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ESTIMACIÓN DE VOLUMEN DE AGUA SUPERFICIAL EN LAS CUENCAS DE LOS RIOS TOTARÉ, COELLO Y TOTARE-COELLO EN EL MUNICIPIO DE
IBAGUE, DEPARTAMENTO DE TOLIMA APLICANDO EL MODELO HIDROLÓGICO DISAPRO I
ING. FORESTAL. MARIA ELIZABETH PEREZ CORDERO
ING. AGRÍCOLA. PABLO LEONARDO QUISPE RAMOS
ESPECIALIZACIÓN EN SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE INGENIERÍA CENTRO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO EN INFORMACIÓN
GEOGRÁFICA – CIAF BOGOTÁ DC.
2017
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ESTIMACIÓN DE VOLUMEN DE AGUA SUPERFICIAL EN LAS CUENCAS DE
LOS RIOS TOTARÉ, COELLO Y TOTARE-COELLO EN EL MUNICIPIO DE
IBAGUE, DEPARTAMENTO DE TOLIMA APLICANDO EL MODELO HIDROLÓGICO DISAPRO I
ING. FORESTAL. MARIA ELIZABETH PEREZ CORDERO
ING. AGRÍCOLA. PABLO LEONARDO QUISPE RAMOS
Trabajo de grado para optar al título de:
Especialista en Sistemas de Información Geográfica
DIRECTOR: ING. LEONOR AYDE RODRIGUEZ ROJAS ASESOR: ING. CARLOS ENRIQUE CASTRO MENDEZ
ESPECIALIZACIÓN EN SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE INGENIERÍA CENTRO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO EN INFORMACIÓN
GEOGRÁFICA – CIAF BOGOTÁ DC.
2017
7
NOTA DE ACEPTACIÓN
_________________________________
________________________________
Ing. Leonor Ayde Rodríguez - DIRECTOR
_______________________________
Ing. Carlos Enrique Castro - ASESOR
_______________________________
Ing. Ana Julia Sarria - JURADO
_______________________________
Ing. Hugo Ladino - JURADO
Bogotá DC, 10 de Noviembre de 2017.
8
AGRADECIMIENTOS
Nuestros más sinceros agradecimientos al Centro de Investigación y Desarrollo en Información Geográfica (CIAF) por la formación académica y personal recibida.
Queremos dar un agradecimiento especial a la Ing. Leonor Ayde Rodríguez por la dirección de nuestro trabajo y al Ing. Carlos Enrique Castro por su asesoría. Y a los profesores Ing. Samuel Mesa, Ing. Cristina Acosta, Ing. Jonás León, Ing. Osman Roa y al Ing. Cayo Ramos por los valiosos comentarios al manuscrito y a las instrucciones impartida en los temas de modelación y percepción remota.
También agradecer a todos los estudiantes de la especialización en sistemas de información geográfica del año 2017 por su apoyo académico, su compañerismo y por su amistad.
Finalmente dar un agradecimiento especial a la Universidad Nacional Agraria La Molina-Perú, al ICITEX y al CIAF.
9
DEDICATORIA
Primero agradecer a Dios por cuidarme e iluminarme en todo momento, para la culminación de mis estudios.
A mis padres y hermanos por su gran apoyo moral.
A la Universidad Nacional Agraria La Molina mi alma mater por su apoyo total.
Y agradecer ínfimamente al País de Colombia por hacer sentir como parte de ella.
Pablo Leonardo Quispe Ramos
Agradezco a mis padres, a mi hijo y a todos los amigos que me apoyaron en la finalización de esta nueva etapa.
María Elizabeth Pérez Cordero
10
TABLA DE CONTENIDO
RESUMEN .......................................................................................................................... 15
INTRODUCCIÓN.................................................................................................................. 16
1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................................ 17
2 JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................ 17
3 OBJETIVOS .................................................................................................................. 18
3.1 OBJETIVO PRINCIPAL............................................................................................ 18
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ....................................................................................... 18
4 MARCO CONCEPTUAL ................................................................................................. 18
4.1 PARÁMETROS MORFOMÉTRICOS DE UNA CUENCA................................................ 18
4.2 CICLO HIDROLÓGICO DE UNA CUENCA.................................................................. 19
4.2.1 Precipitación ................................................................................................ 19
4.2.2 Evapotranspiración....................................................................................... 20
4.2.3 Escorrentía................................................................................................... 20
4.3 MATERIALES EMPLEADOS .................................................................................... 22
4.3.1 Información meteorológica ........................................................................... 22
4.3.2 Información Cartográfica .............................................................................. 24
4.3.3 Programas de cómputo................................................................................. 24
5 AREA DE ESTUDIO ....................................................................................................... 25
5.1 UBICACIÓN GEOGRÁFICA ..................................................................................... 25
5.2 UBICACIÓN POLÍTICA ........................................................................................... 25
5.3 UBICACIÓN HIDROGRÁFICA .................................................................................. 25
6 METODOLOGÍA ........................................................................................................... 27
6.1 DELIMITACIÓN DE CUENCA Y PARÁMETROS MORFOMÉTRICOS.............................. 27
11
6.1.1 Modelo de Elevación Digital (DEM)................................................................ 28
6.1.2 Aplicación de la herramienta Hydrology......................................................... 28
6.2 CARACTERIZACIÓN DEL CLIMA.............................................................................. 29
6.2.1 Información meteorológica ........................................................................... 30
6.2.2 Análisis del periodo de estudio...................................................................... 30
6.3 COEFICIENTE ESCORRENTIA (CE) ........................................................................... 32
6.3.1 Imagen satelital Landsat 4-5TM y 8 OLI/TIRS C1 Level 1 .................................. 32
6.3.2 Combinación de bandas................................................................................ 33
6.3.3 Coeficiente de escorrentía (CE) ..................................................................... 34
6.4 ESTIMACION DE VOLUMEN DE AGUA ................................................................... 34
7 RESULTADOS .............................................................................................................. 34
7.1 DELIMITACION DE CUENCA .................................................................................. 34
7.2 PARÁMETROS MORFOMÉTRICOS ......................................................................... 36
7.3 CARACTERIZACIÓN DEL CLIMA.............................................................................. 37
7.3.1 Análisis de la Precipitación total mensual....................................................... 37
7.3.2 Análisis de la Temperatura ............................................................................ 44
7.3.3 Análisis de la Evapotranspiración................................................................... 47
7.4 CALCULO DEL INDICE DE VEGETACIÓN .................................................................. 50
7.4.1 Generación de la pendiente .......................................................................... 50
7.4.2 Cálculo del Índice de Vegetación Normalizada................................................ 51
7.4.3 Coeficiente de escorrentía (CE) ..................................................................... 54
7.4.4 Generación de volúmenes de agua ................................................................ 54
8 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS ..................................................................................... 56
8.1 PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS ..................................................................... 56
12
8.2 CARACTERIZACIÓN DEL CLIMA.............................................................................. 56
8.3 COEFICIENTES DE ESCORRENTIA ........................................................................... 61
8.4 VOLUMEN DE AGUA SUPERFICIAL......................................................................... 61
9 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................................ 64
9.1 CONCLUSIONES ................................................................................................... 64
9.2 RECOMENDACIONES............................................................................................ 65
10 BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................... 65
11 ANEXOS .................................................................................................................. 65
LISTA DE TABLAS Tabla N° 1 Red de estaciones meteorológicas ............................................................. 23 Tabla N° 2 Bandas de la imagen de satélite Landsat 5 y 8 ............................................. 33 Tabla N° 3 Parámetros morfométricos de las cuencas .................................................. 36 Tabla N° 4 Resultados del correl./vector por estaciones .............................................. 39 Tabla N° 5 Red de estaciones con series completadas en mm/año para el periodo 1981-
2015 .......................................................................................................... 41 Tabla N° 6 Red de estaciones con series completadas en mm para el periodo 1981-2015
42 Tabla N° 7 Registros completados de temperatura en °C para el periodo 1981-2015..... 45 Tabla N° 8 Registros generados de Evapotranspiración mm/año para el periodo 1981-
2015 .......................................................................................................... 48 Tabla N° 9 Rango de pendientes del terreno................................................................ 51 Tabla N° 10 Rango de Índices de vegetación ................................................................. 52 Tabla N° 11 Rango de coeficientes de escorrentía.......................................................... 54 Tabla N° 12 Clasificación de sus Parámetros morfométricos .......................................... 56 Tabla N° 13 Clasificación de los coeficientes de escorrentía .......................................... 61 Tabla N° 14 Resultados de Volúmenes de agua superficial ............................................. 62
LISTA DE FIGURAS Figura N° 1 Metodología del Disapro I .......................................................................... 22 Figura N° 2 Obtención del Modelo de Elevación Digital (DEM) ...................................... 28 Figura N° 3 Mapa de estaciones meteorológicas - IDEAM.............................................. 30 Figura N° 4 Obtención de la Imagen Satelital Landsat 5 y 8 ........................................... 33 Figura N° 5 Procesos para la delimitación de las cuencas hidrográficas ......................... 35 Figura N° 6 Modelo Builder para delimitación de cuencas hidrográficas ........................ 35 Figura N° 7 Modelo Builder para cálculo de parámetros morfométricos ........................ 36 Figura N° 8 Análisis visual de las precipitaciones anuales .............................................. 37 Figura N° 9 Análisis de doble masa de las estaciones .................................................... 38
13
Figura N° 10 Análisis de los índices anuales del vector .................................................... 38 Figura N° 11 Análisis exploratorio de datos clúster ......................................................... 40 Figura N° 12 Diagrama de flujo de cajas.......................................................................... 40 Figura N° 13 Modelo Builder para generación de Isoyetas mm/año ................................ 43 Figura N° 14 Resultado de Isoyetas en mm/año ............................................................. 44 Figura N° 15 Modelo Builder para la generación de Isotermas en °C/año ........................ 46 Figura N° 16 Resultado de Isotermas en °C/año .............................................................. 47 Figura N° 17 Modelo Builder para la Evapotranspiración ................................................ 49 Figura N° 18 Resultados de Evapotranspiración en mm/año ........................................... 50 Figura N° 19 Modelo Builder para la generación de pendientes ...................................... 50 Figura N° 20 Reclasificación de las pendientes del terreno .............................................. 51 Figura N° 21 Modelo Builder para la Reclasificación de los NDVI ..................................... 52 Figura N° 22 Reclasificación de los índices de vegetación ............................................... 53 Figura N° 23 Volumen de escorrentía mm/año ............................................................... 55 Figura N° 24 Relación entre la altitud vs la Precipitación total anual ............................... 57 Figura N° 25 Relación entre la altitud vs la Precipitación total anual ............................... 58 Figura N° 26 Relación entre la altitud vs la temperatura media anual ............................. 59 Figura N° 27 Relación entre la altitud vs la Temperatura media anual °C ........................ 59 Figura N° 28 Relación entre la altitud vs Evapotranspiración anual ................................. 60 Figura N° 29 Relación entre la altitud vs Evapotranspiración anual ................................. 60 Figura N° 30 Relación entre Área vs Caudal Promedio..................................................... 63 Figura N° 31 Índice Estandarizado de Caudales ............................................................... 63
LISTA DE DIAGRAMAS
Diagrama N° 1 Proceso para delimitación de cuencas y parámetros morfométricos Diagrama N° 2 Proceso para la caracterización del clima Diagrama N° 3 Cálculo del coeficiente de escorrentía Diagrama N° 4 Proceso para la estimación de volumen de agua
LISTA DE MAPAS
Mapa N° 1 Mapa de Estaciones Meteorológicas seleccionadas Mapa N° 2 Mapa de Ubicación Geográfica y Política Mapa N° 3 Mapa de Ubicación Hidrográfica
LISTA DE ANEXOS
Anexo N° 1 Generación de los parámetros morfométricos Anexo N° 2 Caracterización del clima. Anexo N° 3 Determinación del Coeficiente de Escorrentía (CE) Anexo N° 4 Estimación del volumen de agua superficial
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RESUMEN
El agua representa un recurso vital para el desarrollo de las poblaciones y de las diferentes actividades económicas que se presentan en las cuencas, por lo que es
importante conocer su disponibilidad hídrica, para proponer un manejo y uso eficiente y de esta manera evitar conflictos futuros por el recurso hídrico. En este contexto, el
presente trabajo está orientado a la estimación de volumen de agua superficial en las cuencas de los ríos Totaré, Coello y Totaré-Coello en el municipio de Ibagué,
departamento de Tolima aplicando el modelo hidrológico Disapro I. 1
Para conocer la disponibilidad hídrica se aplicó el modelo hidrológico determinístico Disapro I, basado en respuestas hidrológicas homogéneas, en la cual se procura
reproducir matemáticamente el fenómeno de transformación de precipitación en escorrentía, donde algunas de las variables de entrada y salida son determinadas por
relaciones paramétricas en forma distribuida a nivel de píxeles, en formato raster. 2.
Conociendo las variables de entrada (precipitación) y teniendo en consideración la definición se volumen de agua, se ha determinado un coeficiente de escurrimiento
distribuido para cada condición de vegetación, para ello se ha utilizado Imágenes de Satélite Landsat 5 y 8 para los diferentes periodos de la serie hidrológica 1981-2015.
Finalmente este trabajo pretende mejorar la planificación y la gestión de los recursos hídricos en las cuencas en estudio, a la vez proporcionar los elementos de juicio
hidrológicos necesarios, para la toma de decisiones y el mejor aprovechamiento de los recursos hídricos superficiales, y de igual manera permitirá a los diferentes usuarios
relacionados al uso de agua, también servirá como una herramienta básica de generación y optimización de los recursos hídricos, en general a toda institución u organismo relacionado con las actividades dependientes intrínsecamente con el uso de
los recurso hídricos a nivel de la cuenca hidrográfica.
1Ministerio de Agricultura, Autoridad Nacional del Agua. Evaluación de los Recursos Hídricos Superficiales, 2010. 2C. Ramos, A. Mejía, P. Guerrero, E. Fonseca, Modelo Hidrológico Distribuido de Generación de Caudales en cuencas con escasa información en los andes peruanos (disponibilidad de agua para profodua v1).
15
INTRODUCCIÓN
3.Desde la Década de los noventa a nivel mundial se ha planteado que la mejor forma de
realizar la planificación, ordenamiento y gestión del recurso hídrico es la cuenca hidrográfica, posición ratificada en diferentes conferencias de carácter ambiental,
donde la necesidad de realizar la conformación de instancias institucionales que tengan como área de acción la cuenca.
Estos planteamientos internacionales fueron incorporados en la normatividad ambiental del país de Colombia, y según el Decreto 1640 del 2012 “por medio del cual
se reglamentan los instrumentos para la planificación, ordenación y manejo de las cuencas hidrográficas y acuíferos, y luego se dictan otras disposiciones como es el “Plan
Nacional de Desarrollo 2010-2014, y la Política Nacional para la Gestión Integral del Recurso Hídrico”.
En esta normatividad se indica que la cuenca debe ser el espacio y el instrumento más adecuado para realizar la ordenación y el manejo integral de los territorios y sus
recursos, pues en ella se presenta una interconexión e interdependencia de los elementos bióticos, abióticos y la sociedad. El agua es considerada un recurso estratégico para el desarrollo del país desde la Política Nacional del Recurso Hídrico, por
lo tanto su uso debe hacerse de forma racional, y eficiente.
La Política Nacional del Recurso Hídrico establece como objetivo general es: “Garantizar
la sostenibilidad del recurso hídrico, mediante una gestión y un uso eficiente y eficaz, articulados al ordenamiento y uso del territorio y a la conservación de los ecosistemas
que regulan la oferta hídrica, considerando el agua como factor de desarrollo económico y de bienestar social.
Por lo tanto ante el desabastecimiento de agua en las cuencas de los ríos Totaré, Coello y Totaré-Coello del departamento de Tolima, y la pérdida de regulación que afecta los
usos y la incapacidad que hay en estas cuencas de conocer la magnitud de esa disminución, pues las actuales estaciones que miden los caudales son insuficientes ya
que presentan datos incompletos, por eso se propone este modelo hidrológico que es rápido y permite aproximarse a una oferta bruta de volúmenes de agua.
Para ello, es necesario determinar las variables que forman parte del ciclo hidrológico,
como son precipitación, temperatura y evapotranspiración, con base en la información de las estaciones meteorológicas relevantes y de las características propias de las
cuencas como el suelo o el tipo de coberturas vegetales presentes.
3http://www.cortolima.gov.co/sites/default/files/images/stories/boletines/Abr2013/Documento_Analisis_Cuenca_Coello.pdf
16
Para conseguir dichos resultados se hará el uso de los Sistemas de Información Geográfica y la metodología propuesta por el modelo hidrológico Disapro I, la cual nos
servirá como herramienta de generación de alternativas en relación al uso racional y equitativo del recurso hídrico y como base para la planificación y gestión en el control del uso del agua.
1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
4.El agua es un componente importante del ciclo hidrológico que junto con las demás
condiciones de orden físico presentes en la tierra ha determinado la aparición de la vida;
es decir, si no existe agua, no hay vida.
En estos últimos años el desarrollo industrial, agrícola, pecuario y el surgimiento de
grandes poblaciones, alertaron sobre la necesidad de aprovechar de manera eficiente el recurso hídrico. El incremento del uso del agua obliga a tener un conocimiento más
profundo del comportamiento hidrológico de las cuencas hidrográficas, para así poderla aprovechar de manera integral en los diferentes usos.
Los ríos de Totaré, Coello y Totaré-Coello son de vital importancia para el desarrollo del departamento del Tolima, debido a que dentro de su cuenca se encuentran localizadas las fuentes abastecedoras de los cascos urbanos de los municipios de Cajamarca, Ibagué,
El Espinal, Flandes, entre otros centros poblados de menor densidad poblacional. Igualmente, dentro del área de su cuenca mayor se ubica el Distrito de Riego del Río
Coello, localizado en la zona central del Departamento del Tolima que abarca una extensión de 71900 hectáreas.
Por lo tanto el problema que se pretende solucionar con el uso de esta herramienta está en poder definir una adecuada distribución de uso y un ordenamiento de las actividades
en la cuenca, debido a que muchos territorios no gestionan adecuadamente el recurso hídrico, por lo que no se conoce realmente cuánta agua está disponible, lo cual se
traduce en una disminución e incluso pérdida del recurso hídrico. (Franke, 2014).
2 JUSTIFICACIÓN
La planificación de los recursos hídricos está tomando cada vez más importancia y
relevancia, debido a su escasez en cantidad, calidad y oportunidad; incluso esto se evidencia mucho en estos últimos años debido al cambio climático y el stress hídrico que
se va presentando a nivel mundial. Ante dicha situación surge la necesidad de efectuar una evaluación de los recursos hídricos superficiales, la cual nos permita cuantificar la
4http://www.cortolima.gov.co/2006/images/stories/centro_documentos/coello/D_2_3_HIDROLOGIA_SUPERFICIAL.pdf.
17
disponibilidad hídrica en las cuencas, además para que sirva de base para toma de decisiones desde un punto de vista hidrológico.
Para el presente trabajo se escogieron las cuencas de los ríos de Totaré, Coello y Totaré-Coello por ser fuente de abastecimiento al municipio de Ibagué, donde se pretende estimar el volumen de agua superficial a través de herramientas de análisis espacial, las
cuales en los últimos años permiten la aplicación en el campo de la hidrología, específicamente, en el manejo y gestión integrada de los recursos hídricos. (Piedra,
2013).
Así mismo los resultados obtenidos, permitirán disponer de información para optimizar
el ordenamiento y gestión de los recursos hídricos para el municipio de Ibagué y de los diferentes actores que estén directa o indirectamente relacionados con el uso y
aprovechamiento de los recursos hídricos.
3 OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO PRINCIPAL
Generar información de volumen de agua y su distribución en el área municipal de
Ibagué del departamento Tolima.
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Generar los parámetros morfométricos en sectores de las cuencas hidrográficas. Caracterizar el clima a través de las variables de temperatura, precipitación y
evapotranspiración. Determinar el coeficiente de escurrimiento en las cuencas.
4 MARCO CONCEPTUAL
En este capítulo se presenta los aspectos teóricos y técnicos utilizados para la aplicación del modelo de lluvia escorrentía Disapro I (Disponibilidad de Agua para el Programa de
Formalización de Derechos de Uso de Agua con fines Agrarios), la cual servirá para la toma decisiones en cuencas que no cuentan con instrumentación.
4.1 PARÁMETROS MORFOMÉTRICOS DE UNA CUENCA
Una cuenca es una zona de la superficie terrestre en donde las gotas de lluvia que caen
sobre ella tienden a ser drenadas por el sistema de corrientes hacia un mismo punto de
salida5.
5Fundamentos de Hidrología de Superficie, Francisco J, Aparicio Mijares, año 1992, página 19.
18
En general para estudiar una cuenca hidrográfica se requiere métodos cuantitativos y cualitativos, debido a que es fundamental definir parámetros que representen algunas
características particulares importantes que puedan ofrecer una información relevante acerca de las variables y los procesos hidrológicos.
La morfometria es el estudio cuantitativo de una cuenca, cuyas características
fisiográficas queda definida por su forma, relieve y drenaje; para lo cual se han establecido una serie de parámetros, que a través de ecuaciones matemáticas, sirven
de referencia para la clasificación y comparación de las mismas. Para un mejor estudio en la cuenca se han establecido los siguientes parámetros:
• Parámetros de forma
• Parámetros de relieve
• Parámetros de red hidrográfica.
4.2 CICLO HIDROLÓGICO DE UNA CUENCA
El ciclo hidrológico está compuesto por diferentes variables, las cuales se relacionan
entre sí por medio de los procesos hidrológicos. En general, se entiende por proceso a una serie de acciones que producen un cambio o desarrollo en un sistema y para el caso
particular de la Hidrología, los procesos están asociados con aquellos fenómenos que intervienen tanto en el movimiento del agua como en los cambios que sufre ésta en sus
características físicas, químicas y biológicas al desplazarse por diversos medios 6.
4.2.1 Precipitación
En la precipitación incluye la lluvia y otros procesos mediante los cuales el agua cae a la
superficie terrestre, tales como granizo y nevisca. La formación de la precipitación requiere de la elevación de una masa de agua en la atmosfera de tal manera que enfrié y parte de su humedad se condense7.
La precipitación se considera como la primera variable meteorológica y es la entrada natural de agua dentro del balance hídrico en las cuencas hidrográficas. Para cuantificar
la precipitación se han considerado los registros históricos de las estaciones meteorológicas aledañas y cercanas a la zona de estudio, cuyas mediciones se realizan
mediantes los pluviómetros 8.
Para una mayor apreciación de la distribución espacial de la precipitación total mensual
6Principios y Fundamentos de Hidrología Superficial, Universidad Autónoma Metropolitana, Agustín Felipe. Breña Puyol, Marco Antonio Jacobo Villa, año 2006. 7Hidrología Aplicada, Ven Te Chow, David R. Maidment, Larry W. Mays, año 1994. 8Pluviómetros, es el instrumento que se emplea para la recogida y medición de la lluvia caída.
19
en las cuencas, se empleara el Método de Isoyetas, siendo estas líneas que unen puntos de igual precipitación, que permiten calcular la precipitación media real de las cuencas.
4.2.2 Evapotranspiración
La evapotranspiración es la combinación de la evaporación desde la superficie de suelo y la transpiración de la vegetación. Los mismos factores que dominan la evaporación
desde una superficie de agua abierta también dominan la evapotranspiración, los cuales
son: el suministro de energía y el transporte de vapor9. La evapotranspiración (ET) la
combinación de dos procesos separados por los que el agua se pierde a través de la
superficie del suelo por evaporación y por otra parte mediante transpiración del cultivo. (Allen, Pereira, Disk, & Smith, 2006).
Thornthwaite denomina la Evapotranspiración Potencial (ET) a la evapotranspiración que se produce si la humedad del suelo y la cobertura vegetal se encuentran en
condiciones óptimas o ideales. (Thornthwaite C., 1948). La determinación de este parámetro, es de difícil cuantificación, sobre todo por la usencia de estaciones que permitan medir este parámetro en campo, por lo que resulta necesario deducir, en
primer lugar, el valor de la evapotranspiración (ETP) mediante fórmulas empíricas. (Ordoñez, 2011).
Para el cálculo de la Evapotranspiración promedio anual en la cuenca se empleara el método de Turc, teniendo en cuenta los valores de ingreso la precipitación total anual y
la temperatura media anual de la cuenca. La ecuación es:
4.2.3 Escorrentía
El escurrimiento se define como el agua proveniente de la precipitación que circula sobre o bajo la superficie terrestre y que llega al cauce de un río o quebrada para
finalmente ser drenada hasta la salida de la cuenca. El agua proveniente de la precipitación que llega hasta la superficie terrestre, una vez que una parte ha sido
9Universidad Nacional Agraria La Molina, Dr. Eduardo Chavarri Velarde.
20
interceptada y evaporada, sigue diversos caminos hasta llegar a la salida de la cuenca.
10Para el cálculo de la escorrentía, se ha utilizado el modelo hidrológico Disapro I
(Disponibilidad de Agua para el Programa de Formalización de Derechos de Uso de Agua
con fines Agrarios), un modelo que estima el volumen de agua o escurrimiento utilizando técnicas modernas (SIG), a través de superposición automática de capas
geográficas, tales como: Unidades Hidrográficas, cuerpos de agua, distribución vegetal y valores de precipitaciones obtenidas de las estaciones climáticas, y todo esto
solucionando a través del uso de programas computacionales.
El modelo hidrológico Disapro I es un modelo determinístico de Precipitación -
Escorrentía a nivel mensual, este modelo procura reproducir matemáticamente el fenómeno de transformación de lluvia en caudal mediante la ecuación de balance hídrico superficial de la cuenca, donde algunas de las variables de entrada y salida son
determinadas por relaciones paramétricas en forma distribuida.
Es toda la precipitación que llega a una zona homogénea de la cuenca, en un
determinado tiempo P(t), una fracción de ella se evapora desde diversas superficies E(t) = b(t)P(t), otra fracción se infiltra I(t) = a(t)P(t) y contribuye al almacenamiento G(t),
siendo por tanto el escurrimiento superficial la fracción restante de la precipitación (1-a(t) – b(t))P(t) = c(t)P(t). |El flujo subterráneo o flujo base del río, es necesariamente una fracción del almacenamiento d(t)G(t). En consecuencia el caudal que se espera en el río
es la suma del escurrimiento directo más el valor del flujo base Q = c(t)P(t) + d(t)G(t-1), tal como se muestra en la siguiente Figura N° 1.
Una vez conocidas estas variables se determina un coeficiente de escurrimiento ponderado para cada unidad hidrográfica, generados a partir de la vegetación, suelo,
pendiente y superficie por tipo de condición.
Finalmente una vez obtenido el coeficiente escurrimiento se relaciona con la superficie
de la cuenca y la precipitación para estimar el volumen medio escurrido.
10Ministerio de Agricultura del Perú, Autoridad Nacional del Agua, Modelo Hidrológico Disapro I, año 2007.
21
Figura N° 1 Metodología del Disapro I11
4.3 MATERIALES EMPLEADOS
4.3.1 Información meteorológica
Para llevar a cabo la caracterización climática de las cuencas, se analizó la información
disponible de 47 estaciones meteorológicas todas operadas por el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM), siendo seleccionadas por ser
las de mayor representatividad en la cuenca, tal como se muestra en la Tabla N° 1 y Mapa N° 1.
N° Tipo Nombre Código Latitud Longitud Variables 1 PM Pijao 26120170 4.33 -75.71 Precipitación
2 PG La Juntas 21210020 4.56 -75.32 Precipitación
3 PG La resaca 21210190 4.27 -75.15 Precipitación 4 PM San Juan China 21240030 4.54 -75.08 Precipitación
5 PM Venadillo 21250460 4.66 -74.92 Precipitación
6 PM Libano 21250500 4.92 -75.08 Precipitación 7 PM El Eden 23010020 5.16 -75.05 Precipitación
8 PM Papayal 26150150 4.95 -75.49 Precipitación
9 PM Anzoategui 21240070 4.64 -75.09 Precipitación 10 PG La Esmeralda 21210120 4.49 -75.24 Precipitación
11 CO Sta Isabel 21255110 4.70 -75.13 Precipitación y Temperatura
12 PG El silencio 21210260 4.63 -75.38 Precipitación )13 PG Toche 21210180 4.52 -75.41 Precipitación
11Modelo Hidrológico Distribuido de Generación de Caudales en cuencas con escasa información, Disponibilidad Hídrica Disapro I, Universidad Nacional Agraria La Molina, Dr. Abel Mejía, Ing. Cayo Ramos e Ing. Ernesto Fonseca.
22
14 PM Las Delicias 21210130 4.38 -75.51 Precipitación
15 PM La Cascada 21210150 4.28 -75.54 Precipitación
16 PM Salento 26120160 4.64 -75.57 Precipitación 17 PM Sta Helena 22070030 4.12 -75.50 Precipitación
18 CO San Antonio de Quinta 22065040 3.91 -75.49 Precipitación y Temperatura
19 PM Palogrande Hda 21210170 4.33 -75.40 Precipitación 20 AM Nataima 21185020 4.19 -74.96 Precipitación y Temperatura
21 PM Valle San Juan 21180210 4.19 -75.11 Precipitación
22 PM Piedras 21220040 4.54 -74.88 Precipitación 23 CO Perales Hato Opia 21245010 4.43 -75.20 Precipitación y Temperatura
24 SS Apto Perales 21245040 4.42 -75.14 Precipitación y Temperatura
25 PG Pastales 21210030 4.51 -75.30 Precipitación 26 PM Villahermosa 21250120 5.02 -75.12 Precipitación
27 PM Alto del Oso 21250050 4.85 -75.25 Precipitación
28 PM Lorena La HDA 21180120 4.03 -75.11 Precipitación 29 CP Guamo 21185030 4.01 -74.98 Precipitación y Temperatura
30 PM Nariño 21230060 4.40 -74.83 Precipitación
31 PM Boquerón 21250170 4.90 -75.25 Precipitación 32 PM Murillo 21250110 4.87 -75.17 Precipitación
33 CO Cajamarca 21215100 4.44 -75.42 Precipitación y Temperatura
34 PG El Darién 21210160 4.47 -75.30 Precipitación 35 PG El Placer 21210110 4.52 -75.28 Precipitación
36 PM Aceituno El 21220050 4.35 -75.05 Precipitación
37 PM Sierra La 21250070 4.80 -74.94 Precipitación 38 PM Alvarado 21240080 4.57 -74.95 Precipitación
39 CO Ermita La 21245090 4.72 -75.25 Precipitación y Temperatura
40 CO Laguna La 26135140 4.78 -75.41 Precipitación 41 CO Rio Manso 22075030 4.21 -75.42 Precipitación y Temperatura
42 CO Corazón 22075040 4.12 -75.12 Precipitación y Temperatura
43 CO Cemento Diamante 21215140 4.33 -75.08 Precipitación y Temperatura 44 CO Jerusalén 21235010 4.56 -74.70 Precipitación y Temperatura
45 CO Salto El 21255080 4.78 -74.77 Precipitación y Temperatura
46 CO Quinta La 21255140 4.82 -74.92 Precipitación y Temperatura 47 CO Cumbarco 26125130 4.19 -75.83 Precipitación y Temperatura
Tabla N° 1 Red de estaciones meteorológicas 12
12Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM).
23
Mapa Nº 1. Mapa de estaciones meteorológicas seleccionadas13
4.3.2 Información Cartográfica
La información cartográfica básica a una escala 1/ 100 000 para el estudio, ha consistido
información de departamentos, municipios, hidrografía, capitales y vías del País de Colombia en formato shapefile, proporcionada por el Instituto Geográfico Agustín Codazzi.
4.3.3 Programas de cómputo
Para el desarrollo del proyecto se ha utilizado los siguientes programas de cómputo:
• ArcMap 10.5, es una interfaz que permite representar la información geográfica
y realizar la simulación de escenarios mediante el modelo Builder.
• Erdas, es una interfaz que permite realizar correcciones y mosaicos de las imágenes de satélite.
• Hydracces, software para guardar varios tipos de datos hidrológicos y el tratamiento de información hidrometeorológica, creado por Philippe Vaichel
hidrólogo del IRD de Francia.
13Elaboración Propia.
24
• Paste, software para el análisis geoestadístico de la información
hidrometeorológica.
5 AREA DE ESTUDIO
5.1 UBICACIÓN GEOGRÁFICA
Las cuencas de los ríos Totaré, Coello y Totaré-Coello, forman parte del municipio de
Ibagué en el departamento de Tolima, se encuentran ubicado dentro de las coordenadas geográficas 4° 15’ y 4° 40’ latitud norte, y los 74° 00’ y 75° 30’ longitud oeste del
meridiano de Greenwich, en la parte central de la región andina de Colombia.
Geográficamente se localiza en las estribaciones de la cordillera Central, sobre una
meseta que se extiende hasta el valle del río Magdalena, con una superficie total de 149,800 hectáreas, es relativamente grande entre los municipios de la región andina.
Las cuencas de los ríos Totaré, Coello y Totaré-Coello, serán materia de estudio en el presente trabajo, tal como se muestra en el Mapa N° 2.
5.2 UBICACIÓN POLÍTICA
Políticamente forman parte del municipio de Ibagué, Cajamarca, Anzoátegui, Santa
Isabel, entre otros, en el departamento de Tolima, tal como se muestra en el Mapa N° 2.
5.3 UBICACIÓN HIDROGRÁFICA
Hidrográficamente las cuencas de los ríos Totaré, Coello y Totaré-Coello, limitan por el:
Norte : La cuenca del rio Recio
Sur : Las cuencas de los ríos Luisa y Cucuana
Este : La cuenca del rio Magdalena
Oeste : Las cuencas del rio Cauca
En el Mapa N° 3 se muestra la ubicación hidrográfica de las cuencas del rio Totaré, Coello y Totaré-Coello.
25
Mapa Nº 2. Mapa de Ubicación Geográfica y Política14
Mapa Nº 3. Mapa de Ubicación Hidrográfica15
14Mapa de Ubicación Geográfica y política, Elaboración Propia. 15Mapa de Ubicación Hidrográfica, Elaboración Propia.
26
6 METODOLOGÍA
La metodología seguida en el desarrollo de la tesis, tiene cuatro grandes fases, cada una de ellas relacionada con los objetivos específicos planteados en el proyecto; a
continuación se describe a detalle dichas fases:
6.1 DELIMITACIÓN DE CUENCA Y PARÁMETROS MORFOMÉTRICOS
Para la delimitación de las cuencas y el cálculo de sus parámetros morfométricos, se realizó los siguientes pasos, tal como se muestra en el Diagrama N° 1:
Diagrama Nº 1. Proceso para delimitación de cuencas y parámetros morfométricos16
16Elaboración Propia.
Ubicación del Área de Estudio
Obtención del Modelo de Elevación Digital (DEM)
Eliminación de depresiones en el DEM (Fill Sinks)
Generación de mapa de pendientes de la cuenca
Generar los parámetros morfometricos de la cuenca
Definición de la dirección del flujo (Flow Direction)
Definición del área de flujo acumulado (Flow Acumulation)
Generación de la red de drenaje (Stream to Feacture)
Delimitación de la cuenca (Watershed)
• Parámetros de Forma
• Parámetros de Relieve • Parámetros de Drenaje
Herramientas Hydrology de Arc Toolbok-Arc Gis 10.5
27
6.1.1 Modelo de Elevación Digital (DEM)
Para la obtención del Modelo de Elevación Digital (DEM), se recurrió a la información proporcionada por Alaska Satellite Facility (https://vertex.daac.asf.alaska.edu/#), tal como se muestra en la Figura N° 2. Este modelo de elevación digital cuenta con una resolución espacial de pixel medido en metros de 12.5 m x 12.5 m y una resolución radiométrica de 16 bits,
Figura N° 2 Obtención del Modelo de Elevación Digital (DEM) 17
6.1.2 Aplicación de la herramienta Hydrology
Como parte del proceso de la delimitación de las cuencas hidrográficas, se aplicaron automáticamente las siguientes herramientas de Hydrology de Arc toolbok:
• Fill Sinks (Eliminación de depresiones), permite rellenar las cotas de las celdas que carecen de información a partir de las celdas vecinas.
• Flow Direction (Dirección del flujo), permite definir la dirección del flujo en base
a las celdas vecinas.
• Flow Acumulation (Acumulación del flujo), permite definir que celdas contribuyen o acumulan el flujo en base a las celdas vecinas.
• Stream to Feacture, permite generar la red de drenaje de las cuencas, para luego ubicar los puntos de salida.
17https://vertex.daac.asf.alaska.edu/#
28
• Watershed, permite la delineación de la cuenca hidrográfica.
6.2 CARACTERIZACIÓN DEL CLIMA
Para el desarrollo de la caracterización del clima en las cuencas, se ha tenido en cuenta los siguientes pasos, tal como se muestra en el Diagrama N° 2:
Diagrama Nº 2. Proceso para la caracterización del clima18
18Elaboración Propia.
Ubicación del Área de Estudio
Obtención de Información meteorológica
Periodo de estudio de los datos de Precipitación
Periodo de estudio de los datos de Temperatura
Análisis de consistencia y calidad de datos históricos
Corrección y completación de datos
Interpolación espacial de los datos
Generación de mapa de Isoyetas en la cuenca (P)
Análisis calidad de los datos históricos
Interpolación espacial de los
datos
Generación de mapa de Isotermas en la cuenca (T)
Generar mapa de Evapotranspiración (ETo)
29
6.2.1 Información meteorológica
Para la obtención de la información meteorológica, se recurrió a la información del Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM) por medio de los representantes del Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC), realizándose una selección de las estaciones representativas en la zona de estudio, tal como como se muestra en la Figura N° 3.
Figura N° 3 Mapa de estaciones meteorológicas - IDEAM19
6.2.2 Análisis del periodo de estudio
Para la caracterización del clima, se cuenta con registros históricos de precipitación y la temperatura para el periodo 1981 al 2015, cuya información servirá de base para el cálculo de la evapotranspiración anual; por ello se ha desarrollado una serie de pasos con cada una de las variables meteorológicas.
Para el análisis de la precipitación total anual se realizó los siguientes pasos:
• Primero se realizó el análisis de consistencia, basada en una técnica que permite detectar, identificar, cuantificar, corregir y eliminar los errores sistemáticos de la no homogeneidad e inconsistencia de una serie hidrológica. Para ellos se recurrió al análisis por medio de 2 métodos, (1) el análisis visual de la información y (2) el método del vector regional (MRV), la cual nos permitirá obtener información homogénea, consistente, confiable y de buena calidad. Método visual, permite detectar e identificar la inconsistencia de la información pluviométrica en forma visual, e indica el período de datos faltantes, los períodos en los
19Mapa de estaciones del Instituto de Hidrología, Meteorología y Asuntos Ambientales (IDEAM).
30
cuales los datos son dudosos, lo cual se puede reflejar como “picos “muy altos o valores muy bajos, “saltos” y/o “tendencias, mediante un gráfico de las series de análisis, ploteadas en coordenadas cartesianas. Método del vector regional (MVR), este método es un modelo simple orientado al análisis de la información pluviométrica de una región y a la síntesis de esa información. Este método fue desarrollado por el Instituto de investigación para el desarrollo de Francia (IRD) en los años 70’s, con el objetivo de homogenizar los datos pluviométricos. Se elaboraron dos métodos para el cálculo del Vector Regional, uno por G. Hiez y Y. Brunet Moret. Este método permite representar la información pluviométrica regional bajo la forma de índices anuales representativos de las precipitaciones en esa región y por coeficientes característicos de cada punto de observación. También considera las pseudos-proporcionalidad de una zona, medida por el valor del coeficiente de correlación media entre las estaciones y el vector correspondiente, siendo este coeficiente cercano a 1, para ello se utilizó el software Hydraccess y el valor del coeficiente aparece como “Correl. /Vector” 20.
• Seguidamente se realizó la corrección y completación de datos una vez realizada la consistencia, realizándose la corrección de los datos de las estaciones que presenta saltos y tendencias altas (en este caso no se observó) y la completación de datos se debió a que las estaciones presentan registros incompletos. Se ha tenido en cuenta lo siguiente para el caso de datos faltantes de 1 ó 2 años se completó con el promedio y si los registros presentan muchos vacíos, la complementación de los registros se ha efectuado mediante la aplicación de análisis de correlaciones simples entre estaciones.
• Para la Interpolación de los datos de precipitación total anual, se empleó el método de interpolación Inversa de la distancia para una mayor apreciación de la distribución espacial. Método de la inversa de la distancia (IDW), este método de interpolación es más fino y especializado, sin embargo, las estaciones tiende a un valor medio y el trazo de Isolíneas es en forma circular, es igual que el método de los polígonos de Thiessen que no toma en cuenta una gradiente espacial.
• Finalmente se realizó la elaboración del mapa de Isoyetas en mm/año, considerándose el método de interpolación IDW, por ser el método más consistente y por presentar mejores resultados.
Para el análisis de la temperatura media anual se realizó los siguientes pasos:
• Primero se realizó el análisis visual de los datos para detectar algún tipo de error sistemático en la información.
20Instituto de Investigación para el Desarrollo de Francia (IRD).
31
• Se realizó la completación de datos de temperatura a partir de correlaciones simples
entre estaciones.
• Para la Interpolación de datos de temperatura media anual, también se utilizó el método de inversa de la distancia (IDW).
• Y para la elaboración de mapa de Isotermas (°C/año), con los resultados del método de interpolación IDW, por ser el método consistente y presentar mejores resultados.
6.3 COEFICIENTE ESCORRENTIA (CE)
Para el cálculo del coeficiente de escorrentía en las cuencas hidrográficas, se ha tenido en cuenta los siguientes pasos, tal como se muestra en el Diagrama N° 3.
Diagrama Nº 3. Calculo del coeficiente de escorrentía21
6.3.1 Imagen satelital Landsat 4-5TM y 8 OLI/TIRS C1 Level 1
Para la obtención de la imagen satelital Landsat 5 y 8, se recurrió a la información proporcionada por Sciencie for a changing world (https://earthexplorer.usgs.gov/,), tal como se muestra en la Figura N° 4. Esta imagen satelital cuenta con una resolución espacial de pixel medido en metros de 30 m x 30 m y una resolución espectral de 11 bandas.
21Elaboración Propia.
Ubicación del Área de Estudio
Obtención de Imagen Satelital Landsat 5 y 8
Determinación de la Cobertura Vegetal de la cuenca
Reclasificación del Índice de Vegetación (NDVI)
Cálculo del Índice de Vegetación Normalizada (NDVI)
Obtención del Coeficiente Escorrentía (CE)
32
Figura N° 4 Obtención de la Imagen Satelital Landsat 5 y 822
6.3.2 Combinación de bandas
La imagen Landsat 4-5 TM cuenta con 5 bandas y en cuanto al Landsat 8 cuenta con 11 bandas, con una resolución de 30m x 30m las bandas del 1 al 7 y 9, una banda 8 pancromática de 15m x 15 m y finalmente las bandas 10 y 11 térmicas de 100 x 100, estas imágenes nos servirán de base para el cálculo del Índice Normalizado de Vegetación(NDVI); para ello solo se utilizara la Banda 4 (Rojo) y la Banda 5 (NIR), tal como se muestra en la Tabla N° 2.
Tabla N° 2 Bandas de la imagen de satélite Landsat 5 y 823
22https://earthexplorer.usgs.gov/. 23https://landsat.gsfc.nasa.gov/landsat-data-continuity-mission/.
Banda Ancho (µm) Resolución (m) Banda Ancho (µm) Resolución (m)Band 1 Coastal 0.43 – 0.45 30
Band 1 Blue 0.45 – 0.52 30 Band 2 Blue 0.45 – 0.51 30Band 2 Green 0.52 – 0.60 30 Band 3 Green 0.53 – 0.59 30Band 3 Red 0.63 – 0.69 30 Band 4 Red 0.64 – 0.67 30Band 4 Near IR 0.76 – 0.90 30 Band 5 NIR 0.85 – 0.88 30Band 5 Mid IR 1.55 – 1.75 30 Band 6 SWIR1 1.57 – 1.65 30
Band 6 Thermal 10.4 - 12.5 120 Band 7 SWIR2 2.11 – 2.29 30
Band 7 Mid IR 2.08 - 2.35 30 Band 8 Pan 0.50 – 0.68 15Band 9 Cirrus 1.36 – 1.38 30Band 10 TIRS1 10.6 – 11.19 100Band 11 TIRS2 11.5 – 12.51 100
Landsat 5 Landsat 8
33
6.3.3 Coeficiente de escorrentía (CE)
Para efectos de aplicación, el coeficiente de escorrentía "CE" varía de acuerdo a las características geomorfológicas de la zona, como son: la topografía, la naturaleza del suelo y vegetación de la cuenca. Este coeficiente de escorrentía es un valor adimensional comprendido entre -1 y 1.
6.4 ESTIMACION DE VOLUMEN DE AGUA
Para estimar el volumen de agua anual en la cuenca, se ha tenido en cuenta los siguientes pasos, tal como se muestra en el Diagrama N° 4.
Diagrama Nº 4. Proceso para la estimación de volumen de agua24
7 RESULTADOS
En este capítulo se presentan los resultados de las diferentes actividades realizadas, teniendo en cuenta la metodología descrita en el Capítulo 6.
Para cumplir con los objetivos, se ha generado los parámetros morfométricos de las cuencas, se ha analizado las variables meteorológicas como son: la precipitación, temperatura y evapotranspiración en cuanto a su variabilidad espacial y finalmente se ha realizado la estimación de los volúmenes de agua superficial en las cuencas.
7.1 DELIMITACION DE CUENCA
Para la delimitación de las cuencas se ha aplicado el modelo Builder y la herramienta hydrology de Spatial Analyts del software Arc Gis 10.5. En la Figura N° 5 se muestra a detalle los procesos de delimitación de una cuenca.
• (a) Representa el modelo de elevación digital (DEM) de 12.5 x 12.5 m.
• (b) Visualizamos la eliminación y relleno de las imperfecciones existentes en DEM. • (c) Visualizamos la dirección del flujo, tomando el camino en forma descendente de una
celda a otra.
24Elaboración Propia.
Cuenca en Estudio
Volumen = CE * PP * Factor Mapa de descargas o escorrentía
34
• (d) Visualizamos la acumulación de flujos de cada celda. • (e) Se define la red de corrientes en formato shapefile. • (f) Finalmente se muestra la delimitación de las cuencas Totaré (verde), Coello (amarillo)
y Totaré-Coello (celeste)
(a) Dem (12.5m x 12.55m)
(b) Fill Sinks
(c) Flow Direction
(d) Flow Acumulation
(e) Stream To Feature
(f) Watershed
Figura N° 5 Procesos para la delimitación de las cuencas hidrográficas 25
Para ello el modelo Builder nos permitió automatizar los flujos de procesamiento, mediante diagramas de trabajo, en la Figura N° 6 se muestra el modelo Builder para la delimitación de las cuencas hidrográficas.
Figura N° 6 Modelo Builder para delimitación de cuencas hidrográficas26
25Elaboración Propia. 26Elaboración Propia.
35
7.2 PARÁMETROS MORFOMÉTRICOS
Los parámetros morfometricos de la cuenca, nos permiten analizar la forma de relieve, la red de drenaje y la forma de una cuenca hidrográfica, siendo calculados estos parámetros con el modelo Builder y el uso de la herramienta calculate field de ArcGis 10.5. En la Figura N° 7 se muestra el proceso de cálculo de los parámetros morfométricos de las cuencas.
Figura N° 7 Modelo Builder para cálculo de parámetros morfométricos27
Finalmente en la Tabla N° 3 se muestra los resultados numéricos de los parámetros morfométricos de las cuencas de los ríos Totaré, Coello y Totaré-Coello.
PARÁMETROS MORFOMÉTRICOS UNIDAD TOTARE COELLO TOTARE-COELLO
Área de la cuenca Km2 1424.29 1820.83 565.92 Perímetro de la cuenca Km 218.01 310.29 165.88 Coeficiente de Compacidad und 1.63 2.05 1.97
Longitud del cauce principal km 77.09 111.47 45.70
Longitud total del cauce km 318.89 385.99 78.96 Factor de Forma Km 0.24 0.15 0.27 Altitud Máxima de la Cuenca m.s.n.m. 5245.0 5243.0 1118.0 Altitud Mínima de la Cuenca m.s.n.m. 244.0 264.0 240.0 Elevación Media m.s.n.m. 2500.5 2489.5 439.0 Desnivel Máxima m.s.n.m. 5001.0 4979.0 878.0 Densidad de drenaje Km/Km2 4.47 4.72 7.17 Orden de rio - 3 3 2 Pendiente media del cauce principal
m/m 0.06 0.04 0.02
Extensión Media de Escurrimiento m 1116.5963 1179.3211 1791.87
Tabla N° 3 Parámetros morfométricos de las cuencas28
27Elaboración Propia. 28Elaboración Propia.
36
7.3 CARACTERIZACIÓN DEL CLIMA
7.3.1 Análisis de la Precipitación total mensual
En esta fase del proyecto, se ha realizado la recopilación de la información meteorológica, para ello se realizó una selección exhaustiva de las estaciones meteorológicas representativas para el área de estudio.
Se han seleccionado en total 47 estaciones de tipo climatológica y pluviométrica todas operadas por el IDEAM, en la Tabla N° 1 se muestra la red de estaciones seleccionadas.
En la Tabla N° 5 se muestra los registros históricos de las estaciones seleccionadas para el área de estudio. Una vez seleccionado las estaciones y los registros disponibles, se ha realizado el análisis de consistencia, para ello se aplicó por 2 métodos:
• Método visual de las precipitaciones • Método del vector regional (MVR)
El método visual consiste básicamente en detectar comportamientos “sospechosos” en la serie, debido principalmente a problemas de medición o perdida de información de los instrumentos de medición. En la Figura N° 8 se puede observar las series por cada estación, la cual no presentan comportamientos sospechosos.
Figura N° 8 Análisis visual de las precipitaciones anuales29
El método del vector regional (MRV), muestra la homogeneidad de las series, mediante curvas de doble masa e índices anuales de vector por cada una de las estaciones. Se observa en las
29Elaboración Propia.
37
Figuras N° 9 y N° 10 las curvas de doble masa de cada una de las estaciones, evidenciándose un comportamiento casi lineal, afirmándose que sus series en el tiempo presentan una gran homogeneidad y buena calidad de datos para el periodo 1981 - 2015, a excepción de las estaciones el Silencio, Salento, Lorena Hda y La Quinta.
Figura N° 9 Análisis de doble masa de las estaciones30
Figura N° 10 Análisis de los índices anuales del vector31
En la Tabla N° 4 se muestra los resultados de correl. /vector (R2) por cada una de las estaciones, observándose valores de R2 menores a 0.5, las cuales indican la inconsistencia de sus datos y la
30Hydracces, Elaboración Propia. 31Hydracces, Elaboración Propia.
38
no linealidad de las estaciones mencionadas en el párrafo anterior.
Tabla N° 4 Resultados del correl./vector por
estaciones32
Una vez realizado la consistencia se procedió a realizar la corrección y completación de datos, para ello se tuvo que realizar el análisis exploratorio de Clúster, basado en el tratamiento estadístico, que permiten identificar si los datos de una o de varias poblaciones se pueden agrupar; para luego clasificarlas y concentrarlos según sus datos. La agrupación de las estaciones por el método Clúster se muestra en la Figura N° 11, clasificándose las 47 estaciones en 04 Clúster o grupos homogéneos, siendo este resultado importante para la completación de los
32Hydracces, Elaboración Propia.
39
datos faltantes.
Figura N° 11 Análisis exploratorio de datos clúster33
También se realizó el diagrama de cajas, para la identificación de algunos valores atípicos, tal como se muestra en la Figura N° 12.
Figura N° 12 Diagrama de flujo de cajas34
Una vez realizada la consistencia y la agrupacion de los datos, se procedio a la completacion de los datos en mm/año, tal como se muestra en las Tablas N° 5 y N° 6.
33Paste, Elaboración Propia. 34Paste, Elaboración Propia.
40
Tabla N° 5 Red de estaciones con series completadas en mm/año para el periodo 1981-201535
35Elaboración Propia.
Pijao La Juntas La resaca San Juan ChiVenadillo Libano El Eden Papayal Anzoategui La EsmeraldaSta Isabel El silencio Toche Las Delicias La Cascada Salento Sta Helena San Antonio Palogrande HNataima Valle San Jua Piedras Perales Hato Apto Perales26120170 21210020 21210190 21240030 21250460 21250500 23010020 26150150 21240070 21210120 21255110 21210260 21210180 21210130 21210150 26120160 22070030 22065040 21210170 21185020 21180210 21220040 21245010 21245040
4.19 4.33 4.16 4.32 4.39 4.55 5.09 4.57 4.38 4.29 4.42 4.38 4.31 4.22 4.17 4.38 4.07 3.54 4.21 4.11 4.13 4.32 4.25 4.2575.42 75.19 75.08 75.04 74.55 756.04 75.02 75.29 75.05 75.14 75.07 75.23 75.25 75.3 75.32 75.34 75.29 75.29 75.25 74.57 75.06 74.52 75.05 75.081625 1765 1250 1980 430 1585 1350 2220 1814 1965 2091 2500 2000 2070 3080 1910 2700 1500 2200 431 1000 540 750 928
N° Años 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 241 1981 2360.0 1825.0 1808.8 1823.0 1948.0 2442.7 3129.0 2321.0 1916.0 2311.9 1846.8 1200.3 1225.0 1581.8 1443.9 2600.5 1000.8 2365.5 1886.8 1564.3 2092.9 1810.9 1675.1 2126.72 1982 2618.9 1548.8 1785.0 1808.1 1479.0 2263.6 2251.1 2372.0 2085.0 1080.8 1777.6 1215.6 1189.2 1405.2 1422.6 1780.0 1219.2 2086.8 1658.0 1608.1 2139.3 1728.9 1545.1 1614.13 1983 1609.0 1512.5 1714.1 1764.0 1361.5 2354.6 3437.0 2028.0 1702.0 2138.1 1571.9 1324.4 1156.0 1241.4 1386.1 1878.0 1360.3 1727.7 1670.8 1060.7 1771.0 1146.1 1322.1 1896.24 1984 2533.0 2272.0 2015.7 1951.6 1693.0 3091.3 2574.0 2599.0 2758.0 3455.1 2446.9 1201.8 1196.6 1576.1 1826.7 2463.0 1698.2 2543.2 1843.0 1967.5 2142.9 1802.8 1776.8 2148.55 1985 2251.0 1561.0 1647.4 1722.6 1219.8 2393.2 2574.0 1530.0 1407.0 2422.7 1378.3 1143.6 1111.4 1174.6 1143.2 2286.0 1424.9 1889.4 1539.4 1037.9 1466.0 2115.2 1267.9 1556.06 1986 1126.0 1518.0 1784.4 1807.8 1593.2 3254.2 2368.4 1701.0 1661.0 2541.3 1776.0 1289.8 1181.2 1214.8 1278.5 1288.0 1549.2 2261.5 1660.5 1430.7 1669.6 1331.3 1555.7 1797.67 1987 2292.8 1390.0 1408.0 1914.8 1396.0 1651.1 2343.0 1686.0 1754.0 1574.6 1333.0 1218.0 1271.0 947.3 1379.3 2469.9 1499.6 1730.4 1578.5 1198.1 870.0 1716.0 1354.3 1386.78 1988 2495.0 1775.0 2501.9 3254.0 1893.0 1879.5 3090.0 2256.0 2468.0 2615.7 1968.4 1211.3 1062.2 1514.0 1222.1 4585.0 1831.9 2365.6 2019.0 1258.4 1643.4 1752.0 1684.4 1902.29 1989 1726.0 1449.0 1757.0 2196.6 1477.0 2277.2 3080.0 1553.0 1956.0 1697.5 1568.0 1266.2 1111.4 1056.0 1013.1 4153.0 1372.4 1755.8 1910.2 1179.8 1473.0 1458.0 1449.0 1920.1
10 1990 1833.0 1655.0 1662.0 1824.3 1104.0 2071.0 2366.0 1517.9 1469.0 1507.9 1852.8 1344.0 1203.5 1166.0 1415.9 2377.0 1612.0 1550.4 1722.6 1149.5 1495.0 1041.0 1097.1 1499.111 1991 2122.0 1513.0 2071.0 1340.5 1207.0 2043.8 1798.0 1490.0 1259.0 1369.1 1732.2 1276.3 1076.0 766.0 1809.8 1542.0 1452.1 1797.0 1487.1 1548.8 1739.0 1404.0 1365.7 1452.012 1992 1580.0 1329.0 1608.0 1327.0 1530.6 1930.0 1458.0 1196.0 1659.0 1029.7 1534.1 1382.7 889.2 825.0 1235.9 2388.0 991.3 1533.9 1305.8 1283.7 1233.0 833.8 958.1 1241.513 1993 2493.0 1664.0 2281.2 2249.2 1592.8 2787.4 1979.0 1629.0 1344.0 1458.7 1767.6 1256.6 1074.0 997.0 1339.5 1838.0 1369.5 2544.6 1588.7 1987.9 1518.0 1509.4 1261.4 1619.614 1994 2417.0 1593.0 1876.8 2300.1 1424.2 2342.9 2692.1 1343.0 1444.0 1463.2 1891.8 1236.3 1235.0 1227.8 944.3 2321.5 1285.4 1824.5 1442.1 1756.9 1805.0 1618.0 1476.2 1726.615 1995 2150.0 1555.0 1632.1 1719.3 1644.0 2668.1 3090.4 1904.1 1710.0 1932.7 1147.9 1316.7 1084.0 1243.3 1126.7 3312.0 1385.8 2364.8 1508.0 1657.4 1255.1 1187.0 1178.1 1720.416 1996 2319.0 1983.0 1743.8 1905.0 1671.0 3085.7 3515.0 1747.0 2475.0 1627.9 1662.6 1299.0 1479.6 1524.0 1785.3 2643.0 1355.8 1982.5 2026.4 1227.4 1515.1 1282.0 1307.8 1758.017 1997 2148.0 1493.0 1315.7 1040.6 1732.0 1872.0 2227.0 1992.0 1138.1 2012.7 1347.3 1379.8 890.1 1053.5 1054.3 2277.0 873.4 1493.7 1165.9 1246.9 1060.8 849.3 1065.9 1186.118 1998 2264.0 1217.0 2108.2 2101.0 2109.0 2077.8 2919.0 1931.0 1994.6 2125.9 1951.5 1290.1 1394.2 1677.0 1480.4 3629.0 1667.9 2075.1 1791.1 2495.2 1808.0 1330.0 1875.5 1722.119 1999 3433.0 2287.0 1975.0 2217.8 2068.0 2729.6 3148.0 2276.0 1667.0 2453.0 2381.0 1418.6 1672.1 1303.2 2076.5 2672.0 1733.2 2656.4 2175.2 1589.0 2067.9 1634.0 1781.2 2309.720 2000 2916.0 1532.0 1921.5 1908.2 1601.0 2234.2 3099.0 1927.0 1859.4 1652.5 2185.3 1925.9 1491.0 1374.3 1773.0 1003.0 2752.7 2410.7 1912.0 1500.7 1568.6 1774.0 1555.2 1893.121 2001 1131.0 1037.0 1371.5 1834.2 1346.0 1898.5 2477.5 1936.7 1869.0 1299.6 1899.3 763.8 1162.0 943.0 1396.0 1998.0 1339.3 1995.2 1350.8 1259.5 1376.0 1000.6 1382.7 1368.222 2002 1596.0 1232.0 2021.1 2190.0 1547.0 2134.6 2051.2 1936.7 1927.3 1207.9 1791.3 1358.2 725.0 1294.0 1425.4 2569.0 1285.8 1707.2 1326.6 1548.2 1504.0 1010.9 1562.3 1819.023 2003 2277.2 1309.0 1912.9 2033.1 1603.0 2278.3 2590.0 2001.0 3041.0 977.5 1848.9 2125.0 803.0 405.9 1385.9 2152.0 857.8 1765.3 1488.9 1460.3 1450.0 695.1 1320.9 1429.824 2004 1875.0 1316.0 2066.9 1569.7 1479.0 2184.3 2691.2 1363.0 2295.0 1849.3 1870.7 1648.1 901.0 1036.9 1338.0 2270.0 1391.6 1863.4 1372.4 1207.2 1117.0 658.1 1028.1 1387.725 2005 2854.0 1250.0 1785.5 1868.3 1710.0 2780.4 3292.0 1419.0 2885.0 2082.4 1914.3 1425.5 967.1 967.0 1389.6 1851.0 1443.1 2150.2 1474.8 1525.7 1536.0 542.0 1343.8 1479.826 2006 2448.0 1448.0 1841.9 1796.3 1557.0 2885.4 3285.0 2061.0 1861.0 2513.1 1803.5 1150.3 1606.0 1063.0 1356.9 2412.0 2862.9 1881.5 1867.1 1375.1 1298.0 915.1 1143.8 1643.827 2007 2656.0 1476.0 2048.3 1943.4 1461.0 3686.0 3460.0 2427.0 1969.0 2534.0 1816.3 1367.5 1153.7 1195.0 1411.3 2721.0 1595.3 2121.0 2487.5 1755.1 1617.0 1418.1 1476.4 1803.728 2008 3518.0 1686.3 1965.8 2244.0 1541.0 4315.0 3495.3 2853.0 2469.0 2714.0 2895.5 928.9 1191.7 1436.1 1536.3 1549.3 1595.3 2557.5 1648.6 1717.2 1735.0 1596.2 2240.1 1998.429 2009 1754.0 1093.0 1687.9 1191.2 1417.0 2363.0 1824.0 2315.0 1839.6 2839.0 1495.8 1133.3 1036.0 824.9 1362.2 3651.0 1823.3 1629.9 1618.5 1167.8 1303.3 1327.1 1176.3 1561.230 2010 2697.0 1672.0 2014.1 1172.9 1337.0 2799.1 3277.0 2847.0 2012.0 3222.0 2442.4 1013.3 1166.2 1431.0 2291.0 3718.0 2717.1 2464.2 1623.4 1315.3 1897.0 1115.1 992.9 1876.531 2011 4122.0 2231.0 1923.2 1174.8 1326.0 2819.8 3354.0 2893.0 2237.0 2832.2 2424.3 911.2 1306.0 1490.0 1392.0 2112.0 1873.9 2500.5 1831.3 1307.7 1611.0 1466.4 1506.3 1896.332 2012 2576.0 1412.0 1287.7 1126.8 1219.0 1108.0 1550.0 1653.0 1421.7 2106.5 1846.8 1292.9 1189.0 1144.0 927.5 2810.0 1851.2 1750.5 1366.8 1233.1 1337.0 1315.0 1424.9 1541.433 2013 2688.0 1534.0 1488.4 1791.8 1168.0 1967.8 836.8 1936.7 2313.2 773.3 2272.6 1354.4 1290.0 1128.1 1474.0 2940.0 1927.5 2014.4 1343.4 1197.6 1648.0 985.0 1438.7 1649.034 2014 2087.0 1291.0 2075.6 1983.3 1585.0 1965.4 1622.0 1864.0 1901.0 1896.2 1882.6 1315.9 1076.0 1258.0 1418.0 1815.0 2240.3 2078.5 1453.8 1488.1 1690.2 1191.4 1858.1 1913.935 2015 1283.0 1548.8 1201.4 1708.7 1530.6 1126.3 1147.0 1280.0 1689.4 1365.0 1313.5 1359.8 814.0 810.0 841.0 2372.0 1595.3 2042.3 1651.3 1450.2 1303.0 956.4 1424.9 1034.5
2292.8 1548.8 1808.9 1823.0 1530.6 2393.2 2574.0 1936.7 1927.3 1962.4 1846.8 1295.6 1153.7 1179.9 1402.9 2469.9 1595.3 2042.3 1651.3 1450.2 1564.5 1300.5 1424.9 1682.3Máxima 4122.0 2287.0 2501.9 3254.0 2109.0 4315.0 3515.0 2893.0 3041.0 3455.1 2895.5 2125.0 1672.1 1677.0 2291.0 4585.0 2862.9 2656.4 2487.5 2495.2 2142.9 2115.2 2240.1 2309.7Mínima 1126.0 1037.0 1201.4 1040.6 1104.0 1108.0 836.8 1196.0 1138.1 773.3 1147.9 763.8 725.0 405.9 841.0 1003.0 857.8 1493.7 1165.9 1037.9 870.0 542.0 958.1 1034.5
Datos completados con el valor promedio Datos completados con correlaciones por grupos
Promedio
NombreCodigoLatitudLongitudAltitud
41
Tabla N° 6 Red de estaciones con series completadas en mm para el periodo 1981-2015 36
36Elaboración Propia.
Pastales ViilahermosaAlto del Oso Lorena La HDGuamo Nariño Boqueron Murillo Cajamarca El Darien El Placer Aceituno El Sierra La Alvarado Ermita La Laguna La Rio Manso Corazon Cemento DiaJerusalen Salto El Quinta La Cumbarco21210030 21250120 21250050 21180120 21185030 21230060 21250170 21250110 21215100 21210160 21210110 21220050 21250070 21240080 21245090 26135140 22075030 22075040 21215140 21235010 21255080 21255140 26125130
4.3 5.02 4.51 4.01 4 4.23 4.54 4.52 4.26 4.28 4.31 4.21 4.48 4.5678 4.7166 4.776 4.207 4.117 4.331 4.562 4.784 4.822 4.18575.18 75.07 75.15 75.06 74.58 74.49 75.15 75.1 75.25 75.18 75.16 75.03 74.56 -74.95 -75.25 -75.41 -75.42 -75.12 -75.08 -74.70 -74.77 -74.92 -75.831505 2025 3150 450 360 289 3740 2960 1920 1920 2170 680 477 439 3250 3950 2053 690 780 297 1139 429 1749
N° Años 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 471 1981 2128.1 2651.0 1772.7 2043.0 1517.6 1610.0 1732.3 1986.0 1573.7 2012.3 2032.6 1502.5 2255.9 1650.9 1019.6 1024.7 1812.6 1780.2 1526.6 1355.7 1526.6 1948.2 2130.42 1982 1296.7 2397.7 1762.0 800.9 1707.1 1430.3 1594.8 1581.3 1153.8 2012.3 2032.6 1476.8 1641.8 1539.8 999.6 1003.1 1369.5 1676.4 1708.8 937.4 1708.8 1214.1 2671.23 1983 1812.1 1946.0 1730.5 1056.5 1239.0 1263.5 1576.7 1752.1 1171.9 1736.6 1049.4 1294.7 1676.1 1349.2 981.1 983.1 1392.6 1681.8 1268.4 650.9 1268.4 1551.6 1866.64 1984 2126.7 3078.0 1864.7 1535.0 1349.5 1467.4 1954.8 2271.8 1529.7 2173.1 2605.8 1499.9 2138.3 1737.8 1003.8 1007.6 2348.1 1905.5 1472.2 1243.1 1472.2 1273.1 2651.95 1985 1673.5 1768.0 1700.8 1379.5 1070.2 1040.0 1600.9 1364.0 1186.7 1848.6 2023.8 1597.5 1323.4 1302.9 956.3 956.3 1421.2 1688.5 1016.2 777.6 1016.2 1604.7 2659.56 1986 2020.5 2110.4 1660.0 1493.0 1352.7 1390.3 1579.5 1623.9 1363.2 2667.5 2432.9 1352.6 1648.5 1548.9 995.2 998.3 1499.1 1706.8 1378.4 921.8 1378.4 1529.5 2072.57 1987 1700.1 1535.7 1712.0 1395.0 987.4 1552.4 1171.0 1369.7 1045.6 1811.7 1819.9 1553.9 1424.2 1095.1 836.5 1052.5 1551.2 1585.5 1336.0 941.8 1336.0 636.3 2295.28 1988 1996.8 3186.0 2875.3 1701.0 1345.7 1558.6 1460.3 1881.7 1425.8 2589.0 2672.5 1430.4 1946.4 1732.5 1270.0 926.6 1748.3 2268.2 1967.8 984.3 1967.8 778.7 2736.89 1989 2248.5 4363.4 1996.1 1123.0 1554.7 1039.9 1545.1 1721.9 1203.4 2453.9 2366.6 1293.5 1263.7 1463.1 1092.6 956.2 1348.6 2014.2 1395.8 947.9 1395.8 826.1 2145.0
10 1990 2490.3 2891.4 1953.3 1663.0 1552.8 827.4 1073.0 1260.9 1130.7 1905.6 1938.4 994.9 1194.7 837.9 873.3 1011.8 1357.9 1545.5 1146.2 808.5 1146.2 1105.0 2107.511 1991 3042.0 2856.0 1314.7 1391.0 1501.8 931.9 1215.0 1237.4 1250.1 1945.6 1688.4 1453.6 1453.3 1401.5 947.7 934.9 1628.8 1583.8 1009.5 853.8 1009.5 1538.8 2259.712 1992 1908.9 2456.0 1287.2 1536.0 755.8 877.0 946.0 870.9 1017.9 1698.3 1507.5 1115.5 1335.3 925.4 698.0 822.3 1164.3 1251.5 930.4 731.3 930.4 1668.8 1877.413 1993 2614.2 2637.0 1654.6 1701.0 1648.9 1530.6 1582.0 1332.9 1230.4 1940.7 1287.7 1395.5 1388.1 1612.8 867.9 933.7 1553.3 2235.3 807.4 727.7 807.4 1432.5 2402.614 1994 1908.9 1434.0 1740.6 1322.2 1686.1 1704.0 1358.0 1315.8 1195.3 2128.4 1035.8 1459.5 1888.8 1687.1 1068.5 506.7 1415.3 1976.9 1942.5 1101.8 1942.5 1551.6 2536.215 1995 1882.4 1537.4 2519.4 1485.0 1263.0 1161.4 1597.9 1440.6 1272.3 1884.9 1728.9 1220.3 1778.1 1378.4 927.9 447.4 1746.4 1578.9 1218.2 922.8 1218.2 2009.4 2638.716 1996 2187.0 3068.0 2095.4 1685.0 1368.2 1234.0 1811.0 1857.2 1551.0 2483.7 2460.4 1383.7 1626.5 1629.8 1020.3 1144.3 2470.6 2174.8 1059.8 1168.0 1059.8 2115.7 3060.917 1997 1265.0 2000.1 1217.5 1233.0 1025.9 1072.3 1511.0 1019.6 948.6 1717.4 1345.9 961.1 2070.3 1248.2 688.8 927.4 985.3 1090.2 1286.8 1008.6 1286.8 1646.9 2007.218 1998 2017.5 2338.1 1653.1 1234.0 1409.5 1565.3 2392.6 1885.4 1547.4 2295.4 2225.3 1707.7 2283.1 1688.0 1290.0 1120.4 2152.5 2142.6 1796.3 917.2 1796.3 1320.3 2660.619 1999 1985.9 3089.5 1904.8 1721.0 1360.1 1275.4 2025.2 2224.1 1780.1 2303.3 2745.9 1609.2 2204.9 1575.8 1415.3 1489.3 1786.3 2798.0 1613.3 1115.9 1613.3 1323.4 2796.120 2000 2639.0 3085.3 1828.4 1643.8 1544.4 1231.2 1669.0 1981.9 1827.9 2867.8 2642.7 1305.5 1389.4 1947.9 1118.7 1200.5 3228.1 1230.6 1232.4 1138.4 1232.4 1356.7 2846.421 2001 1740.5 2526.0 1282.6 1162.0 1671.6 1192.0 1217.0 1477.0 1116.6 1584.8 1711.8 1286.8 1527.1 1164.6 861.1 991.2 1682.0 1749.6 1132.0 728.9 1132.0 1123.8 1816.222 2002 1612.4 2065.4 839.7 1889.0 1613.7 1563.4 1427.0 1575.2 1131.5 1765.4 1902.6 1516.0 1440.6 1491.5 902.4 963.5 1412.6 1686.5 1457.8 1460.1 1457.8 1564.5 2129.623 2003 2385.0 2492.2 884.8 1270.0 924.9 1091.3 1664.0 1686.3 1322.4 1557.8 2228.2 1097.5 1707.6 1593.7 784.5 1052.0 1709.2 1756.0 1207.1 1133.5 1207.1 1319.5 2354.924 2004 1535.0 2520.5 892.4 1309.0 1302.6 1055.4 1373.0 1612.9 1129.3 2120.2 2187.0 1027.5 1294.2 1098.0 839.1 425.3 1495.7 1706.0 1002.9 827.3 1002.9 1380.2 2300.125 2005 1836.7 2688.0 2588.7 1463.0 847.8 1165.4 1085.0 1986.9 1391.2 3125.6 1755.9 1342.5 1555.6 1580.6 875.9 869.2 1869.4 1793.5 1277.4 919.5 1277.4 1526.0 2527.626 2006 1954.0 2686.0 2952.6 1783.0 1290.1 1167.1 1544.6 1587.7 1221.8 1541.0 2618.3 1222.5 1574.5 878.3 1231.9 1254.4 1642.2 1740.3 1219.0 1127.6 1180.3 1480.7 2420.927 2007 1263.2 2734.8 1914.5 1464.4 1719.6 1252.2 1558.6 1674.3 1480.7 1322.0 2431.3 1481.5 1950.6 1075.8 979.9 981.7 1512.3 1709.9 1350.9 1345.6 1582.8 1560.5 2686.328 2008 2192.0 2744.7 2217.8 1491.6 1471.9 1442.8 1711.7 1023.7 1804.8 2436.0 2399.5 1687.0 1616.5 2133.7 1001.0 1039.2 2430.2 1924.8 1397.6 1122.1 1313.3 1504.5 3181.729 2009 1391.7 2278.6 1718.8 1753.0 1495.7 1023.5 1367.9 1338.0 1103.7 1107.9 1725.5 1262.0 1535.8 1224.6 914.3 1000.8 1426.6 1689.8 1327.1 1087.9 1265.1 1418.1 2152.330 2010 1977.3 2683.8 2252.6 1627.0 1754.2 1314.9 1656.1 1911.1 1264.1 1367.6 2497.6 1568.9 1548.9 1067.9 986.8 1256.8 2230.6 1878.0 1271.5 968.6 1277.7 1565.6 2705.231 2011 2024.2 2705.3 1998.9 1452.4 2114.9 938.3 1934.4 1730.2 1346.9 2151.4 2528.2 1071.5 1537.8 1506.6 1064.7 1390.6 1129.4 1620.2 1363.6 1051.2 1562.9 1550.9 3716.732 2012 1549.3 2202.2 1540.7 1847.6 1005.6 1255.7 1110.0 488.0 1311.2 2056.7 2190.6 1019.0 1228.8 1437.1 999.5 763.9 1503.5 1707.8 1323.9 928.9 1331.9 965.6 2506.933 2013 1591.1 2003.3 1322.0 1496.0 1244.9 1340.3 3859.2 1309.5 1233.4 1978.4 1911.7 1164.2 1364.4 1448.9 1055.8 1042.7 1745.9 1764.6 1237.3 646.7 1242.4 1465.1 2430.434 2014 1430.1 2222.3 1891.4 1499.6 1113.6 1305.2 1319.0 1464.0 1282.0 1958.5 1840.6 1266.1 1397.6 1807.3 936.6 1197.0 1330.6 1667.3 1291.5 947.7 1298.4 1436.8 2442.635 2015 1383.8 2089.8 1502.3 1489.7 1451.4 955.5 1594.8 1554.2 1226.6 1882.0 1568.0 1382.0 1623.8 1437.1 790.6 685.3 1815.0 1780.7 1229.8 636.8 1234.7 1469.0 1456.7
1908.9 2487.8 1772.7 1489.7 1378.9 1252.2 1594.8 1554.2 1307.8 2012.3 2032.6 1343.0 1623.8 1437.1 979.9 981.7 1683.3 1774.0 1320.1 976.8 1328.0 1421.8 2435.7Máxima 3042.0 4363.4 2952.6 2043.0 2114.9 1704.0 3859.2 2271.8 1827.9 3125.6 2745.9 1707.7 2283.1 2133.7 1415.3 1489.3 3228.1 2798.0 1967.8 1460.1 1967.8 2115.7 3716.7Mínima 1263.2 1434.0 839.7 800.9 755.8 827.4 946.0 488.0 948.6 1107.9 1035.8 961.1 1194.7 837.9 688.8 425.3 985.3 1090.2 807.4 636.8 807.4 636.3 1456.7
Datos completados con el valor promedio Datos completados con correlaciones por grupos
Promedio
NombreCodigoLatitudLongitudAltitud
42
Para el análisis de la precipitación total anual se realizó la construcción del modelo Builder para la generación de los Isoyetas mm/año para el periodo 1981 al 2015, tal como se muestra en la Figura N 13.
Figura N° 13 Modelo Builder para generación de Isoyetas mm/año37
En la Figura N° 14 se muestra las Isoyetas anuales, generadas para las cuencas Totaré, Coello y Totaré-Coello, siendo seleccionada una Isoyeta (mm/año) representativa por cada 5 años para su interpretación.
Periodo 1981-1985 (Año 1983)
Periodo 1986-1990 (Año 1986)
Periodo 1991-1995 (Año 1995)
Periodo 1996-2000 (Año 1996)
37Modelo Builder, Elaboración Propia.
43
Periodo 2001-2005 (Año 2001)
Periodo 2006-2010 (Año 2008)
Periodo 2011-2015 (Año 2013)
Periodo 1981-2015 (Año Promedio)
Figura N° 14 Resultado de Isoyetas en mm/año 38
7.3.2 Análisis de la Temperatura
Para el análisis de la temperatura media anual en las cuencas hidrográficas de Totaré, Coello y Totaré –Coello, se ha considerado las estaciones meteorológicas que opera el IDEAM, siendo en total 16 estaciones representativas para el proyecto.
Para los registros históricos con datos faltantes, fueron completados mediante una correlación simple, tal como se muestra en la Tabla N° 7.
38Elaboración Propia.
44
Tabla N° 7 Registros completados de temperatura en °C para el periodo 1981-201539
39Elaboración Propia.
Sta Isabel San Antonio Nataima Perales Hato Apto PeralesGuamo Cajamarca Ermita La Rio Manso Corazon Cemento DiaJerusalen Salto El Quinta La Cumbarco Pantanos21255110 22065040 21185020 21245010 21245040 21185030 21215100 21245090 22075030 22075040 21215140 21235010 21255080 21255140 26125130 26135190
4.42 3.54 4.11 4.25 4.25 4 4.26 4.7166 4.206778 4.1166 4.3313 4.5618 4.78375 4.8215 4.185 4.78333-75.07 -75.29 -74.57 -75.05 -75.08 -74.58 -75.25 -75.25 -75.4155 -75.1166 -75.0806 -74.7023 -74.7679 -74.9206 -75.8323 -75.4
2091 1500 431 750 928 360 1920 3250 2053 690 780 297 1139 429 1749 4250N° Años 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
1 1981 11.9 20.9 27.8 24.9 24.0 27.4 18.3 8.3 16.7 25.4 28.1 29.3 28.1 25.5 18.3 2.02 1982 11.9 21.0 28.0 25.0 24.1 27.5 18.3 8.3 17.0 25.5 27.7 28.3 27.7 26.8 18.8 2.03 1983 12.4 21.7 28.8 25.7 25.1 28.6 18.9 8.3 17.9 26.3 28.4 28.5 28.4 27.0 18.9 2.04 1984 11.3 20.5 27.0 24.1 23.7 27.7 17.9 8.3 16.5 25.2 27.8 27.4 27.8 27.7 18.0 2.05 1985 11.4 20.7 27.9 25.0 24.0 28.0 18.3 8.3 16.5 25.4 29.2 28.1 29.2 27.0 18.1 2.06 1986 11.5 20.9 26.8 24.7 24.1 27.9 18.3 8.3 16.6 24.5 29.2 27.9 29.0 26.4 18.8 2.07 1987 12.3 21.7 28.6 25.7 25.0 28.0 19.2 8.3 17.1 25.6 29.6 29.0 29.6 27.3 18.3 2.08 1988 11.7 21.1 27.9 24.6 23.4 27.4 18.6 8.3 16.1 25.1 28.7 28.8 28.7 27.4 17.5 2.09 1989 11.8 21.3 27.8 23.9 23.2 27.0 18.3 8.3 15.5 24.5 28.4 28.6 28.4 26.9 17.6 2.0
10 1990 12.1 21.8 28.4 24.6 23.9 27.5 18.7 8.3 16.3 25.1 28.7 28.4 28.7 26.7 19.1 2.011 1991 12.3 21.6 28.1 24.7 24.0 27.6 18.8 8.3 17.1 25.4 28.9 28.0 29.6 27.8 19.4 2.012 1992 12.4 22.0 28.3 25.3 25.1 28.1 18.9 8.3 17.1 26.5 30.0 28.1 30.0 27.8 19.5 2.013 1993 12.3 21.7 28.0 25.4 24.4 27.4 18.7 8.3 16.9 25.9 29.5 27.7 29.5 28.2 18.9 2.014 1994 12.2 21.7 27.8 24.6 24.3 27.3 18.5 8.3 17.0 25.8 29.8 27.7 29.8 28.3 19.0 2.015 1995 12.2 21.9 28.3 25.6 23.7 27.7 18.9 8.3 16.9 25.9 28.5 28.6 28.4 28.5 18.8 2.016 1996 11.9 21.8 27.6 25.0 23.3 27.2 18.5 8.3 16.6 25.0 29.1 28.1 29.1 26.7 18.4 2.017 1997 12.5 22.2 28.9 27.0 24.4 28.4 19.1 8.3 17.0 26.0 30.1 28.7 30.1 26.3 19.3 2.018 1998 13.2 22.0 28.7 26.7 24.3 28.4 19.3 8.3 17.1 26.1 29.3 28.3 29.3 27.1 19.8 2.019 1999 12.5 20.8 27.5 26.1 23.0 27.4 18.6 8.3 16.5 24.5 28.5 26.9 28.5 27.5 19.3 2.020 2000 12.5 20.8 27.7 25.8 23.3 28.2 18.6 8.3 16.5 24.9 28.8 27.2 28.8 27.2 18.7 2.021 2001 12.9 21.7 28.4 26.0 23.9 28.3 19.0 8.3 17.7 25.3 28.8 28.1 28.7 27.0 18.9 2.022 2002 13.1 21.8 28.6 26.3 24.0 28.7 19.2 8.3 18.1 25.4 28.8 28.1 28.8 27.2 19.0 2.023 2003 13.0 21.8 28.5 26.5 24.2 28.9 19.1 8.3 17.4 25.6 28.6 28.3 28.6 26.5 19.6 2.024 2004 12.8 21.7 28.5 25.8 24.2 29.2 18.9 8.3 17.2 25.6 28.7 28.2 28.7 26.8 19.8 2.025 2005 13.2 21.6 29.0 25.1 24.3 28.6 18.8 8.3 17.4 25.6 28.9 28.5 28.9 26.9 19.4 2.026 2006 12.8 21.5 28.5 24.5 24.0 27.9 18.9 8.3 17.5 25.4 28.6 28.1 28.6 27.9 19.7 2.027 2007 12.5 21.4 28.6 24.4 23.9 27.9 19.4 8.3 17.8 25.3 28.4 27.9 28.4 27.2 19.0 2.028 2008 12.4 20.9 27.9 23.4 23.2 27.2 18.8 8.3 17.0 24.8 27.9 27.4 27.8 26.9 18.4 2.029 2009 12.9 21.7 28.5 24.1 24.1 28.4 19.4 8.3 17.6 25.5 28.7 28.1 28.7 27.3 19.2 2.030 2010 13.1 21.6 28.1 24.4 24.0 27.5 21.3 8.3 17.6 25.4 28.3 28.1 28.3 27.6 19.1 2.031 2011 12.8 20.9 28.0 24.7 23.9 27.1 18.8 8.3 16.9 25.3 28.1 27.9 28.1 27.0 18.7 2.032 2012 13.1 21.5 28.1 25.4 24.4 27.6 18.9 8.3 16.6 25.7 28.6 27.8 28.6 27.1 19.1 2.033 2013 13.3 21.7 28.3 25.4 24.5 27.6 19.0 8.3 17.1 25.8 29.3 28.2 29.3 27.3 19.2 2.034 2014 12.4 21.4 28.2 25.2 24.0 27.9 19.0 8.3 17.1 25.4 28.8 28.1 28.8 27.2 19.2 2.035 2015 12.4 21.4 28.2 25.2 24.0 27.9 19.2 8.3 17.2 25.4 28.8 28.1 28.8 27.2 19.7 2.0
Promedio 12.43 21.45 28.15 25.16 24.03 27.87 18.87 8.30 17.00 25.44 28.79 28.13 28.79 27.18 18.93 2.00Máxima 13.30 22.20 29.00 27.00 25.10 29.20 21.30 8.30 18.10 26.50 30.10 29.30 30.10 28.50 19.80 2.00Mínima 11.30 20.50 26.80 23.40 23.00 27.00 17.90 8.30 15.50 24.50 27.70 26.90 27.70 25.50 17.50 2.00
NombreCodigoLatitudLongitudAltitud
45
Una vez analizada la temperatura anual de cada estación meteorológica, se procedió a la construcción del modelo Builder de Arc Gis 10.5 para la generación de Isotermas (°C/año) para el periodo 1981 al 2015, tal como se muestra en la Figura N° 15.
Figura N° 15 Modelo Builder para la generación de Isotermas en °C/año40
Y en la Figura N° 16 se muestra las Isotermas anuales generadas, seleccionándose una Isoterma representativa por cada 5 años para su interpretación.
Periodo 1981-1985 (Año 1983)
Periodo 1986-1990 (Año 1986)
Periodo 1991-1995 (Año 1995)
Periodo 1996-2000 (Año 1996)
40Modelo Builder, Elaboración Propia.
46
Periodo 2001-2005 (Año 2001)
Periodo 2006-2010 (Año 2008)
Periodo 2011-2015 (Año 2013)
Periodo 1981-2015 (Año Promedio)
Figura N° 16 Resultado de Isotermas en °C/año41
7.3.3 Análisis de la Evapotranspiración
Para el cálculo de la Evapotranspiración Anual en las cuencas hidrográficas de Totaré, Coello y Totaré –Coello se utilizó la formula Turc 1983, para ello se ha considerado las estaciones meteorológicas con registros de precipitación y temperatura comunes para el periodo 1981 - 2015, seleccionándose en total 15 estaciones representativas, tal como se muestra en la Tabla N° 8.
Según los resultados obtenidos se observar que la Evapotranspiración anual en las cuencas en estudio varía desde los 400 mm/año en las partes altas hasta los 1300 mm/año en las partes bajas de las cuencas.
41Elaboración Propia.
47
Tabla N° 8 Registros generados de Evapotranspiración mm/año para el periodo 1981-201542
42Elaboración Propia.
Tipo CO CO AM CO SS CP CO CO CO CO CO CO CO COSta Isabel San Antonio Nataima Perales Hato Apto PeralesGuamo Cajamarca Ermita La Rio Manso Corazon Cemento DiaJerusalen Salto El Quinta La Cumbarco
21255110 22065040 21185020 21245010 21245040 21185030 21215100 21245090 22075030 22075040 21215140 21235010 21255080 21255140 261251304,42 3,54 4,11 4,25 4,25 4 4,26 4,7166 4,206778 4,1166 4,3313 4,5618 4,78375 4,8215 4,185
-75,07 -75,29 -74,57 -75,05 -75,08 -74,58 -75,25 -75,25 -75,4155 -75,1166 -75,0806 -74,7023 -74,7679 -74,9206 -75,83232091 1500 431 750 928 360 1920 3250 2053 690 780 297 1139 429 1749
N° Años 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 151 1981 643,4 1138,0 1289,6 1222,6 1297,6 1252,5 895,6 479,7 850,9 1282,5 1280,0 1212,4 1280,0 1339,2 961,52 1982 640,7 1111,5 1318,4 1178,1 1166,5 1345,8 800,8 477,8 805,5 1248,9 1354,6 897,2 1354,6 1067,0 1026,43 1983 649,0 1086,3 998,1 1099,9 1302,9 1121,0 825,7 475,9 845,5 1283,5 1136,2 654,2 1136,2 1255,5 966,84 1984 634,5 1127,9 1424,2 1217,6 1283,6 1169,1 870,6 478,2 876,4 1310,4 1241,5 1098,3 1241,5 1123,6 976,05 1985 600,2 1065,4 968,6 1052,1 1142,1 993,5 810,4 473,3 794,5 1250,3 969,1 764,1 969,1 1280,3 982,56 1986 625,4 1127,0 1188,9 1170,4 1223,5 1176,9 855,1 477,4 810,2 1215,1 1224,5 880,6 1219,7 1223,8 984,17 1987 626,9 1086,9 1093,4 1116,4 1110,1 932,6 790,3 458,1 839,0 1218,0 1206,2 907,9 1206,2 635,9 973,98 1988 639,8 1150,8 1118,9 1212,3 1214,1 1159,6 880,6 497,7 816,8 1395,3 1509,0 939,5 1509,0 760,1 949,59 1989 626,6 1072,3 1065,9 1098,2 1207,4 1257,0 815,2 486,0 744,3 1301,7 1215,2 908,7 1215,2 794,8 924,1
10 1990 651,5 1046,7 1056,2 948,8 1117,3 1273,5 806,1 463,3 776,3 1182,2 1059,0 792,5 1059,0 995,7 1004,311 1991 654,1 1096,1 1291,6 1090,6 1103,1 1250,9 845,5 472,4 849,5 1209,4 960,3 827,1 968,4 1276,6 1035,712 1992 646,5 1050,7 1143,8 873,7 1041,1 745,4 771,5 433,3 764,6 1082,3 907,9 724,1 907,9 1340,2 999,613 1993 655,7 1208,3 1482,5 1059,7 1181,3 1315,7 836,4 462,5 830,6 1438,5 799,1 718,6 799,1 1231,1 1016,714 1994 657,0 1106,8 1380,0 1135,1 1212,1 1328,5 819,6 484,1 813,6 1363,8 1548,9 1011,1 1548,9 1299,6 1031,415 1995 603,2 1202,4 1353,5 1018,3 1181,8 1117,4 855,1 470,1 853,9 1227,0 1105,1 888,6 1103,2 1515,7 1024,716 1996 635,4 1141,6 1092,8 1072,3 1172,9 1167,0 900,6 479,8 887,3 1368,7 1001,4 1063,6 1001,4 1454,7 1016,917 1997 635,2 1047,1 1132,2 974,7 993,5 966,6 747,6 431,3 709,2 973,0 1182,8 957,2 1182,8 1271,3 1004,918 1998 700,5 1168,6 1687,3 1377,0 1210,7 1223,3 935,5 498,7 897,7 1427,2 1459,3 881,1 1459,3 1137,2 1090,119 1999 683,3 1156,6 1291,3 1314,7 1266,8 1167,9 940,4 504,5 924,6 1438,5 1338,5 1006,6 1338,5 1149,2 1064,820 2000 678,6 1136,0 1253,6 1213,1 1206,6 1292,6 946,6 488,0 903,5 1029,5 1120,5 1027,1 1120,5 1160,0 1028,221 2001 685,7 1138,1 1130,4 1139,8 1065,2 1360,5 810,6 461,6 884,0 1268,3 1050,4 722,0 1048,8 1013,7 960,322 2002 688,9 1086,5 1307,4 1235,0 1224,5 1345,6 821,8 467,0 857,6 1249,6 1262,5 1243,8 1262,5 1268,8 1000,723 2003 687,6 1099,6 1255,5 1121,6 1101,4 893,3 875,9 449,8 873,3 1281,2 1099,5 1043,3 1099,5 1120,8 1055,724 2004 680,3 1114,5 1097,7 928,9 1083,7 1175,5 811,8 458,4 835,0 1263,3 952,8 806,8 952,8 1162,3 1063,325 2005 698,9 1156,0 1307,3 1093,0 1125,3 827,1 881,1 463,6 890,6 1297,4 1152,6 885,0 1152,6 1239,7 1055,926 2006 677,3 1107,1 1205,3 973,0 1172,0 1138,8 840,8 495,5 869,4 1268,8 1107,6 1035,8 1081,1 1249,1 1067,127 2007 665,8 1139,9 1411,8 1127,7 1215,2 1367,5 925,9 475,8 863,3 1254,4 1188,6 1172,5 1319,3 1266,9 1039,828 2008 687,2 1155,5 1366,4 1281,4 1224,2 1222,7 953,7 477,9 907,7 1295,7 1201,5 1019,9 1150,6 1229,3 1020,729 2009 662,3 1063,2 1070,7 980,6 1148,0 1272,5 817,9 468,5 839,9 1253,9 1180,3 1007,8 1140,3 1197,3 1014,330 2010 711,1 1193,6 1159,0 881,7 1239,8 1366,2 936,2 476,5 930,0 1314,0 1136,4 919,2 1140,0 1283,3 1047,231 2011 697,3 1150,7 1152,2 1151,0 1239,6 1477,3 869,9 483,7 749,1 1221,3 1189,0 978,3 1299,0 1256,3 1054,132 2012 691,6 1081,3 1107,2 1140,0 1153,0 940,7 866,6 477,8 810,8 1270,6 1176,0 885,1 1181,1 905,0 1035,833 2013 715,9 1139,0 1086,4 1148,0 1195,9 1103,8 846,6 483,0 861,4 1294,8 1132,8 649,1 1136,9 1221,7 1036,934 2014 665,4 1136,1 1260,8 1294,2 1249,4 1022,2 860,3 471,1 800,4 1242,5 1159,5 903,4 1164,2 1203,7 1037,735 2015 629,2 1130,7 1239,7 1132,5 899,5 1232,3 851,5 450,9 873,9 1282,6 1118,6 639,8 1122,0 1220,6 933,0
Promedio 660,92 1120,54 1222,53 1116,40 1170,62 1171,51 854,85 472,95 841,15 1265,84 1163,63 916,35 1167,74 1175,73 1013,84Máxima 715,86 1208,31 1687,27 1377,05 1302,94 1477,31 953,72 504,51 930,01 1438,52 1548,90 1243,83 1548,90 1515,72 1090,09Mínima 600,21 1046,74 968,61 873,74 899,50 745,41 747,63 431,27 709,16 973,02 799,05 639,83 799,05 635,91 924,15
NombreCodigoLatitudLongitudAltitud
48
Una vez calculado la Evapotranspiración anual, se realizó la construcción del modelo Builder para la generación de Líneas de Evapotranspiración para el periodo 1981 al 2015, tal como se muestra en la Figura N° 17.
Figura N° 17 Modelo Builder para la Evapotranspiración 43
En la Figura N° 18 se muestra la Evapotranspiración anual generada para el periodo 1981-2015, siendo seleccionada una representativa por cada 5 años para su interpretación.
Periodo 1981-1985 (Año 1983)
Periodo 1986-1990 (Año 1989)
Periodo 1991-1995 (Año 1995)
Periodo 1996-2000 (Año 1996)
43Modelo Builder, Elaboración Propia.
49
Periodo 2001-2005 (Año 2001)
Periodo 2006-2010 (Año 2008)
Periodo 2011-2015 (Año 2013)
Periodo 1981-2015 (Promedio)
Figura N° 18 Resultados de Evapotranspiración en mm/año44
7.4 CALCULO DEL INDICE DE VEGETACIÓN
7.4.1 Generación de la pendiente
Para la generación de la pendiente, se ha utilizado en el modelo Builder de Arc Gis 10.5, para ellos se utilizó el Modelo de Elevación Digital (DEM) y la herramienta Slope, cuyo resultado se muestra en la Figura N° 19.
Figura N° 19 Modelo Builder para la generación de pendientes 45
44Elaboración Propia. 45Modelo Builder, Elaboración Propia.
50
Según la Tabla N° 9 se realizó la reclasificación de pendientes y en la Figura N° 20 se presenta los resultados de reclasificación de las pendientes.
Valor Rango de pendiente del terreno
1 0 – 7 % Pendiente Suave
2 7 – 15 %
3 15 – 45 %
4 45 a más Pendiente muy alto
Tabla N° 9 Rango de pendientes del terreno46
Pendiente Sin Clasificar (%)
Reclasificación de la Pendiente (%)
Figura N° 20 Reclasificación de las pendientes del terreno47
7.4.2 Cálculo del Índice de Vegetación Normalizada
Para el cálculo del Índice de Vegetación Normalizada (NDVI), se ha utilizado las imágenes Landsat 5 y 8, en la cual se ha realizado las correcciones geométricas, radiométricas y atmosféricas por cada escena (2 escenas del área de estudio), para ello se ha utilizado el software Erdas con extensión Focus.
Las imágenes seleccionadas han sido revisadas desde el año 1980 hasta la actualidad, solo encontrándose imágenes Landsat 5 para los años 1996, 2001 y Landsat 8 para el 2015, con una regular calidad de resolución espectral y espacial. Por lo tanto para el cálculo del NDVI se utilizó la banda 3 (rojo) y la banda 4 (infrarrojo cercano) para luego aplicarlo en la siguiente ecuación:
46Modelo Hidrológico Distribuido de Generación de Caudales en cuencas con escasa información, Disponibilidad Hídrica Disapro I, Universidad Nacional Agraria La Molina, Dr. Abel Mejía, Ing. Cayo Ramos e Ing. Ernesto Fonseca. 47Elaboración Propia.
51
NDVI = (Banda 4- Banda 3) / (Banda 4+Banda 3)
Para el cálculo del NDVI se ha utilizado la herramienta Calculadora Raster de Arc Gis 10.5. Luego se ha utilizado el modelo Builder para la reclasificación del NDVI, tal como se muestra en la Figura N° 21.
Figura N° 21 Modelo Builder para la Reclasificación de los NDVI48
En la Tabla N° 10 y Figura N 22 se muestra la reclasificación del NDVI, cuyos valores varían de -1.0 a 1.0, encontrándose los valores menores a cero que representan superficies sin vegetación alguna, que podrían ser suelos desnudos, rocas, cuerpos de agua, nevados, etc., y las mayores a 0.0 representan superficies con vegetación.
Valor Rango de Índice de vegetación
10 -1 a 0
20 De 0 a 0.2
30 De 0.2 a 0.4
40 De 0.4 a 0.6
50 De 0.6 a +1
Tabla N° 10 Rango de Índices de vegetación 49
48Modelo Builder, Elaboración Propia. 49Modelo Hidrológico Distribuido de Generación de Caudales en cuencas con escasa información, Disponibilidad Hídrica Disapro I, Universidad Nacional Agraria La Molina, Dr. Abel Mejía, Ing. Cayo Ramos e Ing. Ernesto Fonseca.
52
NDVI 1996
Reclasificación NDVI 1996
NDVI 2001
Reclasificación NDVI 2001
NDVI 2015
Reclasificación NDVI 2015
Figura N° 22 Reclasificación de los índices de vegetación 50
50Elaboración Propia.
53
7.4.3 Coeficiente de escorrentía (CE)
Para el cálculo del coeficiente de escorrentía, se aplicó la siguiente ecuación51:
CE= 4.99/ (CE número)
Dónde:
CE numero = Valor de la pendiente + valor del NDVI
En la Tabla N° 11 se muestra los coeficientes de escorrentía para los años 1996, 2001 y 2015.
Tabla N° 11 Rango de coeficientes de escorrentía52
7.4.4 Generación de volúmenes de agua
Para el cálculo de volúmenes de agua superficial se ha realizado para el periodo 1981 -2015, realizando la multiplicación de los raster de precipitación con el raster de coeficiente de escorrentía (CE), tal como se muestra en la siguiente ecuación:
Volumen= P * CE * f
51Modelo Hidrológico Distribuido de Generación de Caudales en cuencas con escasa información, Disponibilidad Hídrica Disapro I, Universidad Nacional Agraria La Molina, Dr. Abel Mejía, Ing. Cayo Ramos e Ing. Ernesto Fonseca. 52Elaboración Propia.
54
Dónde:
P : Precipitación total mm/año
CE : Coeficiente de escorrentía
F : Factor de Conversión
Periodo 1981-2015
Periodo 1981-2015
Figura N° 23 Volumen de escorrentía mm/año
55
8 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
8.1 PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS
Las cuencas de los ríos Totaré, Coello y Totaré-Coello, según su área son de clase mediana, con una forma rectangular oblonga a alargada y una buena respuesta hidrológica a crecientes. En cuanto a su sistema de drenaje las cuencas presentan una longitud de cauce principal de clase pequeño y una pendiente de cauce de clase alta por tener valores mayores a los 2%, tal como se muestra en la Tabla N° 12.
Características Rango Clase Cuencas
Área de la cuenca
0-250 km2 pequeña -
250-2500 km2 mediana Totaré, Coello y Totaré-Coello
> 2500 km2 grande -
Coeficiente de Compacidad
1.00-1.50 oval redonda -
1.50-1.75 rectangular oblonga Totaré
>1.75 alargada Coello y Totaré-Coello
Factor de Forma <=0.30 buena respuesta Totaré, Coello y Totaré-Coello
> 0.30 regular respuesta -
Longitud del Cauce Principal
0-50 km corto Totaré-Coello
50-100 km mediano Totaré y Coello
>100 km largo
Pendiente del Cauce Principal
0-1 % baja
1-2 % mediana
>2 % alta Totaré, Coello y Totaré-Coello
Tabla N° 12 Clasificación de sus Parámetros morfométricos 53
8.2 CARACTERIZACIÓN DEL CLIMA
Para caracterización del clima en las cuencas hidrográficas, se tuvo en cuenta los resultados de las siguientes variables meteorológicas.
El estudio de la precipitación es importante debido que tiene una relación directa con la
53Autoridad Nacional del Agua, Ministerio de Agricultura de Perú.
56
ocurrencia de la escorrentía superficial, además que en base a la información de lluvia sobre la cuenca y mediante una modelación matemática, es factible generar información sintética de caudales y de esta forma dar validez a la información hidrométrica disponible.
Para realizar la caracterización de la precipitación se ha considerado los datos registrados en 46 estaciones meteorológicas, como se muestra en la Tabla N° 1., las cuales se encuentran distribuidas espacialmente dentro del ámbito de estudio.
Según los resultados podemos observar que las precipitaciones más altas se presentan en la cuenca media que están entre altitudes de los 2000 a 3000 msnm y precipitaciones bajas se presentan en las partes altas y bajas de las cuencas en estudio, tal como se muestra en la Figura N° 24.
Figura N° 24 Relación entre la altitud vs la Precipitación total anual 54
De igual manera se observa en el mapa de Isoyetas promedio que las mayores concentraciones de precipitación se presentan en la cuenca media, tal como se muestra en la Figura N° 25.
54Elaboración Propia.
57
Figura N° 25 Relación entre la altitud vs la Precipitación total anual 55
Al igual que la precipitación pluvial y tal vez con mayor nitidez, la temperatura es el elemento meteorológico, cuya variación espacial está ligada al factor altitudinal. La temperatura es una variable climática de gran importancia dentro del ciclo hidrológico debido a que esta se encuentra ligada con la evapotranspiración. Podemos mencionar que la temperatura del aire es un indicador importante para describir las condiciones meteorológicas de la zona de estudio.
Para determinar la temperatura media anual se ha considerado los datos de temperatura media registrada en 16 estaciones, tal como se muestra en la Tabla N° 1. Una vez calculada la temperatura media anual, se ha realizado un análisis de correlación espacial en función de su altitud, observándose una disminución de la temperatura con la altitud; teniendo como resultado una ecuación lineal con su respectivo coeficiente de correlación (R2) igual a 0.95, siendo el R2 un valor aceptable para el ajuste de dicha ecuación, tal como se muestra en la Figura N° 26.
55Mapa de Isoyetas Promedio, Elaboración Propia.
58
Figura N° 26 Relación entre la altitud vs la temperatura media anual 56
De igual manera se observa en el mapa de Isotermas promedio, las altas temperaturas se dan en las partes bajas de las cuencas y las bajas temperaturas en las partes alta de las cuencas, tal como se muestra en la Figura N° 27.
Figura N° 27 Relación entre la altitud vs la Temperatura media anual °C 57
En cuanto a la evapotranspiración es la cantidad máxima de agua capaz de ser perdida a la atmósfera. Adicionalmente es un elemento importante dentro del balance hídrico, debido a que es el principal parámetro responsable del déficit hidrológico.
56Elaboración Propia. 57Mapa de Isotermas, Elaboración Propia.
59
Una vez calculada la evapotranspiración anual de las 15 estaciones, se ha realizado un análisis de correlación espacial en función de su altitud, observándose una disminución de la evapotranspiración con la altitud; teniendo como resultado una ecuación lineal con su respectivo coeficiente de correlación (R2) igual a 0.92, siendo R2 un valor aceptable para el ajuste de dicha ecuación, tal como se muestra en la Figura N° 28.
Figura N° 28 Relación entre la altitud vs Evapotranspiración anual 58
Se observa en el mapa de líneas de evapotranspiración, que la evapotranspiración más altas se dan en las partes bajas de la cuenca y viceversa en la cuencas altas, tal como se muestra en la Figura N° 29.
Figura N° 29 Relación entre la altitud vs Evapotranspiración anual59
58Elaboración Propia. 59Mapa de Líneas de Evapotranspiración, Elaboración Propia.
60
8.3 COEFICIENTES DE ESCORRENTIA
Podemos indicar que según los resultados obtenidos de coeficiente de escorrentía (CE) para las cuencas en estudio, varían desde los 0.090 hasta los 0.45, quiere decir que gran parte de la cuenca presentan alta cobertura vegetal y se refleja dichos resultados obtenidos en el NDVI.
Por lo tanto, según los criterios de The CCRFCD is organized under Chapter 543 of the Nevada Revised Statutes (NRS), menciona que los bosques o montes según sus características de suelo, presenta un coeficiente de escurrimiento entre 0.01 a 0.30, tal como se muestra en la Tabla N° 13. Por lo que se concluye que los resultados obtenidos de Coeficientes de Escorrentía son representativos y aceptables para las cuencas en estudio.
Tabla N° 13 Clasificación de los coeficientes de escorrentía 60
8.4 VOLUMEN DE AGUA SUPERFICIAL
Los resultados de escorrentía superficial, se muestra en la Tabla N° 14 para el periodo 1981 – 2015 para las cuencas del río Totaré, Coello y Totaré-Coello en m3/s y MMC.
Años Cuenca del rio Coello Cuenca del rio Totaré Cuenca del rio Totaré _ Coello
m3/s MMC m3/s MMC m3/s MMC
1981 37.62 1186.43 23.10 728.58 3.09 97.59
1982 33.27 1049.18 20.83 656.80 2.86 90.11
1983 31.80 1002.85 19.67 620.25 2.44 76.82
60The CCRFCD is organized under Chapter 543 of the Nevada Revised Statutes (NRS).
61
1984 40.79 1286.35 26.33 830.26 3.12 98.33
1985 31.74 1001.01 19.61 618.55 2.64 83.19
1986 35.37 1115.42 21.76 686.28 2.66 83.78
1987 30.93 975.48 19.05 600.90 2.68 84.57
1988 39.49 1245.50 26.83 846.16 3.20 100.83
1989 34.38 1084.07 21.86 689.34 2.57 81.05
1990 32.42 1022.39 18.59 586.19 1.99 62.69
1991 32.80 1034.47 18.47 582.40 2.33 73.62
1992 27.34 862.23 16.43 518.27 1.87 59.02
1993 32.65 1029.57 20.22 637.62 2.72 85.70
1994 32.86 1036.24 20.73 653.84 3.02 95.34
1995 32.31 1018.97 19.40 611.74 2.40 75.71
1996 38.09 1201.26 22.82 719.54 2.57 80.93
1997 36.53 1151.86 22.05 695.37 4.01 126.39
1998 53.48 1686.47 32.18 1014.86 6.12 193.03
1999 56.78 1790.62 34.43 1085.79 6.11 192.65
2000 53.43 1684.92 32.07 1011.23 5.69 179.31
2001 38.04 1199.56 24.94 786.43 4.50 141.98
2002 43.05 1357.52 27.76 875.53 5.50 173.42
2003 41.50 1308.61 29.23 921.66 4.53 142.80
2004 40.78 1286.10 25.45 802.58 4.01 126.57
2005 45.11 1422.70 29.68 935.90 4.62 145.69
2006 45.46 1433.55 27.87 878.88 4.54 143.29
2007 34.75 1095.76 21.44 676.24 3.32 104.84
2008 38.30 1207.76 26.48 835.06 3.87 122.18
2009 28.96 913.13 18.87 595.09 2.89 91.20
2010 35.56 1121.30 21.21 668.95 3.10 97.61
2011 35.83 1130.06 22.79 718.74 3.05 96.10
2012 30.57 964.07 18.72 590.49 2.89 91.05
2013 30.72 968.82 20.72 653.39 2.93 92.35
2014 32.25 1017.13 21.85 689.17 3.30 104.13
2015 28.03 884.05 18.19 573.73 2.68 84.55
Q Media 36.94 1165.01 23.19 731.31 3.42 107.95 Q Máx. 56.78 1790.62 34.43 1085.79 6.12 193.03 Q Mín. 27.34 862.23 16.43 518.27 1.87 59.02 Q 60% 33.11 1044.00 21.06 664.09 2.89 91.14 Q 75% 32.28 1018.05 19.64 619.40 2.67 84.17 Q 95% 28.68 904.40 18.39 579.80 2.23 70.34
Tabla N° 14 Resultados de Volúmenes de agua superficial61
Según los resultados obtenidos se tiene para la cuenca del rio Coello un caudal promedio de
36.94 m3/s (1165.01 MMC), para la cuenca del rio Totare un caudal promedio de 23.19 m3/s
(731.31 MMC) y la cuenca Totare – Coello un caudal promedio de 3.42 m3/s (107.95 MMC).
61Elaboración Propia.
62
Para determinar caudales promedio en cualquier punto de interés de la cuenca, se ha realizado una correlación espacial Área vs Caudal Promedio, tal como se muestra en la Figura N° 30, se tiene una ecuación lineal con su respectivo coeficiente de correlación (R2) igual a 0.98, siendo el R2 un valor aceptable para el ajuste de dicha ecuación.
Figura N° 30 Relación entre Área vs Caudal Promedio62
En cuanto a su índice estandarizado se observa que los caudales se mantienen dentro de lo normal por encontrase sus valores entre -1 y 1, y existiendo años con caudales muy altos como es de los años 1998 al 2000 y años por debajo de lo normal en los años 1990 al 1992, tal como muestra en la Figura N° 31.
Figura N° 31 Índice Estandarizado de Caudales63
62Relación Área vs Caudal Promedio, Elaboración Propia. 63Índice Estandarizado, Elaboración Propia.
63
En cuanto a su rendimiento hídrico, se tiene para la cuenca del rio Coello de 20.28 l/s/km2, para la cuenca del rio Totaré 16.28 l/s/km2 y la cuenca Totaré – Coello de 6.04 l/s/km2.
Finalmente según estudios anteriores se presenta un caudal promedio para el rio Coello de 37.0 m3/s y para la cuenca del rio Totaré de 17.0 m3/s, por lo tanto con respecto a nuestros resultados se tiene una confiabilidad de 95 % y 75% respectivamente.
9 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
9.1 CONCLUSIONES
Los datos disponibles meteorológicas y cartográficas proporcionados por el IDEAM e IGAC, fueron de buena calidad, la cual permitieron determinar las condiciones de la cuenca y cubrir las necesidades del modelo hidrológico Disapro I.
A cada cuenca se generaron sus parámetros morfometricos, según su clasificación de área son de clase mediana por tener valores menores a los 2500 km2, con un factor de forma de clase rectangular oblonga a alargada y con una buena respuesta hidrológica a crecientes. En cuanto a su sistema de drenaje, según su clasificación varían su clase de tamaño pequeño a mediano por presentar longitudes de cauce menores a los 100 km y con pendientes de cauce de clase alta por tener valores mayores a los 2%.
Las precipitaciones altas ocurren en las zona media de las cuencas, entre altitudes que varían desde los 2000 a 3000 msnm, llegando a tener valores de hasta los 2574 mm/año y las precipitaciones bajas ocurren en las zonas altas y bajas de las cuencas. En cuanto a la temperatura abarcan desde los 2.0 ° C en las zonas altas hasta los 28.1 ° C en las zonas más bajas, lo cual indica una alta evapotranspiración en las zonas más bajas de las cuencas.
El modelo hidrológico Disapro I, es una herramienta muy importante para la toma de decisiones en el manejo y la distribución del recurso hídrico para los diferentes usos consuntivos y no consuntivos en la cuenca, una vez conocido el volumen disponible en la cuenca se podrá asignar a cada usuario el volumen requerido, la cual será registrada a partir de estaciones de control para cada unidad de riego, y en cuanto al uso del modelo es práctico y sencillo comparado con otros modelos hidrológicos.
Los coeficientes de escorrentía (CE) para las cuencas en estudio, varían desde los 0.090 hasta los 0.45, quiere decir que gran parte de la cuenca presentan alta cobertura vegetal y se refleja dichos resultados obtenidos en el cálculo del NDVI. En cuanto a su rendimiento hídrico, se tiene para la cuenca del rio Coello de 20.28 l/s/km2, para la cuenca del rio Totaré 16.28 l/s/km2 y la cuenca Totaré – Coello de 6.04 l/s/km2.
Finalmente podemos afirmar que este modelo hidrológico Disapro I es aceptable a las condiciones normales de la cuenca, debido a que obtuvieron resultados de volúmenes de agua altamente confiables para el periodo 1981-2015.
64
9.2 RECOMENDACIONES
Se recomienda realizar estudios de demanda y balance hídrico por cada cuenca hidrográfica a fin de conocer el volumen de agua demandada por cada usuario.
Se recomienda instalar sistemas de medición de volúmenes de agua, para tener un mejor control de las mismas.
Se recomienda realizar monitoreo constante de las fuentes hídricas, para tener mayor detalle en la asignación de volúmenes de agua a nivel de usuarios.
10 BIBLIOGRAFÍA 1. Aparicio Mijares, F. (1997). Fundamentos de Hidrología de Superficie. Editorial Limusa,
México.
2. Chereque Moran, W. (1989), Hidrología para estudiantes de ingeniería civil, Pontificia
Universidad Católica del Perú, obra auspiciada por CONCYTEC, Lima, Perú.
3. Chow, Ven Te; Maidment, D. y Mays, L. (1980) Hidrología Aplicada. Mc Graw Hill
Interamericana S.A., Colombia.
4. C. Ramos, A. Mejia, P. Guerrero, E. Fonceca, Modelo Hidrologico Distribuido de
Generacion de Caudales en cuencas con escasa informacion en los andes peruanos
(disponibilidad de agua para profodua v1).
5. La Autoridad Nacional del Agua (ANA), Programa Nacional de Formalizacion de Derechos
de Uso de Agua Superficial, Lima Peru.
6. Universidad Nacional Agraria La Molina UNALM., Facultad deIngenieria Agricola. Lima-
Perú
7. https://www.yumpu.com/es/document/view/29788438/estudio-hidrologico-de-la-
cuenca-del-rio-nepeaa-informe-final/123,
11 ANEXOS
Anexo N° 1 Generación de los parámetros morfométricos
65
Anexo N° 2 Caracterización del clima.
Anexo N° 3 Determinación del Coeficiente de Escorrentía (CE)
Anexo N° 4 Estimación del volumen de agua superficial
66
