Relaciones morfometría – respuesta hidrológica en cuencas de drenaje de la vertiente norte del macizo “El Ávila” (estado Vargas, Venezuela): una escala de peligrosidad por crecientes

RELACIONES MORFOMETRÍA – RESPUESTA HIDROLÓGICA EN CUENCAS DE DRENAJE DE LA VERTIENTE NORTE DEL MACIZO “EL ÁVILA” (ESTADO VARGAS, VENEZUELA): UNA ESCALA DE PELIGROSIDAD POR CRECIENTES

Prof. Williams Méndez

Tesis Doctoral presentada a la ilustre Universidad Central de Venezuela para optar al Título de Doctor en Ciencias de la Ingeniería

Caracas, Octubre de 2014

UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA FACULTAD DE INGENIERÍA Doctorado Individualizado en Ciencias de la Ingeniería RELACIONES MORFOMETRÍA – RESPUESTA HIDROLÓGICA EN CUENCAS DE DRENAJE DE LA VERTIENTE NORTE DEL MACIZO “EL ÁVILA” (ESTADO VARGAS, VENEZUELA): UNA ESCALA DE PELIGROSIDAD POR CRECIENTES Autor: Williams Méndez Tutor: José Córdova Fecha: Octubre 2014

RESUMEN Los aludes torrenciales ocurridos en el estado Vargas en Diciembre de 1999 evidenciaron a partir de la variedad y tamaños de los nuevos materiales depositados sobre los abanicos aluviales del área, que existen elementos del medio físico que controlan las características y magnitudes de las respuestas hidrológicas de estos sistemas hidrogeomorfológicos. De allí que el propósito principal de este trabajo contemple establecer las relaciones morfometría – respuesta hidrológica en cuencas de drenaje de la vertiente norte del macizo “El Ávila”, a fin de proponer una escala de peligrosidad por crecientes. La metodología comprendió: (a) análisis de distribución espacio-temporal y frecuencia de eventos extremos de las precipitaciones; (b) caracterización geomorfológica del sector; (c) descripción de rasgos hidrográficos y topográficos de las redes de drenaje; (d) interpretación de parámetros de respuesta hidrológica y morfométricos de las cuencas y redes de drenaje; (e) análisis de relaciones entre parámetros morfométricos y de respuesta hidrológica, mediante el ajuste de modelos estadísticos multivariados; (f) construcción de modelos predictivos (ecuaciones) que mejor representan estas relaciones; y (g) diseño de escala de peligrosidad por crecientes. El análisis de componentes principales (ACP) permitió reducir la dimensionalidad de los grupos de parámetros morfométricos, definiendo como nuevas variables a los componentes o factoriales creados para cada grupo o variable morfométrica inicial. El análisis de regresión lineal múltiple (ARLM) con los componentes principales CP reveló muy buenas correlaciones entre éstos y los parámetros de respuesta hidrológica en la mayoría de los casos. De esta manera, los parámetros morfométricos de la variable escala de la cuenca son los mejores predictores de los parámetros de respuesta hidrológica referidos a caudales máximos instantáneos y volúmenes de crecidas; los de la variable gradiente y forma del relieve de la cuenca de los volúmenes de detritos; y los de la variable extensión de la red de drenaje del tiempo de concentración. Con base en las magnitudes de los parámetros de respuesta hidrológica estimadas con los modelos predictivos, se definieron cuatro rangos de peligrosidad (baja, mediana, alta y muy alta) relativa, conformando de esta manera la escala de peligrosidad por crecientes, la cual permitió clasificar según sus niveles a las cuencas consideradas en este estudio. Descriptores: Morfometría, respuesta hidrológica, cuencas de drenaje, escala de peligrosidad, estado Vargas.

CENTRAL UNIVERSITY OF VENEZUELA ENGINEERING FACULTY Individualized Doctorate in Engineering Science MORPHOMETRY – HYDROLOGIC RESPONSE RELATIONSHIPS IN WATERSHEDS OF THE NORTHERN HILLSIDE OF MASSIF "EL ÁVILA" (VARGAS STATE, VENEZUELA): A SCALE OF HAZARDOUSNESS BY FLASHFLOODS Author: Williams Méndez Tutor: José Córdova Date: Octubre 2014

ABSTRACT The occurred debris flows in Vargas State in December 1999 showed from the variety and sizes of new materials deposited on alluvial fans in the area, that there are elements of the physical environment that control the characteristics and magnitudes of hydrological responses of these hydrogeomorphological systems. Hence, the main purpose of this research contemplates establishing relationships morphometry - hydrological response in watersheds draining the northern hillside of the massif "El Ávila" to propose a scale of hazardousness by flashfloods. The methodology included: (a) Analysis of the spatiotemporal distribution and frequency of extreme events of rainfalls; (b) geomorphological characterization of area; (c) description of the hydrographic and topographic features of drainage networks; (d) interpretation of hydrologic response and morphometric parameters of watersheds and drainage networks; (e) analysis of the relationships between morphometric and hydrologic response parameters by fitting multivariate statistical models; (f) construction of the predictive models (equations) that best represent these relationships; and (g) design of scale of hazardousness by flashfloods. The principal component analysis (PCA) allowed reducing the dimensionality of the morphometric parameters groups, defining like new variables to the created components or factor for each group or initial morphometric variable. The multiple linear regression analysis (MLRA) with the PC of the groups or morphometric variables revealed very good correlations between the principal components and parameters of hydrological response in most cases. Thus the morphometric parameters of the basin scale variable are the best predictors of hydrologic response parameters related to instantaneous maximum flows and flashflood volumes; those of the gradient and form of basin relief variable of the volumes of debris; and those of the extension of the drainage network variable of the concentration time. Based on the magnitudes of the estimated parameters of hydrological response with the predictive models, four ranges of hazardousness (low, medium, high and very high) relative were defined, constituting thus the hazardousness scale by flashfloods, which allowed to classify by its hazardousness to the watersheds considered in this study. Descriptors: Morphometry, hazardousness, Vargas state.

hydrologic

response,

drainage

catchment,

scale

of