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Introducción
Una cuenca hidrológica constituye un terreno limitado por los puntos más altos de las montañas, compuesta por una gran diversidad de componentes bióticos y abióticos que interactúan entre sí, en donde se lleva a cabo el drenaje superficial que conecta sus aguas con un cauce principal, sea este un río más grande, un lago o el océano, su extensión puede ser sumamente pequeña, o tan grande como un continente, tal como afirman (Faustino & Jiménez, 2000). Al ser un espacio ocupado por asentamientos humanos, requiere un manejo planificado de los recursos naturales, ya que el evento de precipitación en su máxima intensidad que se desarrolla en dichas cuencas amenaza al sistema social y al ecosistema por las inundaciones que se desarrollan cuando hay desbalances en el nivel hídrico (Charria García, 2015).
La provincia de Manabí es considerada una de las más propensas al impacto del fenomeno de inundación debido a la presencia de corrientes naturales que alteran la magnitud de lluvias que se dan en periodos cortos de tiempo, que desencadenan deslizamientos de tierra, inundaciones, colapso del sistema fluvial de las regiones, destrucción, enfermedades, y un gran impacto natural al verse afectada la agricultura y ganadería de las zonas inundadas, y por supuesto, crisis económica en el ambito social de las comunidades impactadas, como destaca (Giler, Zambrano, & Perlalvo, 2020).
De acuerdo al aumento excesivo de caudal en las inundaciones, dentro de las características morfométricas de la cuenca de estudio se deben localizar las variables de superficie, relieve y red de drenaje que dependen de las condiciones climáticas y características físicas de la cuenca (Gaspari, y otros, 2012).
Por la diversidad de componentes que participan dentro y fuera de las cuencas hídricas, existen varias modificaciones en las cartografías de las cuencas debido a las actualizaciones en la morfología de los cauces, es importante el enfoque en la escala temporal y espacial que delega una estructuración para su estudio (García Martínez, Verónica, Carbone, & Posada Simeón, 2016). Para esto, considerando las condiciones en la que se encuentra la cuenca de la quebrada de Maconta, se deben asociar los parámetros de relieve de red y drenaje, que están condicionados con base en los rasgos biológicos en las masas de agua y la sustentabilidad que representan en el hábitat fluvial (Ballerín Ferrer, 2015). En los procedimientos empleados para la obtención de las características hidromorfológicas de cuencas, es concebible despreciar por su dificultad el cálculo de sedimentos, de acuerdo a la formalidad de los regímenes que analizan los sistemas fluviales (Ballarín & Rodríguez, 2013).
Para la obtención de una modelación con el programa de simulación (HEC-HMS) se requiere información básica, por lo que su programación contiene sofisticadas técnicas para desarrollar un modelo donde la interpretación de los datos ingresados refleja la conducta del flujo del agua (Lopez, 2011). De lo que manifiesta en resultado el comportamiento del cause fluvial, una apropiada gestión de cuencas hidrográficas debe de ser necesario establecer las condiciones de variación climatológicas del agua en el proceso de evaluación que repercuten en la probabilidad en el riesgo de inundación (Bussi, y otros, 2011). La presencia de asentamientos y de zonas agrícolas dentro de la cuenca hidrográfica están expuestas a las alteraciones en consideración al incremento repentino del cauce fluvial, a medida del tiempo ha existido modalidades de intervención entre diferencias de altura.
En una cuenca efímera o simples corrientes efímeras que son las que solo transportan agua cuando llueve, o inmediatamente después de que llueve dependiendo de la delimitación hidrográfica, la captación del cauce fluvial es el escurrimiento superficial que sólo es originado mediante los eventos de precipitación y su disposición final será formar parte del cauce principal, como es el caso de la cuenca de Maconta (Meza Rodríguez, 2006).
Desarrollo
Con la investigación realizada y aplicando modelos hidrológicos se logrará determinar las características hidromorfológicas implicadas en el registro de las estaciones meteorológicas, los caudales que genera la cuenca, así como las condiciones climatológicas del agua, y a la vez alcanzaremos a analizar las inundaciones repentinas con los diferentes periodos de retorno (Sánchez Lozano, Escobar Vargas, Figueroa Ortiz, Beltán Calderón, & Ayala Molina, 2016).
Objetivos
Objetivo General
Realizar el estudio hidromorfológico de la Cuenca efímera Maconta con relación al riesgo de inundaciones repentinas.
Objetivos Específicos
Delimitar la cuenca hidrológica y sus parámetros de forma, relieve y red de drenaje mediante el software QGIS.
Evaluar las características hidromorfológicas y el riesgo en los niveles de inundación de la cuenca efímera de Maconta.
Realizar modelo de simulación hidrológico en HEC-HMS para un periodo de retorno de 100 años.
Método y materiales
Metodología
La metodología utilizada en esta investigación será de tipo cuantitativa, donde se procederá a investigar en fuentes bibliográficas como libros, revistas y artículos científicos, congresos y conferencias con información referente a las características de un estudio hidromorfológico y su relación con la percepción del riesgo de inundación repentina, para con esta información poder realizar un modelo de simulación hidrológica que se obtendrá de una serie de datos numéricos que pertenecen a estaciones meteorológicas, por lo que la estructuración del sistema de estudio metodológico cuantitativo comprende tanta información extraída y datos procesados (Vásquez Hidalgo, 2016).
Materiales
Dentro de los materiales tenemos algunos software y programas como herramientas apropiadas que son fundamentales y de gran ayuda para la investigación, tal como la del Sistema Nacional de Información de Tierras Rurales e Infraestructura Tecnológica (SIGTIERRAS), que es un programa del Ministerio de Agricultura, Ganadería y Pesca (MAGAP), que ofrece acceder a servicios de mapas web (WMS), servicio de funciones web (WFS), que permite obtener e identificar información geográfica y una infraestructura de datos espaciales (Ministerio de Agricultura, Ganadería, Acuacultura y Pesca, 2015).
También se utilizará el software de QGIS, que es un programa para la delimitación de cuencas hidrográficas, que a través del Modelo Digital de Elevación (MDE) por lo que se accede con simplicidad a modelar la representación de la cuenca de forma manual (Rivas & Moreno, 2019). El software que se utlizará para realizar las simulaciones de modelo hidrológico es el Sistema de Modelación Hidrológico del Centro de Ingeniería Hidrológica del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos, que representan en sus siglas en ingles (HEC-HMS), lo cual nos permite ingresar datos numéricos en representación de un conjunto de parámetros que especifiquen las características particulares obtenidos por la estación meteorológica y en su proceso de distribución demuestra caudales mínimos y máximos, que por su amplia variedad se puede generar hasta con periodos de retorno (Acevedo Guevara & Mendoza Huembes, 2015).
Zona de Estudio
La presente investigación se realizará en la cuenca efímera del sector rural de la quebrada Maconta (Ver Ilustración 1) que está situada en la parroquia urbana de Colón a menos de media hora del Cantón Portoviejo; y es aportante del río Portoviejo. Por su ubicación geográfica, las actividades económicas que más sobresalen son la ganadería y la agricultura, pese a que la situación de sacar la producción es complicada debido al estado crítico del camino, Maconta se destaca por las características de fertibilidad de la zona territorial.
Determinación de la cuenca hidrológica
Mediante el software (QGIS 3.4.11 Medeira) Sistema de Información Geográfico, se determinó la cuanca efímera Maconta utilizando las herramientas (GRASS 7.6.1) Y (SAGA GIS 2.3.2) disponibles como Plugin en los complementos. En el proceso que se realizó para su obtención se utilizó un modelo de elevación digital del tereno (SRTM) Shuttle Radar Topography Mission con precisión de 30 metros con acceso libre en la página USGS EROS Archive. (Ver Ilustración 1).
Análisis morfométrico
Parámetros morfométricos generales de una cuenca hidrográfica
Área (A)
El área de una cuenca es aquel espacio de tierra que tiene como límite la curva del perímetro, o línea divisoria de aguas, se le expresa como A (km²), y en el software QGIS mediante la tabla de atributos del polígono podemos obtener el área de las cuencas a estudiar; este es el parámetro más importante para relacionar la escorrentía con la morfología.
Perímetro (P).
Este parámetro define la forma que tiene la cuenca, delimitando el perfil del área de la cuenca con la herramienta calculadora en la tabla de atributos asignando la opción de geometría la cual expresa el valor del perímetro en (km).
Longitud Axial (L).
La longitud Axial determinada como L (km) de la cuenca es la que define la distancia desde el cierre de la cuenca hasta el punto de mayor distancia. Para su obtención se utiliza la herramienta medir disponible en el QGIS.
Ancho de la Cuenca (B).
El ancho de la cuenca está determinada por el área de la cuenca en relación con la longitud axial. Como se lo muestra en el siguente fórmula.
Donde:
Desnivel altitudinal (DA).
Este parámetro se obtiene de la cota más alta de la cuenca y la cota más baja como se muestra en la siguente fórmula.
Donde:
Parámetros morfométricos asociados a la forma de la cuenca
Factor de forma de Horton (Rf)
Este parámetro es que ordena los afluentes desde su formación hasta donde se une con el cauce mayor, dependiendo del número de orden será el volumen del afluente.
Donde:
Tabla 2.
| 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 |
Fuente: Elaborado por CHOW VEN TE (1994)
Coeficiente o índice de compacidad (Kc)
Este factor es también conocido como Coeficiente de Gravelius por sus siglas CG, es aquel que relaciona el ancho la captación y la longitud que tiene la cuenca.
Donde:
Tabla 3.
| 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 |
Fuente: Elaborado por CHOW VEN TE (1994).
Coeficiente de circularidad de Miller (Cc)
Este parámetro esta representado por Cc y se calcula con la siguiente fórmula:
Donde:
0 < Cc < 1
Si Cc tiende a 1: Cuenca ensanchada.
Si C_c tiende a 0: Cuenca alargadas.
Parámetros morfométricos asociados al relieve
Curva Hipsométrica
Este parámetro representa el porcentaje de la superficie de la cuenca en km2 en relación a la cota determinada , este dato lo encontramos reflejado en la tabla de la frecuencia de altitudes. Este resultado ha sido asociado con las edades de los ríos de las cuencas, definiéndose así jovenes, maduros o viejos. En este parámetro encontramos los siguientes factores: La ordenada que representa a la Altura relativa, y a la abscisa representa al área relativa. Junto con la frecuencia relativa como podemos ver en el Gráfico 2.
Fuente: Elaboración propia.
Gráfico 2. Interpretación de la curva Hipsométrica y la Frecuencia de Altitudes.
A: Cuenca con gran potencial erosivo, fase de juventud.
B: Cuenca en equilibrio, fase de madurez.
C: Cuenca sedimentaria, fase de vejez.
Cota máxima de la Cuenca
La cota máxima está representada por Cmaxc (m); este parámetro se obtiene con la herramienta de identificación de objetos espaciales en el Geoportal.
Cota mínima de la Cuenca
Está representada de la siguiente manera: Cmincp (m) también obteniéndose en el Geoportal.
Altitud media de la Cuenca
Este parámetro representa a la elevación promedia del nivel de la estación en donde se afora la cuenca, esta se ve alterada por los microclimas, y los hábitats de la región. Se calcula utilizando la curva hipsométrica anteriormente obtenida.
Pendiente promedio de la Cuenca
Este parámetro se obtiene de la tabla de atributos dentro del mapa de pendientes de la cuenca aplicando la estadística zonal del mpa (dem) de la zona del cauce principal.
Altitud mayor del cauce
Este parámetro lo obtenemos mediante el modelo de evaluación empleando la herramienta de identificación de objetos espaciales. Expresado en (m).
Altitud menor del cauce
Así mismo aplica para obtener la altitud menor del cauce haciendo clic izquierdo en los píxeles donde comienza y donde termina el cauce principal. Expresado en (m).
Tabla 5.
| Parámetros | |||
| Morfométricos asociados al relieve | Símbolo | u/m | Valor |
| Cota máxima | Cmax | m(snm) | 521 |
| Cota mínima | Cmin | m(snm) | 38 |
| Altura media de la cuenca | Am | m(snm) | 185.617 |
| Pendiente Promedio de la cuenca | Smed | % | 15.34 |
| Altitud mayor del cauce | Amac | m(snm) | 443 |
| Altitud menor del cauce | Amic | m(snm) | 43.026 |
Fuente: Elaboración propia.
Parámetros morfométricos asociados a la red de drenaje
De acuerdo con (Gaspari, Rodriguez, Senisterra, & Denegri, 2012) el análisis morfométrico de una cuenca se define como el estudio de un conjunto de variables lineales, de superficie, de relieve y de drenaje con el que se puede conocer las características físicas de una cuenca.
Longitud cauce principal (LCP)
Este parámetro equivale a la distancia que recorre el río desde las aguas abajo hasta el punto que se encuentra a la mayor distancia en aguas arriba.
Longitud total de drenaje (LT)
La longitud total de drenaje nos indica que el total de los tributarios se estima el primer orden hasta el último orden del cierre de toda la longitud del área de la cuenca. Cuando un cauce se une a otro orden mayor el cauce resultante hacia aguas abajo adquiere el mayor de los órdenes.
Densidad de drenaje (D)
Este parámetro lo obtenemos dividiendo la longitud de las corrientes de la cuenta multiplicado con el área total, con la siguiente fórmula.
Donde:
Si
Si
Frecuencia de drenaje (F)
La frecuencia de drenaje representa al número de cauces entre la superficie de la cuenca. Podemos distinguir las cuencas más drenadas cuando la frecuencia de drenaje es baja.
Dónde:
Pendiente del cauce principal (Sc)
La pendiente del cauce principal es el parámetro que influye sobre la velocidad del flujo, nos permite obtener mejores resultados con respecto al comportamiento del recurso hídrico en el tránsito de avenidas.
Donde:
Tiempo de concentración (Tc)
Es el tiempo de recorre la gota de lluvia desde el punto más lejano de la cuenca hasta llegar al punto de cierre. Donde se obtiene de la siguiente fórmula.
Donde:
Tabla 6.
| Parámetros | |||
| Morfométricos asociados a la red de drenaje | Símbolo | u/m | Valor |
| Longitud del cauce principal | Lcp | km | 10.726 |
| Longitud total de drenaje | Lt | km | 150.171 |
| Densidad de drenaje | D | kg/m3 | 5.156 |
| Frecuencia de Drenaje | F | t/mm | 33.614 |
| Pendiente del cauce | Sc | % | 37.290 |
| Tiempo de concentración | Tc | hrs | 1.360 |
Fuente: Elaboración propia.
Modelo hidrológico
Los modelos hidrológicos representan de manera simplificada los sistemas hidrológicos y nos permiten estudiar como funcionan las cuencas, así como actúan ante algunos factores, de esta manera poder entender el proceso hidrológico que cumplen. A la vez, estos modelos hidrológicos nos permiten entender como responden las cuencas ante eventos de lluvias con intensidad variable, así como el caudal, el tiempo de concentración, las curvas IDF, entre otros parámetros que podemos obtener con el Hec-Hms, estos lo obtenemos mediante hietogramas e hidrogramas, que nos permiten verificar los picos que determinan la intensidad y frecuencia de precipitación y también de caudal en la cuenca durante un tiempo determinado (Duque Sarango, Patiño, & López, 2019).
HEC- HMS (Hydrologic Engineering Center- Hydrologic Modeling System)
Basin model
Al momento de crear un nuevo Basin Model se pulsa el componente Basin Model New; entonces, aparcera el formulario de la figura donde se le otorgará el nombre al modelado de la cuenca y su descripción, luego procedemos a seleccionar Ok, y se visualizará la pantalla con la que se puede obtener de manera gráfica los parámetros que se definirán para la modelación de la cuenca (Departament d’Enginyeria Hidráulica Marítima i Ambiental, 2015). Como se aprecia en la siguiente Ilustración 2.
Subbasing
Esto nos explica la forma de como subdividir la cuenca hidrográfica en dos subcuencas superiores y especifique la ruta para los alcances que vinculan las cuencas superiores lo cual representa en precipitación el hietograma superior y representa en caudal el hidrograma inferior (ver Gráfico 2).
Curva IDF
En el siguiente Gráfico 5 demuestra la curva de intensidad duración y frecuenca en los 100 años de periodo de rtorno. Los datos fueron tomados de la estación meteorológica M0005, los cuales fueron proporcionados por el Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología.
Resultados y discusión
Para el análisis morfométrico de la cuenca efímera Maconta se estudió un conjunto de variables lineales como los parámetros morfométricos generales (ver en la Tabla 1) donde se conoce las características físicas de la superficie de la cuenca hidrológica.
Los parámetros morfométricos asociados a la forma de la cuenca se encuentra el Factor de forma de Horton (Rf) es igual a (0.466) en sus valores demuestra ser una cuenca ensanchada (ver Tabla 2 y 4), es un índice que se utiliza para medir la forma de la cuenca. El coeficiente o índice de compacidad (Kc) es de (1.746) obtenidos de la morfométria se define como Oval - oblonga a recatangular - oblonga en su categoría la forma de la cuenca es de clase ll (Ver Tabla 3 y 4). Se ha podido conocer también el coeficiente de circularidad de Miller (Cc) que es de (0.328) y se pudo analizar que la forma de la cuenca es alargada (VerGráficoyTabla 4). Con los parámetros asociados al relieve, se realizó la curva hipsométrica que indica el porcentaje (%) de superficie de a cuenca en (km²) que existe por encima de una cota determinada (Ver Gráfico 2 y 3) se muestra la forma de la curva y la cuenca sedimentaria o fase de vejez que tendría la edad de la cuenca. En el mismo (ver Gráfico 2) se muestra el histograma de frecuencia de altitudes. Los parámetros asociados a la red de drenaje tienen trayectorias que residen entre sí cauces de corrientes naturales de ellas mismas, es decir la cantidad de agua que recibe con rapidez en las condiciones en las que se encuentra la superficie de la cuenca.
En el caso de la cuenca efímera Maconta por sus características analizadas cuando empieza los eventos de precipitación el agua es drenada inmediatamente; por lo tanto, una gota de agua desde el punto más extremo de la cuenca hasta el cierre de la cuenca tiene un tiempo de concentración (Tc) de (1.36 hrs) es tiempo que recorre la gota del extremo al cierre de la cuenca (ver Tabla 6).
Asociando todos los parámetros morfométricos de la cuenca se pudo ingresar valores como el área, tiempo de concentración y de precipitación de la estación meteorológica M0005. El modelo de simulación hidrológica (HEC-HMS) realizado para 100 años de periodo de retorno (ver Ilustración 2) refleja como resultado la precipitación (mm) en el hietograma en la parte superior y en el hidrograma representa el caudal (m3/s) en la parte inferior (ver Gráfico 4). Como resultado final se obtuvo la Curva de Intensidad, Duración y Frecuencia para 100 años de retorno (ver Gráfico 5).
Conclusiones
El objetivo del presente trabajo es realizar el estudio hidromorfológico utilizando un conjunto de variables lineales y analizar el comportamiento hidrológico de la cuenca efímera Maconta. Los resultados obtenidos indican que en la zona de estudio en temporadas lluviosas está expuesta a inundaciones repentinas que afectan a las actividades socioeconómicas en general por las características analizadas de la cuenca; por lo tanto, se recomienda seguir realizando estudios a cuencas que presenten este tipo de complejidad para poder satisfacer las necesidades en pro y desarrollo de las comunidades que estén siendo afectadas por las inundaciones.
