GEOMORFOLOGÍA Y RESPUESTA HIDROLÓGICA DE LA MICROCUENCA DE DRENAJE DE LA QUEBRADA CURUCUTÍ, ESTADO VARGAS, VENEZUELA Williams Méndez Universidad Pedagógica Experimental Libertador, Instituto Pedagógico de Caracas, Departamento de Ciencias de la Tierra, Núcleo de Investigaciones “Estudios del Medio Físico Venezolano”, e-mail:
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INTRODUCCIÓN La microcuenca de drenaje de la quebrada Curucutí, fue uno de los más de veinte sistemas que se activaron hidromorfodinámicamente, como respuesta a las excepcionales precipitaciones de Diciembre de 1999, que afectaron principalmente la vertiente norte de la Serranía del Ávila. El interés en esta microcuenca como área de estudio radica en que en su sector bajo (abanico aluvial) se asienta gran parte de la infraestructura aduanera portuaria y aeroportuaria del país; así como una extensión significativa del Aeropuerto Internacional de Maiquetía “Simón Bolívar”, y un asentamiento poblacional significativo emplazado en el área del abanico aluvial y vertientes bajas. Por ello, es propósito fundamental del presente trabajo, analizar e interpretar la respuesta hidrológica de la microcuenca de drenaje de la quebrada Curucutí, como una función directa de las características morfométricas del sistema y de su red de drenaje, a fin de contribuir con el proceso de evaluación de la amenaza por inundaciones en esta área. ÁREA DE ESTUDIO La microcuenca de la quebrada Curucutí está situada geográficamente en la Región Centro Norte del territorio venezolano, específicamente en el sector centro occidental del estado Vargas. Políticamente, se comparte entre las jurisdicciones de las parroquias Maiquetía (vertiente oriental de la cuenca) y Carlos Soublette (vertiente occidental de la cuenca) del estado Vargas. Geoastronómicamente, se localiza en la Zona Intertropical, y está definida por las siguientes coordenadas angulares: 10º33’08” – 10º36’23” de latitud norte, y 66º57’38” – 66º59’14” de longitud oeste (Figura 1). Fisiográficamente, el área de estudio se emplaza en el extremo occidental de la vertiente norte de la Serranía o Macizo del Ávila, por lo que gran parte de su superficie pertenece al Parque Nacional “El Ávila”.
Figura 1. Localización de la microcuenca de drenaje de la quebrada Curucutí, estado Vargas, Venezuela.
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METODOLOGÍA La metodología comprendió en primera instancia, las mediciones y cálculos de parámetros morfométricos 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. Posteriormente se calcularon los tiempos de concentración de la microcuenca en las posiciones geomorfológicas desembocadura en el mar y ápice del abanico, por medio de la ecuación de Kirpich (1940). Se estimaron 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, a partir de hietogramas de diseño (Córdova y González, 2003; González y Córdova, 2003) para las mismas duraciones y frecuencias, correspondientes a la estación pluviográfica Maiquetía, lo cual comprendió los siguientes pasos: (a) Cálculo de los hietogramas de exceso de lluvia, por el método de la distribución temporal de las abstracciones o pérdidas por infiltración en una tormenta del Soil Conservation Service (1972); (b) cálculo de las intensidades de la lluvia efectiva; y (c) estimación de caudales pico de crecientes por el modelo Hidrograma Unitario Instantáneo Geomorfológico (HUIG) (Rodríguez y Valdés, 1979; Valdés, Fiallo y Rodríguez, 1979; Rodríguez, Devoto y Valdés, 1979; Rodríguez y González, 1982; Rodríguez, González y Caamaño, 1982; Córdova y Rodríguez, 1983). RESULTADOS Y DISCUSIÓN Morfometría de la microcuenca de drenaje de la quebrada Curucutí La microcuenca de drenaje de la quebrada Curucutí corresponde a un sistema hidrogeomorfológico de pequeñas dimensiones de carácter exorreico con orientación norte – sur perpendicular a la línea de costa, cuyos parámetros morfométricos relacionados con las dimensiones del sistema (área, perímetro, longitud, ancho y diámetro) (Tabla 1), determinan condiciones particulares que favorecen la ocurrencia de crecidas con hidrogramas de picos pronunciados y corta duración, y menores tiempos de concentración del sistema, en presencia de tormentas significativas en intensidad, duración y dimensiones. La distribución altimétrica y clinométrica (Tabla 1) definen un marcado contraste topográfico entre el área montañosa, caracterizada por la presencia de vertientes y cauces de fuertes pendientes, en los que predominan procesos de erosión y de arrastre de materiales; y el área de abanico aluvial de pendientes más suaves y prevalencia de procesos de transporte y depositación. Estos pronunciados desniveles altimétricos en el sector montañoso, así como en el perfil longitudinal del cauce principal de la quebrada Curucutí, determinan altas velocidades del agua de escorrentía, menores tiempos de concentración de la microcuenca, un alto potencial erosivo, e hidrogramas de crecidas con caudales pico pronunciados y corta duración. La forma alargada de la cuenca (Tabla 1) genera hidrogramas de crecidas asimétricos, sin embargo, ésta no tiene gran peso en el tiempo de respuesta del sistema debido a su pequeño valor de área, con lo cual en presencia de tormentas de grandes dimensiones y lluvias de alta intensidad y duración, toda la superficie de la microcuenca aporta agua a la red de drenaje, generando hidrogramas con picos importantes. La densidad de drenaje también tiene una alta influencia en la generación de crecidas en esta microcuenca, ya que a pesar de tener ésta un área pequeña, posee una red de densidad media (Figura 2) (Tabla 1), que es determinante en la reducción del tiempo de respuesta hidrológica del sistema, debido a la presencia de un número elevado de cauces que conforman la red, y que transportan agua en presencia de lluvias. Esta densidad de drenaje también determina una alta tasa de erodabilidad. La red de drenaje de la microcuenca de la quebrada Curucutí, es un sistema de orden 4 (Tabla 2), con relación de bifurcación media de 4,69 y alta torrencialidad, lo cual es significativo en la reducción de los tiempos de concentración en presencia de tormentas, y son indicadores de alta susceptibilidad a procesos de erosión lineal y concentrada.
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Tabla 1. Características morfométricas de la microcuenca de drenaje de la quebrada Curucutí, estado Vargas, Venezuela Variable
Parámetro
Magnitud
Escala de la cuenca
Área Perímetro Longitud Ancho Gradiente y Altura máxima forma del Altura mínima relieve de la Relieve máximo cuenca Radio del relieve Pendiente mediana Pendiente media del perfil longitudinal de la corriente principal Forma de la Elongación cuenca Forma Coeficiente de compasidad Extensión de Longitud de la corriente principal la red de Longitud total de las corrientes de drenaje la red de drenaje Densidad de drenaje
9,31 Km2 17 Km 5,95 Km 2,65 Km 1400 msnm 0 msnm 1400 msnm 0,24 21,50 % 0,16 (16,25 %) 0,51 0,26 1,56 7,48 Km 56,70 Km 6,09 Km/Km2
Figura 2. Red de drenaje de la microcuenca de la quebrada Curucutí, estado Vargas, Venezuela Tabla 2. 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 Orden de la corriente
Número de corrientes
Relación de bifurcación
1 2 3 4
69 16 3 1
4,31 5,33 3,00
Coeficiente de torrencial. =
9,40
Longitud total de las corrientes (Km)
Longitud media de las corrientes (Km)
Longitud media acumulada de las corrientes (Km)
21,34 10,08 1,87 1,94
0,31 0,63 0,62 1,94
0,32 0,95 1,57 3,51
Relación de longitud
2,04 0,99 3,11
Tiempos de concentración de la microcuenca de drenaje de la quebrada Curucutí Los tiempos de concentración estimados, corroboran las afirmaciones que sobre este parámetro se realizaron, a partir del análisis de las características morfométricas de la microcuenca de drenaje, a la vez que tales magnitudes tienen correspondencia con la morfología y la geometría del sistema hidrológico de interés en este estudio. Los tiempos de concentración estimados son bastante cortos (Tabla 3), correspondiéndose con valores críticos que suponen el tiempo de arribo de una crecida a las secciones de referencia, principalmente en el ápice del abanico (125 msnm), a partir del cual hacia la línea de costa y
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bordeando el cauce principal de la quebrada Curucutí sobre los depósitos torrenciales del abanico aluvial, se asienta gran parte de la población de la Parroquia Carlos Soublette del estado Vargas. Tabla 3. Tiempo de concentración de la microcuenca de drenaje de la quebrada Curucutí, estado Vargas, Venezuela Posición geomorfológica
Magnitudes empleadas en los cálculos Longitud del cauce Pendiente promedio principal del cauce principal (m) (m/m)
Tiempo de concentración h
min
Desembocadura de la quebrada Curucutí en el mar (0 msnm)
8000
0,175
0,64
38,56
Ápice del abanico aluvial (125 msnm)
5000
0,248
0,39
23,48
Caudales pico de crecientes de la microcuenca de drenaje de la quebrada Curucutí De acuerdo con los resultados obtenidos de la aplicación del modelo HUIG en la microcuenca de drenaje de la quebrada Curucutí, se estimaron caudales pico de crecientes de magnitudes importantes (Tabla 4), 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, a la vez que 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. Tabla 4. Picos, tiempos al pico 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) en la que se observó el caudal pico (min)
Pico (qp) (h-1)
Tiempo al pico (tp) (h)
Caudal pico (Qp) (m3/s-1)
2,33 5 10 25 50 100 500 1000
85 80 40 45 40 45 60 60
0,40 0,68 0,94 1,12 1,28 1,38 1,50 1,62
1,27 0,75 0,54 0,45 0,40 0,37 0,34 0,31
0,81 8,33 21,43 52,16 85,61 134,96 245,14 339,36
Con relación a las características de los hidrogramas unitarios estimados, se observan picos y tiempos al pico (Tabla 4) 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 las de mayores períodos de retorno, como por ejemplo la cincuentenaria en la que se observa un pico de 1,28 h-1 y un tiempo al pico de 0,40 h (24 min), y la centenaria con un pico de 1,38 h-1 y un tiempo al pico de 0,37 h (22,2 min).
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Tales magnitudes de caudales pico de crecientes, así como las características de los hidrogramas unitarios, considerando que esta microcuenca es un sistema hidrogeomorfológico de pequeñas dimensiones, son el reflejo del control que ejerce la morfometría sobre la respuesta hidrológica, principalmente asociada a las fuertes pendientes, la densidad de drenaje media y alta torrencialidad.
CONCLUSIONES la microcuenca de drenaje de la quebrada Curucutí, es un sistema hidrogeomorfológico cuyas respuesta hidrológica está determinada por la pequeña área del mismo, fuertes pendientes en las vertientes y cauces del sector montañoso, la densidad de drenaje media, el orden 4 de la microcuenca, una relación de bifurcación media de 4,69, alta torrencialidad, las dimensiones de las tormentas y la intensidad y duración de las lluvias. En breves palabras, la respuesta hidrológica de la microcuenca, es condicionada y controlada por las características morfométricas del sistema y de su red de drenaje. Los cortos tiempos de concentración, así como las magnitudes estimadas de los caudales pico de crecientes y los picos y tiempos al pico de los hidrogramas unitarios obtenidos, corroboran la influencia que ejercen las características fisiográficas de la microcuenca y la estructura de la red de drenaje, en las respuestas rápidas y violentas del sistema. Ello definen escenarios críticos de inundaciones, para eventos de períodos de retorno de 50, 100 y 500 años principalmente, y en el peor de los casos de 1000 años. Este trabajo aporta elementos de gran importancia para la concepción y/o reevaluación de ser el caso, del diseño hidráulico e hidrológico de estructuras para el control de crecientes y de sedimentos, así como para el análisis, evaluación y zonificación de la amenaza por inundaciones, y el diseño de sistemas de alerta. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS CÓRDOVA J. E I. RODRÍGUEZ. 1983. Geomorphoclimatic estimation of extreme flow probabilities. Journal of Hydrology, 65; 159-173. CÓRDOVA J. Y M. GONZÁLEZ. 2003. Estimación de los volúmenes y caudales máximos que produjeron los aludes torrenciales ocurridos en Diciembre de 1999 en cuencas del Litoral Central del estado Vargas, Venezuela. Acta Científica Venezolana, 54 (1); 33-48, [On line] http://acta.ivic.ve GONZÁLEZ M. Y J. CÓRDOVA. 2003. Estimación de hidrogramas de crecidas en cuencas del Litoral Central luego de los aludes torrenciales de Diciembre de 1999. Acta Científica Venezolana, 54 (1); 63-87, [On line] http://acta.ivic.ve KIRPICH Z. 1940. Time of concentration of small agricultural watersheds. Civil Engineering, 10 (06); 362. RODRÍGUEZ I., DEVOTO G. Y J. VALDÉS. 1979. Discharge Response Analysis and Hydrologic Similarity: The Interrelation Between the Geomorphologic IUH and Storm Characteristics. Water Resources Research, 15 (6); 1435-1444. RODRÍGUEZ I. Y M. GONZÁLEZ. 1982. A geomorphoclimatic theory of the instantaneous unit hydrograph. Water Resources Research, 18 (4); 877-886. RODRÍGUEZ I., GONZÁLEZ M. Y G. CAMAÑO. 1982. On the climatic dependence of the IUH: A rainfall – runoff analysis of the Nash Model and the geomorphoclimatic theory. Water Resources Research, 18 (4); 887-903. RODRÍGUEZ I. Y J. VALDÉS. 1979. The Geomophologic Structure of Hydrologic Response. Water Resources Research, 15 (6); 1409-1420. SOIL CONSERVATION SERVICE. 1972. Hydrology. En National Engineering Handbook (Sección 4). Department of Agriculture, Washington, D. C., USA. VALDÉS J., FIALLO Y. E I. RODRÍGUEZ. 1979. A Rainfall-Runoff Analysis of the Geomorphologic IUH. Water Resources Research, 15 (6); 1421-1434.
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