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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E
INDUSTRIAS
CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y MANEJO
DE RIESGOS NATURALES
ESTIMACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN ESPACIAL DEL
ESCURRIMIENTO EN CUENCAS DE ALTA MONTAÑA
MEDIANTE LA APLICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE
INFORMACIÓN GEOGRÁFICA
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE INGENIERO AMBIENTAL Y MANEJO DE RIESGOS NATURALES
JHOSELYN DENNISE ACOSTA PLAZAS
DIRECTOR: ING. MAURICIO VALLADARES BORJA
Quito, febrero 2017
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2017
Reservados todos los derechos de reproducción
FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO
PROYECTO DE TITULACIÓN
DATOS DE CONTACTO
CÉDULA DE IDENTIDAD: 1724451040
APELLIDO Y NOMBRES: ACOSTA PLAZAS JHOSELYN DENNISE
DIRECCIÓN: AV. AJAVI Y TENIENTE HUGO ORTIZ Oe3-
213
EMAIL: [email protected]
TELÉFONO FIJO: 2685029
TELÉFONO MOVIL: 0992847670
DATOS DE LA OBRA
TITULO: ESTIMACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN
ESPACIAL DEL ESCURRIMIENTO EN
CUENCAS DE ALTA MONTAÑA MEDIANTE
LA APLICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE
INFORMACIÓN GEOGRÁFICA
AUTOR O AUTORES: JHOSELYN DENNISE ACOSTA PLAZAS
FECHA DE ENTREGA DEL PROYECTO
DE TITULACIÓN:
06 DE FEBRERO 2017
DIRECTOR DEL PROYECTO DE
TITULACIÓN:
INGENIERIO MAURICIO VALLADARES
BORJA
PROGRAMA PREGRADO POSGRADO
TITULO POR EL QUE OPTA: INGENIERO AMBIENTAL Y MANEJO DE
RIESGOS NATURALES
RESUMEN: Mínimo 250 palabras El presente estudio tiene como objeto el
desarrollo de una metodología para el
cálculo de CN (Número de Curva) en la
X
cuenca de la quebrada Rumihurco, que
tiene un área de 10,5714 𝒌𝒎𝟐 y se
encuentra ubicada en la parroquia El
Condado. En la parte alta y media de la
cuenca se encuentra entre la Protección
Rumipamba, Cochapamba y El Condado;
en la parte baja de la cuenca se encuentre
entre los barrios Bellavista Alta, Repuerto
Alarcon, Hacienda Santa María, Cotocollao
y Atucucho.
El modelo creado en un Sistemas de
Información Geográfica, y particularmente
en el programa ModelBuilder del sistema
Arc Gis el mismo que permite trabajar con
datos espaciales como tipo de suelo,
modelo digital del terreno y cobertura
vegetal, de una misma cuenca
hidrográfica. La generación del mapa del
Número de Curva y el Número de Curva
ponderado se realizó mediante la
reclasificación de las tablas de cobertura
vegetal y uso de suelo. Para tener una
mayor exactitud al obtener el CN de la
cuenca se utilizó información de USDA
(United States Departament of
Agriculture).
Como resultado de la investigación, se
determinó que el CN ponderado de la
cuenca Rumihurco es de 68,44, que es un
indicador del alto porcentaje de
impermeabilización que ha sufrido la
cuenca durante los últimos años, debido
al intensivo proceso de urbanización. El
CN máximo es de 98, en zonas urbanas
consolidadas y el CN mínimo es de 15, en
zonas altas con presencia de los pastos
de tallo corto, rosetas acaulescentes y
hierbas en cojín. El método de cálculo del
CN se sustenta en la metodología de
reclasificación de tablas, que se asignó el
grupo hidrológico (A,B,C,D) a la capa de
uso de suelo y la condición hidrológica a
la capa de cobertura vegetal. Esta
metodología puede ser replicada en
diferentes cuencas del DMQ ya que es un
método verificado y utilizado en otros
países.
PALABRAS CLAVES: SIG, Número de Curva, Model Builder
ABSTRACT: The present study aims to develop a
methodology for the calculation of CN
(Curve Number) in the Rumihurco stream
basin, which has an area of 10.5714 𝒌𝒎𝟐
and is located in the El parish County. In
the upper and middle part of the basin is
between the Protection Rumipamba,
Cochapamba and El Condado; In the lower
part of the basin is between the Bellavista
Alta, Alarcon, Hacienda Santa Maria,
Cotocollao and Atucucho districts.
The model created in a Geographic
Information Systems, and particularly in
the Model Grouilder program of the Arc
Gis system, which allows to work with
spatial data such as soil type, digital
terrain model and vegetation cover, from
the same river basin. The mapping of the
Curve Number and the Weighted Curve
Number was performed by reclassifying
the tables of vegetation cover and land
use. To obtain greater accuracy in
obtaining the CN from the basin, USDA
(United States Department of Agriculture)
information was used.
As a result of the investigation, it was
determined that the weighted CN of the
Rumihurco basin is 68.44, which is an
indicator of the high percentage of
waterproofing that the basin has suffered
in recent years due to the intensive
urbanization process. The maximum SC is
98, in consolidated urban areas and the
minimum CN is 15, in high areas with the
DEDICATORIA
Este trabajo está dedicado para las personas más importantes en mi vida y
que fueron parte de la finalización de esta etapa.
Para mis padres, René y Gloria por su apoyo, consejos, comprensión, amor
en los momentos difíciles. Gracias por ayudar a superarme y desear lo mejor
en cada paso por este camino difícil y arduo de la vida. Gracias por ser como
son, porque su presencia ha ayudado a construir y forjar la mujer que ahora
soy.
El secreto de la sabiduría, el poder y el conocimiento es la humildad.
Ernest Hemingway
AGRADECIMIENTO
Le agradezco a mi Dios quien supo guiarme por el buen camino, darme
fuerzas para seguir adelante y no desmayar ante las dificultades que se me
presentaban a lo largo de mi carrera, por brindarme una vida llena de
aprendizajes, experiencias y sobre todo felicidad.
A mi mami, por ser la persona que me ha enseñado a no desfallecer ni
rendirme ante nada y perseverar a través de sus sabios consejos. Gracias
por el amor, paciencia y apoyo que siempre me has sabido demostrar
durante esta etapa.
A mi papi, por ser la persona que siempre me ha levantado los ánimos en los
momentos difíciles de mi vida estudiantil y como persona. Gracias por tu
paciencia y amor incondicional, porque a pesar de los tropiezos que he
tenido durante mi carrera nunca dejaste de confiar en mí.
A mis hermanos, Julio y Bryan que con sus consejos me ha ayudado a
afrontar los retos que se me han presentado a lo largo de mi vida. Gracias
por acompañarme durante esta larga y complicada etapa.
Agradezco al Ing. Mauricio Valladares, por su dedicación, orientación,
motivación y criterio para la realización de esta tesis. Ha sido un privilegio
poder contar con su ayuda y guía.
A ti gracias infinitas por ser un apoyo incondicional, por estar presente en los
momentos más difíciles, por darme ánimos y sobre todo por saber ser
paciente durante esta etapa, hasta pronto.
i
INDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN ............................................................................................................... viii
ABSTRACT ............................................................................................................... ix
1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 1
1.1 PROBLEMA ................................................................................................... 1
1.2 JUSTIFICACIÓN ........................................................................................... 1
1.3 OBJETIVOS ................................................................................................... 3
1.3.1 OBJETIVO GENERAL .............................................................................. 3
1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................... 3
1.4 DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO ............................................... 3
2. MARCO TEÓRICO ........................................................................................... 4
2.1 CUENCA HIDROGRÁFICA......................................................................... 4
2.1.1 CUENCA HIDROGRÁFICA COMO UN SISTEMA .............................. 4
2.1.2 PARTES DE UNA CUENCA.................................................................... 5
2.2 HIDROLOGÍA ................................................................................................ 7
2.2.1 DEFINICIÓN DE HIDROLOGÍA .............................................................. 7
2.2.2 CICLO HIDROLÓGICO ............................................................................ 7
2.2.3 AGUA EN EL SUELO ............................................................................... 8
2.2.4 ESCURRIMIENTO .................................................................................... 9
2.3 CLIMATOLOGÍA ........................................................................................... 9
2.3.1 DEFINICIÓN DE CLIMATOLOGÍA ......................................................... 9
2.3.2 CLIMA.......................................................................................................... 9
2.4 USO DEL SUELO .......................................................................................11
2.5 SISTEMA DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA .....................................11
2.5.1 DEFINICIÓN DE SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA
(SIG) 11
2.5.2 ELEMENTOS DE UN SIG......................................................................13
2.5.3 TIPOS DE DATOS GEOGRÁFICOS ...................................................13
ii
2.6 DESCRPCIÓN DEL SOFTWARE ARCGIS ...........................................15
2.7 MODELBUILDER EN ARCGIS ................................................................16
2.7.1 DEFINICIÓN .............................................................................................16
2.7.2 GEOPROCESAMIENTO ........................................................................17
2.7.3 ELEMENTOS DEL MODEL BUILDER ................................................17
2.8 NÚMERO DE CURVA ................................................................................21
2.8.1 FIJACIÓN DEL TIPO DE SUELO .........................................................21
2.8.2 VALOR PONDERADO DEL NÚMERO DE CURVA ..........................22
3. METODOLOGÍA..............................................................................................23
3.1 ALCANCE ....................................................................................................24
3.2 RECOPILACIÓN Y ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN.......................24
3.3 MÉTODOS....................................................................................................25
3.3.1 DEFINICIÓN DE ÁREA DE ESTUDIO MEDIANTE UN SIG ............25
3.3.2 CARACTERIZACIÓN DE LAS CONDICIONES NATURALES DE LA
CUENCA RIMIHURCO.......................................................................................26
3.3.3 ASIGNACIÓN DE GRUPO HIDROLÓGICO Y CONDICIÓN
HIDROLÓGICA ....................................................................................................26
3.3.4 CÁLCULO DE NÚMERO DE CURVA CON MODELBUILDER .......30
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN .....................................................................33
4.1 CONDICIONES NATURALES DE LA CUENCA HIDROGRÁFICA
DE LA QUEBRADA RUMIHURCO......................................................................33
4.1.1 TOPOGRAFÍA..........................................................................................33
4.1.2 CLIMA........................................................................................................36
4.1.3 DÉFICIT HÍDRICO ..................................................................................39
4.1.4 EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL .............................................41
4.1.5 ECOSISTEMAS .......................................................................................43
4.1.6 USO DEL SUELO....................................................................................45
4.1.7 COBERTURA VEGETAL .......................................................................47
4.2 CÁLCULO DEL NÚMERO DE CURVA (CN) DE LA CUENCA
HIDROGRÁFICA DE LA QUEBRADA RUMIHURCO .....................................52
4.2.1 ASIGNACIÓN DEL GRUPO HIDROLÓGICO Y CONDICIÓN
HIDROLÓGICA ....................................................................................................52
4.2.2 CONSTRUCCIÓN DEL MODELO DE SIMULACIÓN Y CÁLCULO
DEL CN Y CN PONDERADO............................................................................57
iii
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .............................................62
5.1 CONCLUSIONES........................................................................................62
5.2 RECOMENDACIONES ..............................................................................64
NOMENCLATURA / GLOSARIO .........................................................................65
BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................66
ANEXOS ...................................................................................................................69
iv
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1. Aplicaciones que conforman el software ArcGis 16
Tabla 2. Información de capas utilizadas en cálculo de
CN y CN Ponderado 24
Tabla 3. Grupo Hidrológico 26
Tabla 4. Condición Hidrológico y uso del suelo 28
Tabla 5.
Valores de las Pendientes de la Cuenca
Rumihurco 33
Tabla 6. Asignación de Grupo Hidrológico en la capa de
Uso de Suelo 52
Tabla 7. Asignación de la Condición Hidrológica en la
capa de Cobertura vegetal 54
Tabla 8. Herramientas utilizadas en el modelo de
simulación 57
Tabla 9.
Salidas generadas en el modelo de simulación
en ModelBuilder 57
v
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1. Límite de la Cuenca Rumihurco 2
Figura 2. La cuenca hidrográfica como sistema 5
Figura 3. Partes de una cuenca hidrográfica 6
Figura 4. Ciclo Hidrologico 7
Figura 5. Relación entre los diversos componentes del SIG 12
Figura 6. Modelo Raster y Modelo Vectorial 13
Figura 7. Modelo Rater y Vectorial 14
Figura 8. Celdas de una malla raster con sus valores
asociados 14
Figura 9. Modelo de representación vectorial 15
Figura 10. Clasificación de los elementos del Model Builder 19
Figura 11. Descripción de los elementos de ModelBuilder 20
Figura 12. Diagrama de flujo de los procesos utilizados en la
metodología 23
Figura 13. Diagrama de flujo para la delimitación de cuenca en
estudio 25
Figura 14. Asignación del Grupo Hidrológico 27
Figura 15. Asignación de la Condición Hidrológica 30
Figura 16. Variables en el ModelBuilder 31
Figura 17. Flujograma del cálculo de CN y CN ponderado en
ModelBuilder 32
Figura 18. Modelo Digital del Terreno de la Cuenca Rumihurco
34
Figura 19. Pendientes de la Cuenca Rumihurco 35
vi
Figura 20. Isotermas de la Cuenca Rumihurco 37
Figura 21. Isoyetas de la Cuenca Rumihurco 38
Figura 22. Zona de Déficit Hídrico de la Cuenca Rumihurco 40
Figura 23. Zona de Evapotranspiración Potencial de la Cuenca
Rumihurco 42
Figura 24. Ecosistemas de la Cuenca Rumihurco 44
Figura 25. Uso del suelo de la Cuenca Rumihurco 46
Figura 26. Cobertura vegetal de la Cuenca Rumihurco 48
Figura 27. Flor de iso, Dalea mutisii Kunth 49
Figura 28. Bosque de Eucalipto, Eucalyptus 49
Figura 29. Fuconero, Siphocampylus giganteus 50
Figura 30. Lechero, Sapium glandulosum 50
Figura 31. Cultivos
51
Figura 32. Cultivos
51
Figura 33. Grupo Hidrológico de la Cuenca Rumihurco
53
Figura 34. Cálculo del valor ponderado del número de curva
con ModelBuilder 59
Figura 35. Valores de CN y CN PONDERADO 61
vii
INDICE DE ANEXOS
PÁGINA
ANEXO 1
Condición Hidrológica 69
ANEXO 2
Grupo Hidrológico del Suelo
73
viii
RESUMEN
El presente estudio tiene como objeto el desarrollo de una metodología para
el cálculo de CN (Número de Curva) en la cuenca de la quebrada
Rumihurco, que tiene un área de 10,5714 km2 y se encuentra ubicada en la
parroquia El Condado. En la parte alta y media de la cuenca se encuentra
entre la Protección Rumipamba, Cochapamba y El Condado; en la parte baja
de la cuenca se encuentre entre los barrios Bellavista Alta, Repuerto
Alarcon, Hacienda Santa María, Cotocollao y Atucucho.
El modelo creado en un Sistemas de Información Geográfica, y
particularmente en el programa ModelBuilder del sistema Arc Gis el mismo
que permite trabajar con datos espaciales como tipo de suelo, modelo digital
del terreno y cobertura vegetal, de una misma cuenca hidrográfica. La
generación del mapa del Número de Curva y el Número de Curva ponderado
se realizó mediante la reclasificación de las tablas de cobertura vegetal y uso
de suelo. Para tener una mayor exactitud al obtener el CN de la cuenca se
utilizó información de USDA (United States Departament of Agriculture).
Como resultado de la investigación, se determinó que el CN ponderado de la
cuenca Rumihurco es de 68,44, que es un indicador del alto porcentaje de
impermeabilización que ha sufrido la cuenca durante los últimos años,
debido al intensivo proceso de urbanización. El CN máximo es de 98, en
zonas urbanas consolidadas y el CN mínimo es de 15, en zonas altas con
presencia de los pastos de tallo corto, rosetas acaulescentes y hierbas en
cojín. El método de cálculo del CN se sustenta en la metodología de
reclasificación de tablas, que se asignó el grupo hidrológico (A,B,C,D) a la
capa de uso de suelo y la condición hidrológica a la capa de cobertura
vegetal. Esta metodología puede ser replicada en diferentes cuencas del
DMQ ya que es un método verificado y utilizado en otros países.
ix
ABSTRACT
The present study aims to develop a methodology for the calculation of CN
(Curve Number) in the Rumihurco stream basin, which has an area of
10,5714 km2 and is located in the El parish County. In the upper and middle
part of the basin is between the Protection Rumipamba, Cochapamba and El
Condado; In the lower part of the basin is between the Bellavista Alta,
Alarcon, Hacienda Santa Maria, Cotocollao and Atucucho districts.
The model created in a Geographic Information Systems, and particularly in
the Model Grouilder program of the Arc Gis system, which allows to work
with spatial data such as soil type, digital terrain model and vegetation cover,
from the same river basin. The mapping of the Curve Number and the
Weighted Curve Number was performed by reclassifying the tables of
vegetation cover and land use. To obtain greater accuracy in obtaining the
CN from the basin, USDA (United States Department of Agriculture)
information was used.
As a result of the investigation, it was determined that the weighted CN of the
Rumihurco basin is 68.44, which is an indicator of the high percentage of
waterproofing that the basin has suffered in recent years due to the intensive
urbanization process. The maximum SC is 98, in consolidated urban areas
and the minimum CN is 15, in high areas with the presence of short stem
grass, acaulescent rosettes and herbs in cushion. The method of calculation
of the CN is based on the methodology of reclassification of tables, which
was assigned the hydrological group (A, B, C, D) to the land use layer and
the hydrological condition to the cover layer. This methodology can be
replicated in different DMQ basins since it is a verified method and used in
other countries.
1. INTRODUCCIÓN
1
1. INTRODUCCIÓN
1.1 PROBLEMA
En el país y particularmente en el DMQ no existe un método de cálculo
seguro para la estimación de la escorrentía superficial de una cuenca
hidrográfica; de hecho, actualmente los estudios hidrológicos e
hidráulicos que emplean el cálculo de la transformación lluvia-
escorrentía utilizan estimaciones efectuadas por el Servicio de
Conservación de Suelos (SCS), quien en la década de los setenta
desarrolló un método empírico para la trasformación lluvia-escorrentía, a
partir de los diferentes tipos de uso del suelo.
Las condiciones naturales de las cuencas de alta montaña, como las
existentes en el DMQ, son bastante características y no necesariamente
responde a la clasificación realizada por el SCS. Esta situación sumada,
al hecho de la falta de aplicación de los Sistemas de Información
Geográfica (SIG) en las investigaciones hidrológicas, crea una
incertidumbre acerca de los resultados.
1.2 JUSTIFICACIÓN
El estudio es de gran importancia, ya que se planteará un método de
cálculo del Número de Curva (CN) que es utilizado en el cálculo de
trasformación lluvia-escorrentía de una cuenca, a través del análisis
espacial de un Sistema de Información Geográfica (SIG). Para el efecto,
se plantea la ejecución de un proyecto piloto en la cuenca de la
quebrada Rumihurco, localizada al noroccidente de la ciudad de Quito,
tal como se observa en la Figura 1.
2
Figura 1. Límite de la Cuenca Rumihurco
3
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 OBJETIVO GENERAL
Estimar la distribución espacial del escurrimiento en cuencas
de alta montaña mediante la aplicación de los Sistemas de
Información Geográfica.
1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Caracterizar las condiciones naturales de una cuenca
hidrográfica de alta montaña localizada en el DMQ,
particularmente la cuenca de la quebrada Rumihurco; y
Determinar el número de curva (CN) empleado para el cálculo
de transformación lluvia-escorrentía, a partir del análisis
espacial de un Sistema de Información Geográfico (SIG).
Desarrollar el modelamiento a través de ModelBuilder como
incentivo para su utilización en el cálculo de variables
hidrológicas.
1.4 DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO
El rango de cotas de la Quebrada Rumihurco varía desde 2800 a
4520 msnm. Esta quebrada se ubica al noroccidente de la ciudad de
Quito en la parroquia El Condado. En la parte alta y media de la
cuenca se encuentra entre la Protección Rumipamba, Cochapamba y
El Condado; en la parte baja de la cuenca se encuentre entre los
barrios Bellavista Alta, Repuerto Alarcon, Hacienda Santa María,
Cotocollao y Atucucho. El inicio de la cuenca Rumihurco es en el
Volcán Ruco Pichincha y termina en las coordenadas: Este: 777549
y Norte: 9986791. En esta cuenca se pudo evidenciar la existencia de
agua permanente. En la Figura 1 se puede apreciar el límite de la
cuenca Rumihurco.
2. MARCO TEÓRICO
4
2. MARCO TEÓRICO
2.1 CUENCA HIDROGRÁFICA
Según la FAO/RLAC (1998), citado por (Rodríguez, 2010) la cuenca
hidrográfica es una unidad territorial formada por un río con sus afluentes, y
por un área colectora de las aguas. En la cuenca están contenidos los
recursos naturales básicos para múltiples actividades humanas, como: agua,
suelo, vegetación y fauna. Todos ellos mantienen una continua y particular
interacción con los aprovechamientos y desarrollos productivos del hombre.
2.1.1 CUENCA HIDROGRÁFICA COMO UN SISTEMA
Como menciona (World Vision, 2009) una cuenca hidrográfica es
considerada un sistema por las siguientes razones:
a) En la cuenca hidrográfica existen entradas y salidas, claramente en
el ciclo hidrológico se puede cuantificar el ingreso de agua, mediante
precipitaciones; y la cantidad de agua que sale de la cuenca por
medio de los ríos principales en las desembocaduras.
b) En la cuenca hidrográfica se producen interacciones entre sus
elementos, por ejemplo, si se deforesta irracionalmente en la parte
alta, es posible que en épocas lluviosas se produzcan inundaciones
en las partes bajas.
c) En la cuenca hidrográfica existen interrelaciones, por ejemplo, la
degradación de un recurso como el agua, está en relación con la falta
de educación ambiental, etc.
El sistema de la cuenca está conformado por cuatro subsistemas que
son: biológico, físico, económico y social. Cada subsistema varía
dependiendo de la ubicación de la cuenca hidrográfica y de la
intervención del hombre dentro de la misma.
En la Figura 2 se puede apreciar la cuenca hidrográfica como sistema.
De modo particular, los subsistemas consideran los siguientes:
5
Subsistema biológico.- se encuentra conformado por la flora,
fauna y cultivos realizados por el ser humano.
Subsistema físico.- está conformado por el suelo, subsuelo,
geología, clima.
Subsistema económico.- incluye las actividades realizadas por
el ser humano como son: agricultura, ganadería, asentamientos,
caminos.
Subsistema social.- constituido por elementos demográficos
salud, educación, viviendas.
Figura 2. La cuenca hidrográfica como sistema
(World Vision, 2009)
2.1.2 PARTES DE UNA CUENCA
Según (Ordoñez, 2011) las partes de una cuenca son tres: cuenca alta,
cuenca media y cuenca baja que son explicadas a continuación:
6
Cuenca alta: Corresponde generalmente a las áreas montañosas
o cabeceras de los cerros, limitadas por las líneas divisorias de
aguas.
Cuenca media: Donde se juntan las aguas recogidas en las
partes altas y en donde el río principal mantiene un cauce definido.
Cuenca baja: Donde el río desemboca a ríos mayores o a zonas
bajas tales como estuarios y humedales.
En la cuenca de la quebrada Rumihurco se puede identificar las tres partes:
cuenca alta varía desde 4520 a 3800 msnm, la cuenca media tiene alturas
desde 3800 a 3280 msnm y la cuenca baja desde 3280 a 2800 msnm. De
esta manera se puede identificar las tres partes de la cuenca en estudio.
En la Figura 3, se detallan las partes de una cuenca hidrográfica.
Figura 3. Partes de una cuenca hidrográfica
(World Vision, 2009)
7
2.2 HIDROLOGÍA
2.2.1 DEFINICIÓN DE HIDROLOGÍA
La Hidrología es la ciencia que estudia el agua, su ocurrencia, circulación y
distribución en la superficie terrestre; sus propiedades físicas y químicas y su
relación con el medio ambiente incluyendo a los seres vivos (Martínez,
Fernández & Salas , 2012).
2.2.2 CICLO HIDROLÓGICO
Es la sucesión de etapas que atraviesa el agua al pasar de la tierra a la
atmósfera y volver a la tierra: evaporación desde el suelo, mar o aguas
continentales, condensación de nubes, precipitación, acumulación en el
suelo o masas de agua y reevaporación. El ciclo hidrológico involucra un
proceso de transporte recirculatorio e indefinido o permanente, este
movimiento permanente del ciclo se debe fundamentalmente a dos causas:
la primera, el sol que proporciona la energía para elevar la temperatura del
agua (evaporación); y la segunda, la gravedad terrestre, que hace que el
agua condensada descienda en forma de precipitación y escurrimiento.
(Ordoñez, 2011). En la Figura 4, se muestra el ciclo hidrológico.
Figura 4. Ciclo Hidrológico
(Ordoñez, 2011)
8
2.2.3 AGUA EN EL SUELO
La capacidad del suelo para almacenar agua y retenerla, constituye un factor
de gran interés directo en riego y drenaje. El agua se encuentra en
el suelo contenida por combinaciones químicas, fuerzas físicas y
también en absoluta libertad.
En la zona no saturada, el agua y el aire coexisten en el espacio poroso del
suelo, lo que permite que las plantas respiren, produciendo así la
energía requerida por ellas para absorber el agua y los nutrientes.
Por debajo del nivel freático se encuentra la zona saturada, donde los poros
prácticamente no contienen aire. Ello limita la actividad radical, si está a una
profundidad inferior a la distancia que representa la capacidad potencial de
profundización de la raíz del cultivo en dicho suelo (Fattorelli & Fernández,
2011).
2.2.3.1 Almacenamiento del agua en el perfil del suelo
Existen tres formas de almacenamiento en el perfil del suelo, las mismas que
se explican a continuación:
Humedad higroscópica
Es aquella fuertemente retenida por las partículas del suelo y que no
se puede remover sino sometiendo el suelo a altas temperaturas.
Esta humedad no es aprovechable por la vegetación (Fattorelli &
Fernández, 2011).
Humedad de tensión capilar
Es el volumen adicional de agua retenido alrededor de las partículas
del suelo, que en agricultura se llama “humedad disponible”, por ser el
agua que puede ser extraída del suelo por evapotranspiración
(Fattorelli & Fernández, 2011).
9
Agua gravitacional o libre
Es aquella agua que llena los poros del suelo. Esta agua se mueve
por efecto de la gravedad y es la que se transfiere a niveles inferiores
para suplir las deficiencias de agua capilar de horizontes del suelo
más bajos. El volumen de agua libre que puede retenerse
temporalmente en un suelo es variable y depende de la textura, la
estructura, la profundidad o el espesor de los perfiles (Fattorelli &
Fernández, 2011).
2.2.4 ESCURRIMIENTO
De acuerdo con el ciclo hidrológico, el escurrimiento se puede definir como
la porción de la precipitación pluvial que ocurre en una zona o cuenca
hidrológica y que circula sobre o debajo de la superficie terrestre y que llega
a una corriente para ser drenada hasta la salida de una cuenca o bien
alimentar un lago, si se trata de cuencas abiertas o cerradas,
respectivamente (Breña & Jacobo, 2006).
2.3 CLIMATOLOGÍA
2.3.1 DEFINICIÓN DE CLIMATOLOGÍA
Según (Lobato, 2009) es una ciencia dedicada al estudio de los climas en
relación a sus características, variaciones, distribución, tipos y posibles
causas determinantes.
2.3.2 CLIMA
El clima es la interacción de factores atmosféricos, biofísicos y geográficos
que pueden cambiar en el tiempo y lugar de la tierra. Estos factores son
expuestos a continuación:
2.3.2.1 Factores que determinan el Clima
La existencia de varios climas presentes en la Tierra se debe a varios
factores que se explican a continuación:
10
- Latitud
Determina la inclinación con los que se proyectan los rayos del Sol, lo que
determina la duración del día y la noche; además cuanto más cerca del
Ecuador se encuentre hay más temperatura y lluvia.
- Altitud
Es la altura con respecto al nivel de mar; conforme aumenta la altura
disminuye la temperatura.
- Relieve
Las cadenas montañosas frenan los vientos y el paso de las nubes.
Dependiendo del lado de la montaña se puede recibir mayor o menor
cantidad de luz solar.
- Vegetación
La abundancia de vegetación en un lugar determinando hace que disminuya
el calor y se produzca más lluvias.
2.3.2.2 Elementos del Clima
- Temperatura
“La temperatura es una magnitud relacionada con la rapidez del movimiento
de las partículas que constituyen la materia. Cuanta mayor agitación
presenten éstas, mayor será la temperatura” (Rodríguez, Benito, & Portela,
2004).
- Presión
“El aire, como cualquier otro cuerpo sujeto a la acción de la gravedad, tiene
un peso y ejerce por tanto una presión sobre la superficie terrestre”
(Andrades & Muñez, 2012).
- Viento
“El viento consiste en el movimiento de aire desde una zona hasta otra.
Existen diversas causas que pueden provocar la existencia del viento, pero
11
normalmente se origina cuando entre dos puntos se establece una cierta
diferencia de presión o de temperatura” (Rodríguez, Benito, & Portela, 2004).
- Precipitación
“Cantidad de partículas de agua (lluvia, nieve, granizo) caídas sobre la
superficie terrestre. Una nube puede estar formada por una gran cantidad de
gotitas minúsculas y cristalitos de hielo, procedentes del cambio de estado
del vapor de agua de una masa de aire que, al ascender en la atmósfera, se
enfría hasta llegar a la saturación” (Rodríguez, Benito, & Portela, 2004).
- Humedad
“La humedad es la cantidad de vapor de agua que contiene el aire. Esa
cantidad no es constante, sino que dependerá de diversos factores”
(Rodríguez, Benito, & Portela, 2004).
2.4 USO DEL SUELO
La distribución de los usos del suelo está ligada a las características del
clima, del relieve y de los suelos. Además, influyen también factores
sociales, como el tamaño de las explotaciones agrarias. (INEC, 2012)
menciona que el uso del suelo, se refiere a la categoría de utilización de las
tierras en el sector rural del país. Así encontramos las siguientes
posibilidades: cultivos permanentes, cultivos transitorios y barbecho, pastos
naturales, montes y bosques, páramos.
2.5 SISTEMA DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA
2.5.1 DEFINICIÓN DE SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA
(SIG)
(Moreira, 1996) menciona que un SIG corresponde a una estructura
compleja de personas y equipos organizados mediante una serie de
procedimientos, con el propósito de recopilar, ingresar, almacenar, transmitir,
analizar y comunicar datos referenciados geográficamente, para servir
12
necesidades de información de usuarios que centran su actividad profesional
en la gestión territorial.
El SIG funciona como una base de datos que administra información
geográfica, este tipo de información posee una posición absoluta
(coordenadas), una posición relativa (topología) y atributos (datos
alfanuméricos). Cada entidad gráfica de un mapa digital (sea píxel, línea,
punto o polígono) se encuentra asociada por medio de un identificador
común a un registro en la tabla (Fernández & Del Río, 2011).
La Figura 5 describe la relación de los componentes de un SIG.
Figura 5. Relación entre los diversos componentes del SIG
(Fernández & Del Río, 2011)
13
2.5.2 ELEMENTOS DE UN SIG
Los elementos que conforman un SIG son cinco, los cuales se detallarán a
continuación:
Hadware.- es la computadora donde opera el programa de SIG.
Software.- programas que contiene el programa de SIG sobre la
información geográfica.
Datos.- es el elemento más importante para poder obtener una
información correcta.
Métodos.- formulaciones y metodologías a aplicar sobre los datos.
Recursos humanos.- personas encargadas del funcionamiento del
programa.
2.5.3 TIPOS DE DATOS GEOGRÁFICOS
Para la representación de datos espaciales en un SIG se utiliza el Modelo
Raster y el Modelo Vectorial como se indica en las Figuras 6 y 7.
Figura 6. Modelo Raster y Modelo Vectorial
(Sastre, 2010)
14
Figura 7. Modelo Raster y Vectorial
(Sastre, 2010)
2.5.3.1 Modelo Raster
El modelo raster se representa con un conjunto de celdas denominadas
pixeles, que tienen un valor específico, siendo un identificador de un objeto o
de una variable. En la Figura 8 se describe las celdas de una malla raster
con los valores asignados a cada celda.
Figura 8. Celdas de una malla raster con sus valores asociados
(Olaya , 2011)
15
2.5.3.2 Modelo Vectorial
Para representar el modelo vectorial se utiliza líneas, puntos o polígonos. En
este modelo no existen unidades fundamentales que dividen la zona
recogida, sino que se recoge la variabilidad y características de esta
mediante entidades geométricas, para cada una de las cuales dichas
características son constantes (Olaya , 2011). En la Figura 9 se muestra las
diferentes formas de representar un modelo vectorial.
Figura 9. Modelo de representación vectorial
(Olaya , 2011)
2.6 DESCRPCIÓN DEL SOFTWARE ARCGIS
ArcGis comprende una serie de aplicaciones, las cuales son utilizadas en
conjunto lo que permiten realizar diferentes funciones que alimentan y
administrar un Sistema de Información Geográfica. Mediante la aplicación de
estas herramientas se puede crear mapas, manejo y análisis de información
(Olaya, 2011).
Las aplicaciones que conforman el software ArcGis se puede evidenciar en
la Tabla 1.
16
Tabla 1. Aplicaciones que conforman el software ArcGis
Aplicaciones Descripción
ArcCatalog
Es la aplicación utilizada para organizar y
documentar toda clase de datos gráficos y
alfanuméricos.
ArcToolbox
Permite convertir los datos espaciales de un
formato a otro, así como introducir un sistema de
referencia o cambiar proyecciones de los datos.
ArcMap
ArcMap es una aplicación para desplegar mapas e
investigarlos. Es la aplicación central del software
ArcGIS. Entre sus funciones principales están:
visualización, creación de mapas, edición, análisis
espacial, presentación de resultados utilizando
gráficos estadísticos, tablas, reportes, fotografías y
otros elementos adicionales a los datos
geográficos.
2.7 MODELBUILDER EN ARCGIS
2.7.1 DEFINICIÓN
Según (Matallanes, Quesada, & Muñoz, Geoprocesos con ModelBuilder,
2015), el ModelBuilder corresponde a una de las herramientas disponibles
en ArcGis destinada a la edición y administración de geoprocesos, con el fin
de generar modelos de trabajo autónomos y secuenciales. Es decir, permite
crear herramientas que analicen los datos según las exigencias, optimizando
tiempo y siguiendo secuencias de análisis lógicas y progresivas.
Estos modelos responden a diagramas de flujo formados por tareas
específicas interconectadas de forma progresiva. Estas tareas están
encadenadas secuencialmente para generar líneas de trabajo que pueden
desarrollarse de manera lineal, paralela o converger en una actividad con el
fin de dar un resultado final (Matallanes, Quesada, & Muñoz, Geoprocesos
con ModelBuilder, 2015).
17
2.7.2 GEOPROCESAMIENTO
Según (Matallanes, Quesada, & Muñoz, 2014) el Geoprocesamiento es la
ejecución metódica de una secuencia de operaciones en los datos
geográficos para crear nueva información. Los dos propósitos fundamentales
que persigue son ayudar a realizar el modelado y el análisis, y automatizar
las tareas SIG.
ArcToolBox es el componente de ArcGis que confiere a la aplicación de un
SIG las herramientas para realizar el análisis geográfico, relacionar
información entre capas y obtener capas secundarias resultantes del
análisis de las iniciales. Estas herramientas permiten llevar a cabo las
funciones clave de cruce entre capas obteniendo información básica a nivel
vectorial (mediante los resultados gráficos) y a nivel alfanumérico (mediante
los resultados contenidos en las tablas de atributos). (Matallanes, Quesada,
& Muñoz, 2014).
2.7.3 ELEMENTOS DEL MODEL BUILDER
(Fernández, 2012) menciona que el programa ModelBuilder tiene tres
elementos básicos que son: herramientas de geoprocesamiento, variables y
conectores como se puede observar en la Figura 10 y 11. Estos elementos
son detallados a continuación:
Herramientas de Geoprocesamiento
Son los bloques de construcción básicos de flujos de trabajo en un
modelo. Estas herramientas realizan varias acciones en datos
geográficos. Al agregar herramientas a un modelo, se convierten en
elementos del mismo.
Variables
Las variables contienen un valor o referencia de datos almacenados
en el disco. Se pueden identificar dos tipos de variables detalladas a
continuación:
18
Datos: las variables de datos son elementos de modelo que
contiene información descriptiva sobre los datos almacenados
en el disco.
Valores: las variables de valores son valores como cadenas de
caracteres, números, referencias espaciales, unidades lineales
o extensiones.
Conectores
Los conectores son aquellos que conectan datos y valores a
herramientas. Las flechas de conexión indican la dirección del
procesamiento. Existen cuatro tipos de conectores:
Datos.- los conectores de datos conectan datos y variables de
valor a herramientas.
Entorno.- los conectores de entorno conectan a una variable
que contiene una configuración del entorno (datos o valor) a
una herramienta.
Condición previa.- los conectores de condición previa
conectan variables a una herramienta.
Comentarios.- los conectores de retroalimentación conectan la
salida de una herramienta de nuevo a la misma herramienta
como entrada.
19
Figura 10. Clasificación de los elementos del Model Builder
(Fernández, 2012)
20
Figura 11. Descripción de los elementos de ModelBuilder
(Fernández, 2012)
21
2.8 NÚMERO DE CURVA
“El Número de Curva (CN) es un parámetro “empírico” que se calcula con el
método desarrollado por el Servicio de Conservación de Suelos (SCS)
actualmente Servicio de Conservación de los Recursos Naturales (NRCS) de
los EEUU, para calcular la precipitación efectiva como una función de la
lluvia acumulada, la cobertura del suelo, el uso del suelo y las condiciones
de humedad” (Lavao, 2014).
Se representa mediante un número adimensional, en curvas estandarizadas,
las que varían entre 0 y 100; donde un área con CN = 0 no tiene
escurrimiento (todo se infiltra) y otra con CN = 100 es impermeable y toda la
precipitación genera escorrentía (Havrylenko, Damiano, & Pizarro, 2012).
2.8.1 FIJACIÓN DEL TIPO DE SUELO
El método del Número de Curva distingue cuatro tipos de suelos: A, B, C y
D.
El National Resources Conservation Service de Estados Unidos (NCRS,
2002) como se citó en (Matínez , Mongil, & Del Río, 2003) mencionó las
descripciones para los cuatro tipos de suelos:
Grupo A.- Suelos con bajo potencial de escurrimiento por su gran
permeabilidad y con elevada capacidad de infiltración, aun cuando
estén húmedos. Se trata principalmente de suelos profundos y con
texturas gruesas (arenosa o areno-limosa).
Grupo B.- Suelos con moderada capacidad de infiltración cuando
están saturados. Principalmente consiste en suelos de mediana a alta
profundidad, con un buen drenaje. Sus texturas van de
moderadamente finas o moderadamente gruesas (franca, franco-
arenoso o arenosa).
22
Grupo C.- Suelos con escasa capacidad de infiltración una vez
saturados. Su textura va de modernamente fina a fina (franco-arcillosa
o arcillosa). También se incluye aquí suelos que presenten horizontes
someros bastantes impermeables.
Grupo D.- Suelos muy arcillosos con levado potencial de
escurrimiento y, por lo tanto, con muy baja capacidad de infiltración
cuando están saturados. También se incluyen aquí los suelos que
presentan una capa de arcilla somera y muy impermeable así como
suelos jóvenes de escaso espesor sobre una roca impermeable,
ciertos suelos salinos y suelos con nivel freático alto.
2.8.2 VALOR PONDERADO DEL NÚMERO DE CURVA
Ibáñez Asensio como se citó en (Forero, 2015) mencionó que “Cuando el
terreno presenta diferentes condiciones determinantes de la infiltración
(relieve, vegetación, suelo, etc…) es necesario calcular el coeficiente (…)
característico de cada una de ellas a partir de una media ponderada de
éstos para obtener un único valor (…) para toda la zona”. La ecuación que
responde a este concepto se presenta a continuación:
𝑁𝐶𝑝𝑜𝑛𝑑𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 =∑(𝑁𝐶𝑖𝑥𝐴𝑖)
∑ 𝐴𝑖 [1]
Dónde: 𝑁𝐶𝑃𝑜𝑛𝑑𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 = 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝐶𝑢𝑟𝑣𝑎 𝑃𝑜𝑛𝑑𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜
𝑁𝐶𝑖 = 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎 𝑑𝑒 𝑢𝑛 á𝑟𝑒𝑎 𝑒𝑛 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 (𝐴𝑖)
𝐴𝑖 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑟𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑎𝑙 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝐶𝑢𝑟𝑣𝑎
∑ 𝐴𝑖 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑎 𝑜 𝑠𝑢𝑏𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑎
3. METODOLOGÍA
23
3. METODOLOGÍA
A continuación en la Figura 12 se presenta el diagrama de flujo con la metodología utilizada.
Figura 12. Diagrama de flujo de los procesos utilizados en la metodología
24
3.1 ALCANCE
Estimar la lámina de escorrentía superficial en la cuenca de la quebrada
Rumihurco ubicada al occidente de la ciudad de Quito, empleando el
Número de curva.
3.2 RECOPILACIÓN Y ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN
Para el cálculo del número de curva, se utilizó varias capas de información,
las cuales fueron procesadas en el software ArcGIS V.10.2. Las capas
utilizadas para el cálculo de Número de Curva se obtuvieron de Organismos
Públicos.
En la Tabla 2 se indica la información de las capas utilizadas en la
metodología; para el cálculo del CN, CN Ponderado y la caracterización de
las condiciones naturales de la Quebrada Rumihurco.
Tabla 2. Información de capas utilizadas en cálculo de CN y CN Ponderado
TEMA ESCALA FECHA FORMATO FUENTE
Barrios del DMQ 1:50.000 2010 Shape File EPMAPS
Cobertura vegetal 1:50.000 2007 Shape File Fondo para la Protección del
Agua (FONAG)
Curvas de Nivel 1:50.000 2016 Shape File Geoportal IGM
Déficit Hídrico 1:50.000 s/d Shape File EPMAPS
Ecosistemas 1:50.000 2013 Shape File Secretaria de Ambiente
Evapotranspiración Potencial
1:50.000 s/d Shape File EPMAPS
Isotermas 1:1'000.000 2008 Shape File Sistema Nacional de
Información (SNI)/ INAMHI
Isoyetas 1:1'000.000 2008 Shape File Sistema Nacional de
Información (SNI)/ INAMHI
Límite del DMQ 1:50.000 2014 Shape File Secretaria de Ambiente
Ortofoto del DMQ 1:50.000 2001 Tif EPMAPS
Red Hídrica 1:50.000 2014 Shape File Secretaria de Ambiente
Uso del suelo 1:50.000 2003 Shape File Sistema Nacional de
Información (SNI)/ SIGAGRO
s/d: sin dato
25
3.3 MÉTODOS
3.3.1 DEFINICIÓN DE ÁREA DE ESTUDIO MEDIANTE UN SIG
A partir de la capa red hídrica se logró identificar la quebrada de estudio.
Posteriormente se utilizó la capa de curvas de nivel escala 1:500.00 con
intervalos de 40 m, del área de estudio, para establecer la divisoria de aguas
y poder determinar el límite de la cuenca hidrográfica. Cabe recalcar que el
sitio de cierre de la cuenca se localiza al terminar la Quebrada Rumihurco en
las coordenadas UTM Este X: 777549, UTM Norte Y: 9986791. Dicho límite
se identifica en la Figura 1. En la Figura 13 se observa el diagrama de flujo
para la delimitación de la cuenca en estudio.
INICIO
Capa de la Red Hídrica del
DMQ
Identificación de la Quebrada
Rumihurco
Capa de curvas de nivel
Límite de la cuenca
hidrográfica
FIN
MDT (Modelo Digital del Terreno )
Figura 13. Diagrama de flujo para la delimitación de cuenca en estudio
26
3.3.2 CARACTERIZACIÓN DE LAS CONDICIONES NATURALES DE LA
CUENCA RIMIHURCO
Para determinar las condiciones naturales de la cuenca de la Quebrada
Rumihurco, se desarrolló el siguiente procedimiento:
Revisión y análisis de datos espaciales georreferenciados y base de
datos que se obtuvo de Organismos Públicos, como se indica en la
Tabla 2.
Descripción de las características de la cuenca como ubicación, clima,
vegetación, uso de suelo, etc.
Elaboración de los mapas temáticos de la cuenca de la Quebrada
Rumihurco que describen el área de interés.
Con el objeto de lograr el conocimiento de las condiciones naturales de la
cuenca Rumihurco, luego de la recopilación de la información necesaria, se
procedió a realizar los mapas necesarios con el software ArcGis.
3.3.3 ASIGNACIÓN DE GRUPO HIDROLÓGICO Y CONDICIÓN
HIDROLÓGICA
El grupo hidrológico fue asignado a la capa de uso de suelo de la cuenca
delimitada. Los suelos son clasificados en cuatro grupos A, B, C y D, de
acuerdo con el potencial de escurrimiento. En la Tabla 3 se presenta esta
clasificación.
Tabla 3. Grupo Hidrológico
(Manosalve, 1995)
27
En la Figura 14 se indica el flujograma para la asignación del grupo
hidrológico en la capa de uso de suelo.
INICIO
Capa de Uso de Suelo
Creación de campos
Ingreso de parámetros
FINAL
Figura 14. Asignación del Grupo Hidrológico
La condición hidrológica fue asignada a la capa de cobertura vegetal de la
cuenca delimitada. Para la asignación de la condición hidrológica y tipo de
suelo se toma en cuenta la descripción de la tabla que más se asemeja al
lugar de estudio. En la Tabla 4 se presentan los valores asignados.
28
Tabla 4. Condición Hidrológica y uso de suelo
(Matínez , Mongil, & Del Río, 2003)
29
En la Tabla 4, el significado de las abreviaturas es el siguiente:
CR= Con cubierta de residuos vegetales que ocupe al menos el 5%
de la superficie del suelo durante todo el año
R= Si las labores de la tierra (labrar, gradear, sembrar, etc.) se
realizan en línea recta, sin considerar la pendiente del terreno
C= Si el cultivo se realiza siguiendo las curvas de nivel
T= Si se trata de terrenos aterrazados (terrazas abiertas con desagüe
para la conservación de suelos)
Luego de asignar el grupo hidrológico y condición hidrológica a cada capa de
información, se inició el proceso de desarrollo del modelo en ModelBuilder.
Para obtener una mayor exactitud en los cálculos del CN y la asignación de
los valores del Grupo Hidrológico y Condición hidrológica se utilizó como
referencia las tablas de los valores explicadas por (USDA, 1986), las cuales
se pueden apreciar en los Anexos 1 y 2, respectivamente.
En la Figura 15 se indica el flujograma para la asignación Condición
Hidrológica en la capa de cobertura vegetal.
30
INICIO
Cobertura vegetal
Creación de campos
Ingreso de parámetros
FINAL
Figura 15. Asignación de la Condición Hidrológica
3.3.4 CÁLCULO DE NÚMERO DE CURVA CON MODELBUILDER
Para la obtención del CN de la cuenca se identificó las variables de ingreso,
herramientas y conectores. En la Figura 16 se detalla las variables del modelo
creado en ModelBuilder.
31
VARIABLES
INGRESO HERRAMIENTAS CONECTORES
Datos
Figura 16. Variables en el ModelBuilder
A continuación se presenta en la Figura 17 el flujograma para la obtención
del CN y CN ponderado en ModelBuilder.
32
Figura 17. Flujograma del cálculo de CN y CN ponderado en ModelBuilder
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
33
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
4.1 CONDICIONES NATURALES DE LA CUENCA
HIDROGRÁFICA DE LA QUEBRADA RUMIHURCO
4.1.1 TOPOGRAFÍA
MDT
En la Figura 18 describe el Modelo Digital del Terreno generado a partir de
las curvas de nivel escala 1:50.000. El mapa de MDT, se utilizó para el
cálculo del CN y CN Ponderado en ModelBuilder.
Pendientes
En la Figura 19 muestra las Pendientes de la cuenca de la Quebrada
Rumihurco generado a partir de curvas de nivel con las herramientas TIN y
Slope del software ArcGis. Los valores de las pendientes generadas para la
cuenca de la Quebrada Rumihurco están representados en porcentajes,
como se indica en la Tabla 4.
Tabla 5. Valores de las Pendientes de la Cuenca Rumihurco
PENDIENTES
0,0000% 7,6875%
7,6876% 16,423%
16,424% 23,761%
23,762% 30,75%
30,751% 37,739%
37,74% 52,415%
52,416% 70,935%
70,94% 82,466%
82,47% 88,76%
34
Figura 18. Modelo Digital del Terreno de la Cuenca Rumihurco
35
Figura 19. Pendientes de la Cuenca Rumihurco
36
4.1.2 CLIMA
Isotermas
El mapa de isotermas establece que la temperatura media anual
varía entre: 4 °C a 14 °C; la misma que se obtuvo de las estaciones
meteorológicas: Quito INAMHI-INNAQUITO. En la Figura 20 se
describe las estaciones y las isotermas. A continuación se presenta la
descripción de la estación meteorológica.
Estación Este Norte Año
INAMHI-INNAQUITO 779636 9980270 2008
Isoyetas
El mapa de isoyetas establece que la precipitación en la zona varía
entre 750 mm y 1000 mm; la misma que se obtuvo de las estaciones
meteorológicas: Quito INAMHI-INNAQUITO y RUNDOPAMBA. En la
Figura 21 se describe la ubicación de las estaciones y las respectivas
isoyetas. A continuación se presenta la descripción de las estaciones
meteorológicas.
Estación Este Norte Año
INAMHI-INNAQUITO 779636 9980270 2008
RUNDOPAMBA 773511 9988537 2008
37
Figura 20. Isotermas de la Cuenca Rumihurco
38
Figura 21. Isoyetas de la cuenca Rumihurco
39
4.1.3 DÉFICIT HÍDRICO
En la Figura 22, se muestra el mapa de déficit hídrico predominante que es
la falta de agua en la cuenca para el crecimiento de plantas; para ello se
utilizó la información de la precipitación, la evapotranspiración potencial y la
capacidad máxima de retención del agua en el suelo. En dicho mapa la zona
azul y verde representa un déficit hídrico bajo es decir que existe un alto
nivel de agua para el crecimiento de plantas, esto se puede evidenciar
debido a que en estas zonas existe una mayor vegetación. En la zona
tomate y roja representa un déficit hídrico alto debido al crecimiento
demográfico, lo que impide el crecimiento de vegetación en estas áreas.
40
Figura 22. Zona de Déficit Hídrico de la Cuenca Rumihurco
41
4.1.4 EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL
La evapotranspiración potencial ayuda a evaluar la pérdida de agua por
evaporación del suelo, transpiración de las plantas y la efectividad de las
lluvias. Para la obtención de estos resultados se toma en cuenta la
precipitación media anual, temperatura media anual y las horas de sol, como
se indica en la Figura 23.
42
Figura 23. Zona de Evapotranspiración Potencial de la Cuenca Rumihurco
43
4.1.5 ECOSISTEMAS
En la Figura 24 se muestra los ecosistemas de la cuenca hidrográfica de la
Quebrada Rumihurco; el mismo que describe que las formaciones de
Herbazal húmedo subnival del páramo y herbazal páramo son
predominantes en la cuenca alta, las formaciones de herbazal del páramo y
arbustal siempre verde montano del monte de los Andes predominan en la
cuenca media y las formaciones de intervención están presentes en la
cuenca baja.
El ecosistema Herbazal húmedo subnival del páramo está constituido por
herbazales dispersos que se encuentran restringidos en las partes más altas
de las montañas, generalmente sobre 4500 m de altitud. Las formas de vida
predominante en este ecosistema son los pastos de tallo corto, rosetas
acaulescentes y hierbas en cojín.
Arbustal siempreverde y Herbazal del Páramo constituyen arbustales
frecuentemente dispuestos en pequeños remanentes, y alcanzan una altura
de hasta 3 m, mezclados con pajonales amacollados de alrededor de 1,20
m. Se caracterizan por la presencia de Calamagrostis spp. y especies
arbustivas de los géneros Baccharis, Gynoxys, Brachyotum, Escallonia,
Hesperomeles, Miconia, Buddleja, Monnina e Hypericum.
44
Figura 24. Ecosistemas de la Cuenca Rumihurco
45
4.1.6 USO DEL SUELO
En la Figura 25 se muestra el uso de suelo de la cuenca hidrográfica de la
Quebrada Rumihurco; el mismo que describe el uso de suelo en la cuenca
alta predomina un suelo limoso muy negro con más del 50% de agua y suelo
limo-arenoso muy negro con retención de agua 20 a 50%, en la cuenca
media predomina un suelo limo-arenoso, muy negro con retención de agua
20 a 50%, un suelo arcilloso con alto nivel freático y un suelo negro profundo
limoso con arena muy fina, y en la cuenca baja tiene la presencia de un
suelo negro u oscuro, arenoso de ceniza y arena fina menos de 0,5 mm y
un suelo limoso negro en la parte superior con retención de agua de 50% a
100% pero menos de 50% de 0 a 20 cm por la desecación superficial.
46
Figura 25. Uso del suelo de la Cuenca Rumihurco
47
4.1.7 COBERTURA VEGETAL
En la Figura 26 se muestra la cobertura vegetal de la cuenca hidrográfica de
la Quebrada Rumihurco; el mismo que describe la las formaciones de
páramo, pequeñas áreas de pasto cultivado, bosques de eucalipto, áreas
quemadas y erosionadas son predominantes en la cuenca alta, las
formaciones de bosque plantado, pasto cultivado-cultivos de ciclo corto,
vegetación arbustiva, bosque de eucalipto predominan en la cuenca media, y
las formaciones de bosque de eucalipto, pastos cultivados-cultivos de ciclo
corto, vegetación arbustiva, áreas erosionadas, áreas urbanas,
asentamientos rurales, bosques plantados son características de la cuenca
baja.
48
Figura 26. Cobertura vegetal de la Cuenca Rumihurco
49
En la visita técnica que se realizó Quebrada Rumihurco se identificó algunas
especies presentes en la cuenca de la Quebrada Rumihurco, como
muestran las Figuras 27, 28, 29, 30 que se indican en las Figuras
Figura 27. Flor de iso, Dalea mutisii Kunth
Figura 28. Bosque de Eucalipto, Eucalyptus
50
Figura 29. Fuconero, Siphocampylus giganteus
Figura 30. Lechero, Sapium glandulosum
51
Figura 31. Cultivos
Figura 32. Cultivos
52
4.2 CÁLCULO DEL NÚMERO DE CURVA (CN) DE LA
CUENCA HIDROGRÁFICA DE LA QUEBRADA
RUMIHURCO
4.2.1 ASIGNACIÓN DEL GRUPO HIDROLÓGICO Y CONDICIÓN
HIDROLÓGICA
Para el cálculo del CN y CN Ponderado se asignó el grupo hidrológico a la
capa de uso de suelo, como se muestra en la Tabla 6. La asignación del
grupo hidrológico se muestra en la Figura 33, la descripción de estos grupos
se pude observar en la Tabla 3.
Tabla 6. Asignación del Grupo Hidrológico en la capa de Uso de suelo
FID CLAVE ORDEN SUBORDEN Grup_H
0 Db INCEPTISOLES ANDEPTS B
1 De INCEPTISOLES ANDEPTS C
2 Dn INCEPTISOLES ANDEPTS C
3 Hb INCEPTISOLES ANDEPTS B
4 Hb INCEPTISOLES ANDEPTS B
5 Jb INCEPTISOLES ANDEPTS C
6 Jd INCEPTISOLES ANDEPTS A
7 sinsuelo sinsuelo sinsuelo D
8 URBANO URBANO URBANO D
53
Figura 33. Grupo Hidrológico de la Cuenca Rumihurco
54
En la Tabla 7, se muestra la asignación de la condición hidrológica en la
capa de cobertura vegetal, utilizada para la obtención del CN de la cuenca
estudiada.
Tabla 7. Asignación de la Condición Hidrológica en la capa de Cobertura vegetal
FID OBJECTID NOMBRE COND_HIDRO A B C D
0 10447 Bosque natural MUY BUENA 15 44 54 61
1 10448 Bosque natural MUY BUENA 15 44 54 61
2 10452 Bosque natural MUY BUENA 15 44 54 61
3 10512 Páramo BUENA 39 61 74 80
4 10513 Pasto natural BUENO 39 61 74 80
5 10514 Pastos Cultivados - Vegetación arbustiva REGULAR 35 56 70 77
6 10515 Pastos Cultivados - Vegetación arbustiva REGULAR 35 56 70 77
7 10519 Pastos Cultivados - Vegetación arbustiva REGULAR 35 56 70 77
8 10520 Pastos Cultivados - Vegetación arbustiva REGULAR 35 56 70 77
9 10523 Pastos Cultivados - Vegetación arbustiva REGULAR 35 56 70 77
10 10524 Pastos Cultivados - Vegetación arbustiva REGULAR 35 56 70 77
11 10525 Pastos Cultivados - Vegetación arbustiva REGULAR 35 56 70 77
12 10527 Pastos Cultivados - Vegetación arbustiva REGULAR 35 56 70 77
13 10528 Pastos Cultivados - Vegetación arbustiva REGULAR 35 56 70 77
14 10536 Pastos Cultivados - Vegetación arbustiva REGULAR 35 56 70 77
15 10539 Pastos Cultivados - Vegetación arbustiva REGULAR 35 56 70 77
16 10675 Bosque plantado MUY BUENA 15 44 54 61
17 10676 Bosque plantado MUY BUENA 15 44 54 61
18 10677 Bosque plantado MUY BUENA 15 44 54 61
19 10680 Bosque plantado MUY BUENA 15 44 54 61
20 10724 Bosque de eucalipto MUY BUENA 15 44 54 61
21 10727 Bosque de eucalipto MUY BUENA 15 44 54 61
22 10728 Bosque de eucalipto MUY BUENA 15 44 54 61
23 10729 Bosque de eucalipto MUY BUENA 15 44 54 61
24 10731 Bosque de eucalipto MUY BUENA 15 44 54 61
25 10732 Bosque de eucalipto MUY BUENA 15 44 54 61
26 10735 Bosque de eucalipto MUY BUENA 15 44 54 61
27 10738 Bosque de eucalipto MUY BUENA 15 44 54 61
28 10741 Bosque de eucalipto MUY BUENA 15 44 54 61
29 10742 Bosque de eucalipto MUY BUENA 15 44 54 61
30 10743 Bosque de eucalipto MUY BUENA 15 44 54 61
31 10744 Bosque de eucalipto MUY BUENA 15 44 54 61
32 10745 Bosque de eucalipto MUY BUENA 15 44 54 61
33 10747 Bosque de eucalipto MUY BUENA 15 44 54 61
34 10748 Bosque de eucalipto MUY BUENA 15 44 54 61
55
Tabla 7. Asignación de la Condición Hidrológica en la capa de Cobertura vegetal
continuación…
35 10750 Bosque de eucalipto MUY BUENA 15 44 54 61
36 10753 Bosque de eucalipto MUY BUENA 15 44 54 61
37 10757 Bosque de eucalipto MUY BUENA 15 44 54 61
38 11187 Áreas erosionadas MUY POBRE 98 98 98 98
39 11189 Áreas erosionadas MUY POBRE 98 98 98 98
40 11488 Bosque plantado MUY BUENA 15 44 54 61
41 11561 Áreas erosionadas MUY POBRE 98 98 98 98
42 11915 Pasto cultivado REGULAR 25 59 75 83
43 12176 Áreas erosionadas MUY POBRE 98 98 98 98
44 12179 Áreas erosionadas MUY POBRE 98 98 98 98
45 12303 Cultivo ciclo corto - Áreas erosionadas POBRE 72 81 88 91
46 12304 Cultivo ciclo corto - Áreas erosionadas POBRE 72 81 88 91
47 12308 Cultivo ciclo corto - Áreas erosionadas POBRE 72 81 88 91
48 12310 Cultivo ciclo corto - Áreas erosionadas POBRE 72 81 88 91
49 12500 Asentamiento rural NULA 59 74 82 86
50 12502 Asentamiento rural NULA 59 74 82 86
51 12503 Asentamiento rural NULA 59 74 82 86
52 12504 Asentamiento rural NULA 59 74 82 86
53 12505 Asentamiento rural NULA 59 74 82 86
54 12515 Áreas urbanas MUY POBRE 98 98 98 98
55 12516 Áreas urbanas MUY POBRE 98 98 98 98
56 12517 Áreas urbanas MUY POBRE 98 98 98 98
57 12519 Áreas urbanas MUY POBRE 98 98 98 98
58 12536 Áreas erosionadas MUY POBRE 98 98 98 98
59 12835 Bosque plantado - Vegetación arbustiva BUENA 26 52 63 69
60 12836 Bosque plantado - Vegetación arbustiva BUENA 26 52 63 69
61 12837 Bosque plantado - Vegetación arbustiva BUENA 26 52 63 69
62 13434 Áreas erosionadas MUY POBRE 98 98 98 98
63 12875 Cultivos de ciclo corto - Vegetación
arbustiva BUENA 64 75 82 85
64 13008 Pasto cultivado REGULAR 25 59 75 83
65 13625 Cultivo ciclo corto - Áreas erosionadas POBRE 72 81 88 91
66 13882 Asentamiento rural NULA 59 74 82 86
67 13883 Asentamiento rural NULA 59 74 82 86
68 14465 Pasto cultivado REGULAR 25 59 75 83
69 14466 Pasto cultivado REGULAR 25 59 75 83
70 14467 Pasto cultivado REGULAR 25 59 75 83
71 14469 Pasto cultivado REGULAR 25 59 75 83
72 14470 Pasto cultivado REGULAR 25 59 75 83
73 14471 Pasto cultivado REGULAR 25 59 75 83
56
Tabla 7. Asignación de la Condición Hidrológica en la capa de Cobertura vegetal
continuación…
74 14474 Pasto cultivado REGULAR 25 59 75 83
75 14475 Pasto cultivado REGULAR 25 59 75 83
76 14476 Pasto cultivado REGULAR 25 59 75 83
77 14477 Pasto cultivado REGULAR 25 59 75 83
78 14490 Pasto cultivado REGULAR 25 59 75 83
79 14491 Pasto cultivado REGULAR 25 59 75 83
80 14495 Pasto cultivado REGULAR 25 59 75 83
81 14544 Pasto cultivado REGULAR 25 59 75 83
82 14808 Bosque plantado - Vegetación arbustiva BUENA 26 52 63 69
83 15187 Asentamiento rural NULA 59 74 82 86
84 15347 Pasto cultivado - Cultivos de ciclo corto BUENA 58 72 81 85
85 15348 Pasto cultivado - Cultivos de ciclo corto BUENA 58 72 81 85
86 15350 Pasto cultivado - Cultivos de ciclo corto BUENA 58 72 81 85
87 10518 Pastos Cultivados - Vegetación
arbustiva REGULAR 35 56 70 77
88 10518 Pastos Cultivados - Vegetación
arbustiva REGULAR 35 56 70 77
89 14773 Áreas erosionadas MUY POBRE 98 98 98 98
90 15056 Cultivo ciclo corto - Áreas erosionadas POBRE 72 81 88 91
91 15056 Cultivo ciclo corto - Áreas erosionadas POBRE 72 81 88 91
92 10656 Áreas quemadas NULA 30 58 71 78
93 10656 Áreas quemadas NULA 30 58 71 78
94 11335 Áreas erosionadas POBRE 72 81 88 91
95 10449 Bosque natural MUY BUENA 15 44 54 61
96 10511 Páramo BUENA 39 61 74 80
97 13624 Cultivo ciclo corto - Áreas erosionadas POBRE 72 81 88 91
98 14650 Bosque de eucalipto MUY BUENA 15 44 54 61
99 15008 Áreas erosionadas MUY POBRE 98 98 98 98
100 15056 Cultivo ciclo corto - Áreas erosionadas POBRE 72 81 88 91
101 15188 Asentamiento rural NULA 59 74 82 86
102 15349 Pasto cultivado - Cultivos de ciclo corto BUENA 58 72 81 85
103 15209 Áreas urbanas MUY POBRE 98 98 98 98
57
4.2.2 CONSTRUCCIÓN DEL MODELO DE SIMULACIÓN Y CÁLCULO
DEL CN Y CN PONDERADO
La construcción de un modelo de simulación, ratificó la necesidad y utilidad
de implementar un flujo de procesos para calcular el valor de CN, cuyo
tiempo de ejecución es muy corto, aproximadamente 1 minuto.
Las entradas para el modelo de simulación están de color azul, estas
entradas son: DTM (Modelo Digital del Terreno), Uso del suelo y cobertura
vegetal, como se indica en la Figura 34.
Las de color amarillo son las herramientas utilizadas en la modelo de
simulación para el cálculo del CN. En la Tabla 8 explica cada una de las
funciones de las herramientas
Tabla 8. Herramientas utilizadas en el modelo de simulación
HERRAMIENTA FUNCIONES
Slope Pendientes de la cuenca
Reclassify Reclasificación de las pendientes
Raster to polygon Transformar de raster a polígono
Union Unión de las capas que ingresan
Add Field Agregar un campo en la tabla de atributos
Calculate field Calcular los valores de los campos en la tabla de atributos
Los de color verde son las salidas del modelo de simulación para el cálculo
del CN y CN ponderado. En el modelo de simulación las salidas generadas
se indican en la Tabla 9.
Tabla 9. Salidas generadas en el modelo de simulación en ModelBuilder
SALIDAS GENERADAS EN EL MODELO DE SIMULACIÓN
dtm_slope Mapa de pendientes formato raster
Pendientes Mapa de pendientes reclasificado formato raster
Pendientes_poligono Mapa de pendientes formato polígono
58
Tabla 9. Salidas generadas en el modelo de simulación en ModelBuilder
continuación…
Union_CN Unión de las capas de entrada
CN_Genrado Generación del CN de la cuenca
CN_Área_Generado Generación del Área del CN de la cuenca
CN*CN_Área Multiplicación de las dos variables
CN_Ponderado Cálculo del CN ponderado
En la Figura 34 se puede observar el modelo de simulación para el cálculo
del CN y CN PONDERADO, la construcción de este modelo de simulación
se realizó en ModelBuilder una herramienta del programa ArcGis.
59
Figura 34. Cálculo del valor ponderado del número de curva con ModelBuilder
60
En la Figura 35 muestra el CN y CN PONDERADO de la cuenca hidrográfica
de la Quebrada Rumihurco, los valores de CN a lo largo de cuenca pueden
variar en el rango de 15 y 98 esto depende del uso del suelo y la cobertura
vegetal. El CN mínimo es de 15, significa que no tiene escurrimiento, todo
se infiltra; debido a la vegetación presente en la cuenca y el CN máximo es
de 98 indica que es impermeable, es decir, toda la precipitación genera
escorrentía, esto se debe al crecimiento urbano existente en la cuenca.
El CN PONDERADO de la cuenca de la Quebrada Rumihurco es de 68, 44
implica que la cuenca tiene un alto porcentaje de escurrimiento y un mínimo
de infiltración, la principal razón de este CN ponderado es por las zonas
urbanas que existen actualmente y asentamientos irregulares en partes de la
montaña de la quebrada Rumihurco
61
Figura 35. Valores de CN y CN PONDERADO
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
62
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 CONCLUSIONES
A partir de la revisión bibliográfica realizada durante el
estudio de este trabajo, se pudo determinar que en el DMQ
no existe un método factible para la determinación del
Número de curva de una cuenca hidrográfica. Ello permitió
desarrollar un modelo de cálculo sustentable en el análisis
espacial de un SIG. Siendo más efectivo al método empírico
utilizado, ya que permitió ser más exacto en el cálculo de
CN de la cuenca en estudio.
La aplicación del modelo en ModelBuilder es más efectivo
que el método empírico aplicado por muchos años, debido a
que este modelo es exacto en el valor del CN y CN
ponderado de la cuenca en estudio.
Las condiciones de humedad del suelo y la intensidad de
precipitación son las que determinan las cantidades de
escorrentías sobre la cuenca.
El CN para la cuenca Rumihurco evidenció que existe
mayor infiltración en las zonas de páramos localizado en la
parte alta y menor infiltración en la zona urbana localizada
en la parte baja de la cuenca. El crecimiento de la zona
urbana en la cuenca es el resultado de la presión que ejerce
el incremento poblacional, y la necesidad de viviendas.
El CN ponderado para la cuenca Rumihurco es de 68,44 lo
que indica que la cuenca tiene un escurrimiento eminente,
debido a que las condiciones naturales de la cuenca están
63
siendo modificadas. Esto se evidencia por la presencia de
un 44% de zonas naturales frente a un porcentaje mayor de
56% de áreas impermeabilizadas (urbanos).
64
5.2 RECOMENDACIONES
Se sugiere a las empresas encargadas de la construcción
de obras públicas aplicar esta metodología para tener en
cuenta la cantidad exacta de escurrimiento de una cuenca
hidrográfica, permitiendo un ahorro en recursos
económicos.
El programa para modelación es efectivo e indispensable
para desarrollar procesos y analizar datos especialmente
mediante un Sistema de Información Geográfica. Permite
crear un modelo que representa un sistema, y comprender
adecuadamente un comportamiento.
Las visitas técnicas al área de estudio permitieron ajustar
los resultados y determinar con mayor claridad las
condiciones naturales de la cuenca hidrográfica.
Evitar que el límite urbano de la ciudad de Quito continúe
elevándose; lo que ocasiona la impermeabilización del área
de la cuenca; que a su vez provoca la ocurrencia de
mayores caudales que ingresan al sistema de alcantarillado
de la ciudad provocando desastres como las inundaciones.
El modelo utilizado, permite calcular un CN, que implica
que el dimensionamiento de obras de protección y
colectores sean más reales acorde a las condiciones
existentes en la cuenca.
NOMENCLATURA / GLOSARIO
65
NOMENCLATURA / GLOSARIO
CN Número de Curva
DMQ Distrito Metropolitano de Quito
MDT Modelo Digital del Terreno
NRCS National Resources Conservation Service
SCS Servicio de Conservación de Suelos
SIG Sistema de Información Geográfica
USDA United States Department of Agriculture
BIBLIOGRAFÍA
66
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modulo_1%5B1%5D.pdf
ANEXOS
69
ANEXOS
ANEXO 1
Condición Hidrológica
70
71
72
73
ANEXO 2
Grupo Hidrológico del Suelo
