Calibración del modelo Hidrograma Unitario Instantáneo Geomorfológico, en la microcuenca de drenaje de la quebrada Curucutí (estado Vargas, Venezuela), para la estimación de caudales pico de crecientes

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA EXPERIMENTAL LIBERTADOR INSTITUTO PEDAGÓGICO DE CARACAS DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA

Núcleo de Investigación “Estudios del Medio Físico Venezolano”

Calibración del modelo Hidrograma Unitario Instantáneo Geomorfológico, en la microcuenca de drenaje de la quebrada Curucutí (estado Vargas, Venezuela), para la estimación de caudales pico de crecientes Prof. Williams Méndez (MSc) e Ingº José Córdova (PhD) XII Jornada Anual de Investigación del Instituto Pedagógico de Caracas Caracas, 23 al 27 de Mayo de 2005

OBJETIVO GENERAL Aplicar y calibrar el modelo Hidrograma Unitario Instantáneo Geomorfológico (HUIG) en la microcuenca de drenaje de la quebrada Curucutí, para estimar sus caudales pico de crecientes.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS • Calcular los hietogramas de exceso de lluvia a partir de los hietogramas de lluvias de diseño, para distintos períodos de retorno y duraciones de la lluvia a intervalos de 5 minutos durante 24 horas. • Calcular las intensidades de la lluvia efectiva para distintos períodos de retorno y duraciones de la lluvia a intervalos de 5 minutos durante 24 horas.

• Medir y calcular los parámetros morfométricos e hidráulicos de la microcuenca y su red de drenaje. • Estimar los hidrogramas unitarios y caudales pico de crecientes, para distintos períodos de retorno y duraciones de la lluvia a intervalos de 5 minutos durante 24 horas.

Características Generales del Área de Estudio Variable

Características

Localización

Región Centro Norte del territorio venezolano, estado Vargas. Coordenadas: 10º33’08”-10º36’23” L N y 66º57’38”-66º59’14” L O.

Geología

Rocas metamórficas correspondientes a las fajas tectónicas Asociación Metamórfica Ávila y Asociación Metamórfica La Costa; y depósitos fluvio-torrenciales (abanico aluvial).

Relieve

Alturas entre 0 msnm y 1400 msnm. Pendientes entre 3 % y 45 %. Topografía desde suave y moderada (abanico aluvial) hasta abrupta (sector montañoso).

Clima

Tropical Estepario (Bshi). Montos pluviométricos anuales entre 521,4 mm y 647,4 mm. Temperatura media anual de 26 ºC.

Vegetación

Formaciones vegetales: Vegetación litoral, cardonales y espinares, bosque deciduo, bosque semi-deciduo, bosque transicional, bosque de galería y vegetación secundaria.

Uso actual de la tierra

Construcción, comercio, transporte y comunicaciones, administración pública y Parque Nacional “El Ávila” (ABRAE).

Situación relativa local

Situación relativa regional

Situación relativa nacional

Localización de la microcuenca de drenaje de la quebrada Curucutí, estado Vargas, Venezuela

Metodología • Cálculo de los hietogramas de exceso de lluvia, a partir de los hietogramas de lluvias de diseño de la estación pluviográfica Maiquetía, para distintos períodos de retorno y duraciones de la lluvia a intervalos de 5 minutos durante 24 horas, por el método de la distribución temporal de las abstracciones o pérdidas por infiltración en una tormenta, del Soil Conservation Service (1972). Curva CN = 55. • Cálculo de las intensidades de la lluvia efectiva para distintos períodos de retorno y duraciones de la lluvia a intervalos de 5 minutos durante 24 horas. • Mediciones y cálculos de parámetros morfométricos e hidráulicos de la microcuenca y de su red de drenaje, con apoyo en planos topográficos a escala 1:5.000, cartas topográficas a escala 1:25.000 y ortofotomapas a escala 1:25.000. • Estimación de los caudales pico de crecientes para distintos períodos de retorno (2,33, 5, 10, 25, 50, 100, 500 y 1000 años) y duraciones de la lluvia a intervalos de 5 minutos durante 24 horas, por el método del Hidrograma Uitario Instantáneo Geomorfológico (HUIG).

Hietogramas de lluvias de diseño de la estación pluviográfica Maiquetía, estado Vargas, Venezuela

Excesos de lluvia acumulado en la estación pluviográfica Maiquetía, estado Vargas, Venezuela

Hietogramas de exceso de lluvia de la estación pluviográfica Maiquetía, estado Vargas, Venezuela

Curvas de intensidad efectiva – duración – frecuencia de la lluvia de la estación pluviográfica Maiquetía, estado Vargas, Venezuela

Características morfométricas de la microcuenca de drenaje de la quebrada Curucutí, estado Vargas, Venezuela Parámetro

Variable Escala de la cuenca

Gradiente y forma del relieve de la cuenca

Área

17 Km

Longitud

5,95 Km

Ancho

2,65 Km

Altura máxima

1400 msnm

Altura mínima

0 msnm

Relieve máximo

1400 msnm

Radio del relieve

0,24

Pendiente media del perfil longitudinal de la corriente principal

Extensión de la red de drenaje

9,31 Km2

Perímetro

Pendiente mediana

Forma de la cuenca

Magnitud

21,50 % 0,16 (16,25 %)

Elongación

0,51

Forma

0,26

Coeficiente de compasidad

1,56

Longitud de la corriente principal

7,48 Km

Longitud total de las corrientes de la red de drenaje

56,70 Km

Densidad de drenaje

6,09 Km/Km2

Perfil longitudinal del cauce de la quebrada Curucutí (vista de oeste a este), estado Vargas, Venezuela

Red de drenaje de la microcuenca de la quebrada Curucutí, estado Vargas, Venezuela

Orden y magnitud de las corrientes de la red de drenaje de la microcuenca de la quebrada Curucutí (hasta el ápice del abanico (125 msnm)), estado Vargas, Venezuela

Relación de bifurcación

Longitud total de las corrientes (Km)

Longitud media de las corrientes (Km)

Longitud media acumulada de las corrientes (Km)

21,34

0,31

0,32

Orden de la corriente

Número de corrientes

Relación de longitud

1

69

2

16

4,31

10,08

0,63

0,95

2,04

3

3

5,33

1,87

0,62

1,57

0,99

4

1

3,00

1,94

1,94

3,51

3,11

Coeficiente de torrencialidad

9,40

Relación del orden de las corrientes con el número de corrientes, y la longitud media acumulada de las corrientes de la red de drenaje de la microcuenca de la quebrada Curucutí, estado Vargas, Venezuela

Parámetros morfométricos (hasta el ápice del abanico (125 msnm)) e hidráulicos de la sección de interés (ápice del abanico), utilizados en la estimación de los caudales pico de crecientes de la microcuenca de drenaje de la quebrada Curucutí, estado Vargas, Venezuela Parámetro

Símbolo

Magnitud

Área

A

7,34 Km2

Pendiente media de la corriente de orden más alto Longitud total de la corriente de orden más alto

Sm

0,07 (7%)

Lc4

4,7 Km

Relación de longitud

RL

2,15

b

13 m

n

0,030

Ancho máximo del cauce de la corriente de orden más alto Coeficiente de rugosidad (n de Manning) del lecho de la corriente de orden más alto

Hidrogramas unitarios y caudales pico de crecientes de distintos períodos de retorno de la microcuenca de drenaje de la quebrada Curucutí (ápice del abanico (125 msnm)), estado Vargas, Venezuela Período de retorno (Tr) (años)

Duración de la lluvia (T) (min)

2,33

Exceso de lluvia (cm)

Exceso de lluvia acumulado (cm)

Pico (qp) (h-1)

Tiempo al pico (tp) (h)

Caudal pico (Qp) (m3/s-1)

Intensidad efectiva (cm/h-1)

85

0,01

0,31

0,22

0,40

1,27

0,81

5

80

0,05

1,08

0,81

0,68

0,75

8,33

10

40

0,10

1,21

1,82

0,94

0,54

21,43

25

45

0,14

2,12

2,83

1,12

0,45

52,16

50

40

0,21

2,62

3,93

1,28

0,40

85,61

100

45

0,27

3,60

4,80

1,38

0,37

134,96

500

60

0,30

5,91

5,91

1,50

0,34

245,14

1000

60

0,38

7,08

7,08

1,62

0,31

339,36

Frecuencia de picos, tiempos al pico y caudales pico de crecientes en la microcuenca de drenaje de la quebrada Curucutí, estado Vargas, Venezuela

Comparación de los caudales pico de crecientes obtenidos por el modelo del HUIG con los obtenidos por otros autores por el modelo de onda cinemática, en la microcuenca de drenaje de la quebrada Curucutí, estado Vargas, Venezuela Período de retorno (tr) (años)

Caudales pico de crecientes

2,33

HUIG (m3/s-1) 0,81

Onda cinemática(1) (m3/s) -

5

8,33

26

10

21,43

47

25

52,16

85

50

85,61

112

100

134,96

148

500

245,14

207

1000

339,36

-

Coeficiente de correlación =

(1) Fuente: González y Córdova, 2003.

0,98

Caudales pico de crecientes obtenidos por medio de los modelos Hidrograma Unitario Instantáneo Geomorfológico (HUIG) y onda cinemática, en la microcuenca de drenaje de la quebrada Curucutí, estado Vargas, Venezuela

Correlación entre los caudales pico de crecientes obtenidos por el modelo del Hidrograma Unitario Instantáneo Geomorfológico (HUIG) y los obtenidos por el modelo de onda cinemática, en la microcuenca de drenaje de la quebrada Curucutí, estado Vargas, Venezuela

CONCLUSIONES • Se estimaron caudales pico de crecientes de magnitudes importantes, sobre todo para los períodos de retorno de 50, 100 y 500 años, con base en los cuales generalmente se diseñan las obras y estructuras de ingeniería para el control de crecidas y sedimentos. • Estos períodos de retorno representan los escenarios más probables de inundaciones, con afectación en la infraestructura y asentamientos poblacionales del área del abanico aluvial. • Las intensidades efectivas de la lluvia para estos escenarios de distintos períodos de retorno (50, 100 y 500 años), se corresponden respectivamente con valores de 39,3 mm /h-1, 48,0 mm/h-1 y 59,1 mm/h-1. • En líneas generales todos los caudales pico estimados se registran para duraciones de la lluvia que oscilan entre 40 min y 1 hora.

CONCLUSIONES • Picos y tiempos al pico con valores críticos que suponen tiempos muy cortos desde que la lluvia de exceso se transforma en escorrentía y posteriormente en una creciente, principalmente para los escenarios de mayores períodos de retorno. • Control de morfometría de la microcuenca y de su red de drenaje, sobre la respuesta hidrológica, principalmente asociada a las fuertes pendientes, la densidad de drenaje media y alta torrencialidad. • Los caudales pico de crecientes estimados, se compararon estadísticamente con los obtenidos por González y Córdova (2003) para la misma microcuenca, por el método de la onda cinemática. Los coeficientes de correlación arrojaron muy buenas aproximaciones, con lo que se afirma que la calibración estuvo bastante ajustada. • Ello permitirá aplicar este modelo calibrado a otras cuencas de drenaje con características fisiográficas similares, e información hidrológica escasa o inexistente.

¡Gracias!