón de las inundaciones, además de zonas en las que se pueda mediante obras hidráulicas controlar estas inundaciones. Como objetivo general fue caracterizar morfométrica mente la cuenca para relacionarla con las inundaciones repentinas.

Palabras claves: Morfométricas; inundaciones; relieve; drenaje; Modelo digital del terreno

Abstract:

The Cañita basin of the Charapoto parish supplies the hydraulic complex in the area, with the problem of flash floods. The analysis of the morphometric characteristics of a hydrographic basin based on parameters of shape, relief, and drainage network, is important for hydrological modeling to predict the way in which the rain behaves in its movement through the runoff of the site, determine a hydrological model that allows identifying the reason for the floods, as well as areas in which hydraulic works can control these floods. The general objective was to characterize the basin morphometrically to relate it to flash floods.

Key words: morphometric; floods; relief; drainage; digital terrain model

Introducción

El conjunto de redes de drenaje son producto de la escorrentía superficial y se distribuye en cauces, que cambia continuamente, por el movimiento del agua que se concentra en el tiempo hacia colectores proporcionales a la escorrentía producida. Este proceso no es estable en su intensidad, depende de muchos factores (Senciales, 1998) . La cuenca es parecida a un colector en el cual llueve y se transforma en escurrimiento. Depende de las condiciones del clima y condiciones físicas de la cuenca (Gaspari et al., 2013) .

Con el cálculo de índices morfométricos se puede detectar con anticipación características que hacen propensa a una cuenca a una intensa escorrentía en un corto periodo de tiempo, la aplicación de parámetros como la razón de elongación y el índice de forma cobran singular importancia para determinar si una cuenca es propensa a inundaciones repetidas (Martínez Fernández, 1986) .

El Fenómeno el Niño de 1982 y 1997 anuló las vías de comunicación de la costa, muchas de ellas surcan la cuenca taparon el drenaje natural, actuando como pequeñas presas de contención y dando lugar a socavaciones de magnitud (Aguilar & Naranjo, 2018) .

Se inundó Chone y Bahía de Caráquez, sus campos sembrados se echaron a perder. En el fenómeno del Niño 1997 al 1998 esto se agravó, debido a las crecientes del río Chone (sextuplicó el caudal de 100 años), un peligro para Portoviejo que está en el cauce, y para la población. Hubo deslaves y asentamientos de gravedad, caracterizándose por largos veranos e inviernos devastadores (Corporación Andina de Fomento, 2000).

Los diversos climas que afectan a Manabí influyen notablemente en las precipitaciones, pueden existir en determinados años lluvias muy intensas, así como en otros largos periodos de sequía, se hace necesario tener conocimiento de los efectos que se derivan de las inundaciones (Cevallos et al., 2020) .

En la provincia de Manabí existe un manejo inadecuado de las inundaciones, no se toman medidas preventivas, y muy tarde las correctivas no solucionan las pérdidas para la población y el medio ambiente, una de las causas principales son los poblados asentados en las zonas bajas, los ríos al desbordarse en época invernal los inundan, con un manejo adecuado para evitarlos es mediante el manejo integral de la cuenca, ríos, y riberas (Giler et al., 2020) .

La erosión con su producción y transporte de sedimentos son acelerados en la región manabita ya que influyen en el peligro de inundaciones y en el cambio morfológico de la cuenca (Giler, 2018) .

Mediante la modelación en HEC-HMS de hidrogramas de crecida, se podrá predecir el comportamiento de la cuenca ante eventos de precipitaciones de gran magnitud (López et al., 2012) .

Desarrollo

La cuenca de estudio es la ubicada en sitio Cañitas de la parroquia Charapoto, con un área de 17,48 km2. Los parámetros morfométricos son importantes para determinar el comportamiento del ciclo hidrológico. La cuenca es un área drenada por un rio principal, sus afluentes son delimitados por el divisor de aguas que influye para que el caudal que entra sea descargado.

Mapa 1. Cañitas-Manabí. 

Los parámetros generales obtenidos mediante el Qgis

Los índices asociados a la forma de la cuenca son:

Coeficiente o índice de compacidad (Kc). Es el índice de Gravelius, cociente entre el perímetro de la cuenca y el perímetro de un círculo de área A (Chow et al., 1994) .

Kc=P2πA=0.28PA

A=

área de la cuenca en km2

P=

Perímetro en km.

De acuerdo a la Tabla 1, corresponde a clase II oval redonda.

Tabla 1. Índice de compacidad. 

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

Factor de forma de Horton (Rf). El más usado para medir la forma de la cuenca.

Rf=ALa2

A=

Área de la cuenca en (km2)

L=

Longitud axial de la cuenca en (km)

Tabla 2. Factor de forma Horton. 

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

0<Rf<π

Coeficiente de circularidad de Miller (Cc). Se expresa mediante la siguiente ecuación:

Cc=4πAP2

A=

área de la cuenca en km2

P=

Perímetro en km.

0<Cc<1

Si Cc tiende a 1: Cuenca ensanchada.

Si Cc tiende a 0: Cuenca alargadas

Figura 1. Coeficiente de circularidad de Miller. 

Curva Hipsométrica. Es el cambio de forma con la edad del rio de acuerdo a la edad del rio. Indica el % de superficie de la cuenca en km2 que existe por encima de una cota determinada.

Figura 2. Curva hipsométrica adimensional. 

A. Cuenca con gran potencial erosivo, fase de juventud.

B. Cuenca en equilibrio, fase de madurez.

C. Cuenca sedimentaria, fase de vejez.

Tiempo de concentración:

Tc=0.0195*L3H0.385

Resultados

Utilizando el Qgis se obtuvieron los siguientes datos:

Tabla 3. Parámetros Morfométricos Generales. 

PARÁMETROS MORFOMÉTRICOS GENERALES
PARÁMETRO SÍMBOLO VALOR
Área (Km²) A 17.49
Perímetro P 19.05
Longitud máxima (Km) LM 6.65
Longitud cauce principal (Km) LCP 8.143
Ancho de la cuenca B 3.660
Desnivel Altitudinal (m) DA 320.00

Tabla 4. Parámetros Morfométricos forma de la cuenca. 

PARÁMETROS MORFOMÉTRICOS ASOCIADOS A LA FORMA DE LA CUENCA
PARÁMETRO SÍMBOLO VALOR
Factor de forma Rf 0.395
Coeficiente de compacidad Kc 1.285
Coeficiente de circularidad LM 0.606

Tabla 5. Parámetros Morfométricos relieve. 

PARÁMETROS MORFOMÉTRICOS ASOCIADOS A LA FORMA DEL RELIEVE
PARÁMETRO SÍMBOLO VALOR
Cota máxima (msnm) Cmáx 345.06
Cota mínima (msnm) Cmín 25.06
Altura media de la cuenca (m) Am 185.06
Pendiente promedio de la cuenca Smed 0.0481
Altitud mayor del cauce (m) Acsup 273.68
Altitud menor del cauce (m) Acinf 5.16

Tabla 6. Parámetros Morfométricos red de drenaje. 

PARÁMETROS MORFOMÉTRICOS ASOCIADOS A LA RED DE DRENAJE
PARÁMETRO SÍMBOLO VALOR
Longitud total de drenaje (msnm) Lt (km) 20.878
Densidad del drenaje Dd (km/km2) 1.19
Pendiente del cauce Sc 0.03298
Tiempo de concentración (hrs) Tc 69.58

De los resultados obtenidos se tiene que de acuerdo a la Tabla 1, corresponde a clase II oval redonda, y tiende a ser cuenca ensanchada.

Tabla 7. Curva Hipsométrica de la Cuenca Cañitas obtenida a partir de Qgis. 

Área (m2) Altitud(m) Área parcial A_sobre_H %Área_parc
4'137'400.00 25.06 4'137'400.00 13'343'200.00 23.67
5'180'800.00 45.06 1'043'400.00 12'299'800.00 5.97
6'268'700.00 65.06 1'087'900.00 11'211'900.00 6.22
7'398'500.00 85.06 1'129'800.00 10'082'100.00 6.46
8'477'600.00 105.06 1'079'100.00 9'003'000.00 6.17
9'652'900.00 125.06 1'175'300.00 7'827'700.00 6.72
10'976'000.00 145.06 1'323'100.00 6'504'600.00 7.57
12'256'500.00 165.06 1'280'500.00 5'224'100.00 7.33
13'326'100.00 185.06 1'069'600.00 4'154'500.00 6.12
14'327'400.00 205.06 1'001'300.00 3'153'200.00 5.73
15'216'400.00 225.06 889'000.00 2'264'200.00 5.09
15'878'300.00 245.06 661'900.00 1'602'300.00 3.79
16'467'100.00 265.06 588'800.00 1'013'500.00 3.37
16'910'600.00 285.06 443'500.00 570'000.00 2.54
17'269'700.00 305.06 359'100.00 210'900.00 2.05
17'410'500.00 325.06 140'800.00 70'100.00 0.81
17'480'600.00 345.06 70'100.00 0.00 0.40
17'480'600.00

Frecuencia de altitudes

Representa el grado de incidencia de las áreas comprendidas entre curvas de nivel con respecto al total del área de la Cuenca.

De acuerdo al Gráfico 1. La cuenca de Cañitas está en fase de vejez con arrastre de sedimentos.

Gráfico 1. Curva Hipsométrica y Frecuencia de Altitudes. 

Mediante el software HEC-HMS los resultados obtenidos fueron los siguientes:

Para el número de curva se utilizó el Qgis, con las capas de vegetación y suelo de la cuenca, y conjuntamente con una hoja de Excel se ponderó valores para obtener el CN (número de curva) = 76.76.

Tabla 8. Cálculo de curva CN con promedio ponderado. 

Suelo grupo PROMSA área(km²) CN CN*área
Franco Arcilloso C Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.033 74 2.442
Franco Arcilloso C Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.037 74 2.738
Arcilloso D Bosque natural 0.037 83 3.071
Franco Arcilloso C Bosque natural 0.240 77 18.480
Franco Arcilloso C Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.006 74 0.444
Arcilloso D Bosque natural 0.017 83 1.411
Arcilloso D Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.023 80 1.840
Arcilloso D Bosque natural 0.034 83 2.822
Arcilloso D Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.001 80 0.080
Arcilloso D Bosque natural 0.237 83 19.671
Arcilloso D Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.176 80 14.080
Franco C Bosque natural 0.207 77 15.939
Franco C Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.221 74 16.354
Arcilloso D Bosque natural 0.124 83 10.292
Arcilloso D Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.066 80 5.280
Franco Arcilloso C Bosque natural 0.035 77 2.695
Franco Arcilloso C Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.580 74 42.920
Franco C Bosque natural 0.031 77 2.387
Franco C Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.279 74 20.646
Franco Arcilloso C Bosque natural 0.892 77 68.684
Franco Arcilloso C Cultivos de ciclo corto 0.073 78 5.694
Franco Arcilloso C Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.306 74 22.644
Franco Arcilloso C Bosque natural 0.292 77 22.484
Franco Arcilloso C Cultivos de ciclo corto 1.276 78 99.528
Franco Arcilloso C Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.002 74 0.148
Franco Arcilloso C Bosque natural 0.207 77 15.939
Franco Arcilloso C Cultivos de ciclo corto 0.256 78 19.968
Franco Arcilloso C Bosque natural 0.000 77 0.000
Franco Arcilloso C Cultivos de ciclo corto 0.265 78 20.670
Franco Arcilloso C Cultivos de ciclo corto 0.040 78 3.120
Franco Limoso B Cultivos de ciclo corto 2.021 71 143.491
Franco Arcilloso C Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.000 74 0.000
Arcilloso D Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.071 80 5.680
Arcilloso D Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.013 80 1.040
Franco Arcilloso C Bosque natural 0.027 77 2.079
Franco Arcilloso C Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.854 74 63.196
Franco Arcilloso C Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.019 74 1.406
Arcilloso D Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.225 80 18.000
Arcilloso D Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.104 80 8.320
Franco Arcilloso C Bosque natural 0.841 77 64.757
Franco Arcilloso C Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.270 74 19.980
Arcilloso D Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.014 80 1.120
Arcilloso D Bosque natural 0.208 83 17.264
Arcilloso D Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.407 80 32.560
Arcilloso D Bosque natural 0.125 83 10.375
Arcilloso D Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.211 80 16.880
Franco Arcilloso C Bosque natural 0.340 77 26.180
Franco Arcilloso C Bosque natural 0.057 77 4.389
Franco C Bosque natural 0.007 77 0.539
Franco C Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.033 74 2.442
Franco C Bosque natural 0.243 77 18.711
Franco C Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.422 74 31.228
Arcilloso D Bosque natural 0.258 83 21.414
Arcilloso D Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.251 80 20.080
Franco C Bosque natural 0.149 77 11.473
Franco C Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.780 74 57.720
Arcilloso D Bosque natural 0.996 83 82.668
Arcilloso D Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 1.082 80 86.560
Arcilloso D Bosque natural 0.064 83 5.312
Arcilloso D Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.048 80 3.840
Franco Arcilloso C Bosque natural 0.197 77 15.169
Franco Arcilloso C Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.041 74 3.034
Franco C Bosque natural 0.073 77 5.621
Franco C Cultivos de ciclo corto 0.055 78 4.290
Franco C Cultivos de ciclo corto - Pastos plantados 0.998 74 73.852
17.497 1'343.141
CN= 76.76

El lagtime es 0.6*Tc= 41.75 min.

La tabla siguiente muestra el hietograma por bloques alternos con un periodo de retorno de 100 años que corresponde a vías de alto tráfico.

Hietograma de precipitación T=100 años.

Tabla 9. Cálculo de hietograma de precipitaciones para periodo T= 100 años. 

I=k*Tatb k= 1.0906
a= 1.4225
b= 0.6162







Duración min Intensidad mm/h Acumulada mm Parcial mm Tiempo min Precipitación mm
60 61.22 61.22 61.22 0 60 3.45
120 39.94 79.89 18.66 60 120 3.65
180 31.11 93.34 13.45 120 180 3.89
240 26.06 104.24 10.90 180 240 4.18
300 22.71 113.56 9.32 240 300 4.52
360 20.30 121.79 8.23 300 360 4.96
420 18.46 129.21 7.42 360 420 5.52
480 17.00 136.01 6.80 420 480 6.29
540 15.81 142.30 6.29 480 540 7.42
600 14.82 148.17 5.87 540 600 9.32
660 13.97 153.69 5.52 600 660 13.45
720 13.24 158.91 5.22 660 720 61.22
780 12.61 163.87 4.96 720 780 18.66
840 12.04 168.59 4.73 780 840 10.90
900 11.54 173.12 4.52 840 900 8.23
960 11.09 177.46 4.34 900 960 6.80
1020 10.68 181.64 4.18 960 1020 5.87
1080 10.31 185.67 4.03 1020 1080 5.22
1140 9.98 189.56 3.89 1080 1140 4.73
1200 9.67 193.33 3.77 1140 1200 4.34
1260 9.38 196.98 3.65 1200 1260 4.03
1320 9.12 200.53 3.55 1260 1320 3.77
1380 8.87 203.98 3.45 1320 1380 3.55
1440 8.64 207.34 3.36 1380 1440 3.36

Gráfico 2. Hietograma T=100 año cada hora. 

Mediante el HEC-HMS se obtuvo:

Que el caudal pico es de 191,2 m3/s y el volumen en mm es de 134.94.

Gráfico 3. Hidrograma de crecidas mediante HEC-HMS. 

Gráfico 4. Infiltración en el suelo mediante HEC-HMS. 

Gráfico 5. Exceso de precipitación mediante HEC-HMS. 

Conclusiones

La cuenca Cañitas de acuerdo a los resultados obtenidos, tiene forma ensanchada lo cual explica las inundaciones repentinas ante eventos de precipitaciones fuertes.

La forma ensanchada da lugar a picos de caudales pronunciados en intervalos de tiempo cortos.

La curva hipsométrica indica que la cuenca está en la fase de vejez, hay fuerte arrastre de sedimentos (lodo).

De acuerdo a la frecuencia de altitudes, el mayor porcentaje está en los 25 m con un 23.67% evidencia que corrobora las inundaciones repentinas, con un déficit de pendiente que favorezca un rápido drenaje.

El análisis morfométrico de cuencas es importante para determinar el comportamiento hidrológico de esta.

El HEC-HMS ayudo a visualizar mediante el hidrograma de crecidas que la cuenca Cañitas reporta inundaciones repentinas durante los fuertes inviernos.

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Recibido: 02 de Febrero de 2021; Aprobado: 14 de Febrero de 2021

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