Estimación de los caudales generados por el evento de

Estimación de los caudales generados por el evento de lluvia suscitado entre el 5
y 6 de agosto del 2015, en las cuencas Sumaché, Río Túnico y El Sauce
M.Sc. Ing. Walter Arnoldo Bardales Espinoza
I. Introducción
La implementación del modelo hidrológico para estimar el caudal máximo
registrado en las cuencas El Sauce, Túnico y Sumaché el día 6 de agosto de 2015,
para ello se utilizó la metodología de Soil Conservation Service (SCS), el hietograma
de la Estación de El Estor (Donada al INSIVUMEH por Cruz Roja) y el software HecHMS.
II. Ubicación del área de estudio
Las tres cuencas pertenecen a la cuenca de Río Dulce- Polochic, estas se
encuentran dentro del Departamento de Izabal y pertenecen al municipio de El
Estor.
1
Figura 1. Ubicación de las tres cuencas
III. Objetivos
 Caracterización del evento de lluvia del 5 de agosto de 2015 y la estimación
de los caudales máximos generados.
 Caracterización del evento de lluvia
 Caracterización morfométrica de las tres cuencas.
 Describir las características biofísicas de las cuencas
 Estimar los hidrogramas y caudales máximos generados por el evento
meteorológico.
IV. Metodología
La evaluación hidrológica fue realizada mediante la metodología Soil
Conservation Service (SCS), esta metodología permite la generación de
hidrogramas de caudales utilizando el concepto de hidrograma unitario. Se
calcularon los hidrogramas del evento para la lluvia ocurrida entre el 5 y 6 de agosto
de 2015, estos hidrogramas se trabajaron para el área de las tres cuencas.
Para la estimación de los caudales máximos de las tres cuencas, se utilizó la
siguiente información:
 Modelo de elevación digital (Fuente: MAGA, 2006; Pixel 15 por 15 m)
 Taxonomía de suelos (Fuente: MAGA, 2001)
 Series de suelos (Fuente: MAGA, 2001)
 Uso de la Tierra (Fuente: MAGA, 2010; Pixel 25 m por 25 m )
 Hietograma discretizados a 15, 30 minutos y una hora de la estación El Estor
(Fuente: INSIVUMEH, 2015).
 Datos de lluvia pluviométrica de las estaciones de Santa María Cahabón,
Panzos, Las Vegas y Mariscos (Fuente: INSIVUMEH, 2015).
Los parámetros necesarios para el desarrollo de hidrogramas de escorrentía
por el método SCS fueron: El área de las microcuencas, longitud de los cauces
principales, la pendiente media del cauce y de la cuenca, hietograma para el evento,
el uso de la Tierra, textura de suelo, el número de curva (CN), el tiempo de
concentración (Tc) y retardo (T lag).
Mediante la delimitación de la microcuenca y el modelo de elevación digital,
se determinó: el área de la cuenca, la longitud del cauce principal, la pendiente
media del cauce y de la cuenca.
Los valores de CN calculados para este estudio, son representativos de las
condiciones de uso de la tierra, Texturas del suelo y antecedentes de humedad tipo
II en las tres cuencas. Después fueron ajustados para condiciones de suelos
saturados con la siguiente ecuación:
𝐶𝑁 (𝐼𝐼𝐼 ) =
23 ∗ 𝐶𝑁(𝐼𝐼)
10 + 0.13 ∗ 𝐶𝑁(𝐼𝐼)
La estimación de los caudales generados por el evento de lluvia de las tres
cuencas, se realizó bajo el hidrograma unitarios SCS.
2
V. Resultados
5.1 .Caracterización del evento de lluvia
El evento de lluvia inició a las 23:00 del día 5 de agosto y finalizó a las 3:30
del 6 de agosto, la intensidad máxima fue de 131 mm/h la cual se dio a la 1:00 del
día 6 de agosto con una discretización de 15 minutos. La máxima intensidad del
evento discretizado a 30 minutos se alcanzó a los 150 minutos de haber iniciado el
evento, siendo de 78.4 mm/h, la intensidad máxima del evento discretizado a una
hora fue de 64.8 mm/h y se alcanzó a los 180 minutos de haber iniciado el evento.
Cuadro 1. Discretización del evento de lluvia
Fecha y hora
Tiempo
Lluvia
(minutos) acumulada
Ago 5 2015 11:00PM
0
-Ago 5 2015 11:15PM
15
5.6
Ago 5 2015 11:30PM
30
6.4
Ago 5 2015 11:45PM
45
7.2
Ago 6 2015 12:00AM
60
7.2
Ago 6 2015 12:15AM
75
7.2
Ago 6 2015 12:30AM
90
8
Ago 6 2015 12:45AM
105
8
Ago 6 2015 1:00AM
120
13.6
Ago 6 2015 1:15AM
135
46.4
Ago 6 2015 1:30AM
150
52.8
Ago 6 2015 1:45AM
165
60.8
Ago 6 2015 2:00AM
180
78.4
Ago 6 2015 2:15AM
195
106.4
Ago 6 2015 2:30AM
210
116.8
Ago 6 2015 2:45AM
225
120.8
Ago 6 2015 3:00AM
240
126.4
Ago 6 2015 3:15AM
255
133.6
Ago 6 2015 3:30AM
270
133.6
Ago 6 2015 3:45AM
285
133.6
Ago 6 2015 4:00AM
300
133.6
Ago 6 2015 4:15AM
315
136
Ago 6 2015 4:30AM
330
136.8
Ago 6 2015 4:45AM
345
136.8
Ago 6 2015 5:00AM
360
136.8
Fuente: Elaboración propia.
Discretización del evento
15 min
30 min
1 hora
---22.4
3.2
12.8
3.2
0
1.6
7.2
0
3.2
1.6
0
22.4
11.2
6.4
131.2
25.6
78.4
32
70.4
51.2
64.8
112
41.6
76.8
16
22.4
19.2
48
28.8
0
14.4
0
0
0
7.2
9.6
3.2
6.4
0
0
0
3.2
3
Figura 2. Discretización del evento a cada 15 minutos
4
Figura 3. Discretización del evento a cada 30 minutos
Figura 4. Discretización del evento a cada hora
En la figura 5 se observa que la mayor cantidad de lluvia se concentró en el
Estor, donde la estación registro 136.8 mm durante el evento.
5
Figura 5. Distribución espacial del evento de lluvia.
En el siguiente cuadro se muestra la lluvia registrada en los últimos 10 días,
donde se aprecian acumulados de lluvia considerables, condición que favorece a
que exista suficiente humedad en los suelos, casi al punto de encontrarse
saturados.
Cuadro 2. Lluvia diaria registrada en la red de climática del área de estudio
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Estación
El Estor, Izabal
Las Vegas, Livinston, Izabal
Mariscos, Los Amates, Izabal
Panzos, Alta Verapaz
Teléman, Panzos, Alta Verapaz
Santa María Cahabón, Alta Verapaz
Puerto Barrios, Izabal
Cobán, Alta Verapaz
La Unión, Zacapa
Chilasco, Salamá, Baja Verapaz
El Pato, Sayaxché, Petén
longitud
latitud
-89.338
-88.966667
-89.07781
-89.6439
-89.734019
-89.810556
-88.591667
-90.4075
-89.291111
-90.113583
-90.071667
15.539
15.6
15.42866
15.3972
15.33618889
15.60833333
15.73777778
15.46666667
14.96333333
15.11772222
16.10416
Fuente: INSIVUMEH, 2015.
DIA 27 DIA 28
0.0
5.6
0.0
7.0
0.0
2.1
10.0 28.0
11.1 32.2
0.0
0.0
2.2
0.6
4.7
0.0
0.2
0.3
0.8
4.8
0.1
2.3
Julio
DIA 29
54.4
2.0
62.8
27.2
6.1
13.8
26.5
12.3
0.8
10.4
12.2
DIA 30
4.0
11.4
8.0
17.9
34.4
53.4
14.7
9.0
45.7
2.5
1.7
DIA 31
4.0
0.0
9.0
42.8
29.1
20.0
31.2
0.2
0.2
-99.9
3.9
DIA 1
0.0
0.0
1.1
5.3
0.0
2.0
0.3
0.0
0.0
0.0
0.0
DIA 2
14.4
0.0
0.0
17.2
33.3
10.0
14.2
0.1
0.4
4.0
0.0
Agosto
DIA 3 DIA 4
1.6 1.6
0.0 1.0
0.0 0.0
0.0 4.6
0.0 0.0
0.0 0.0
5.6 20.0
0.0 0.0
0.0 0.3
1.8 0.1
0.0 0.0
DIA 5 Acumulado
136.8
222.4
57.4
78.8
37.0
120.0
5.6
158.6
7.5
153.7
66.6
165.8
12.4
127.7
5.4
31.7
5.8
53.7
13.4
37.8
14.5
34.7
6
Figura 6. Distribución de los acumulados de lluvia en 10 días, dentro del área de
influencia.
5.2 Cuenca Sumaché
5.2.1 Caracterización morfométrica
La cuenca tiene un perímetro de 75 Km y un área de 88.92 Km2, el cauce
principal tiene una longitud de 39.614 Km. La pendiente media de la cuenca es de
33.2%, la pendiente media del cauce principal es de 20.6% estos dos parámetros
nos dan la pauta de un relieve escarpado que favorecen la escorrentía.
La elevación mínima se encuentra en el punto de aforo, siendo esta de 1
msnm y la elevación máxima dentro de la cuenca es de 897 msnm.
El tiempo de concentración de la cuenca fue de 290 minutos y el de retardo
de 175 minutos, esto muestra una respuesta hidrológica rápida.
5.2.2 Características biofísicas
5.2.2.1 Serie de suelos
La cuenca cuenta con cuatro tipos de suelos, estos se muestra en el siguiente
cuadro:
Cuadro 3. Series de suelos presentes en la cuenca.
Grupo
Símbolo
Serie
hidrológico
Cha
Chacalté
C
Sh
Sebach
C
Gl
Guapinol
C
SA
Suelos Aluviales
B
Total
Fuente: MAGA, 2001.
Km2
%
11.2
64.2
10.2
3.3
88.9
12.6
72.2
11.5
3.7
100
5.2.2.2 Uso de la tierra
El uso de la tierra de la cuenca se presenta en el cuadro 4.
Cuadro 4. Uso de la tierra
Categoría Área (Km2)
Cultivos
3.3
Bosques
64.5
Urbano
0.2
Pastos
20.6
Playas
0.4
Total
88.9
Fuente: MAGA, 2010.
Porcentaje
3.7
72.5
0.2
23.1
0.4
100.0
5.2.3 Parámetros del modelo hidrológico
5.2.3.1 Curva número
El número de curva para la cuenca se ajustó para un suelo con humedad
saturada, siendo el valor ponderado de CN de 77.
Cuadro 5. Curva número por categoría hidrológica de la cuenca.
CN
Uso del suelo
Área (Km2)
CNi
90
3.3
3.3
Cultivos
73
64.5
53
Bosques
100
0.2
0.25
Urbano
85
20.6
19.65
Pastos
80
0.4
0.35
Playas
76.5
Total
88.9
Fuente: Elaboración propia.
7
5.2.3.2 Hietograma e hidrograma
El hietograma del evento discretizado a 15 minutos fue el que se utilizó en la
modelación hidrológica, el programa Hec-HMS, debido a la incerteza de la
distribución espacial de lluvia se trabajó con dos escenarios, el primer escenario
asume que la precipitación media es de 67.8 mm producto de la interpolación del
registro del evento de lluvia. Y el segundo escenario asume como precipitación
media la máxima registrada por la estación de El Estor siendo de 136.8 mm durante
el evento.
Bajo este criterio, se estableció que la crecida en la cuenca Sumaché pudo
encontrarse entre 178 a 488 m3/s.
8
Figura 7. Hietograma e Hidrograma de evento de lluvia de 67.8 mm
Figura 8. Hietograma e Hidrograma de evento de lluvia de 136.8 mm
5.3 Cuenca río Túnico
5.3.1 Caracterización morfométrica
La cuenca tiene un perímetro de 60 Km y un área de 112.5 Km2, el cauce
principal tiene una longitud de 31 Km. La pendiente media de la cuenca es de 36%,
la pendiente media del cauce principal es de 23.9 % estos dos parámetros nos dan
la pauta de un relieve escarpado que favorecen la escorrentía.
La elevación mínima se encuentra en el punto de aforo, siendo esta de 1
msnm y la elevación máxima dentro de la cuenca ésta en los 1008 msnm.
El tiempo de concentración de la microcuenca fue de 210 minutos y el de
retardo de 126 minutos, esto muestra una respuesta hidrológica rápida.
5.3.2 Características biofísicas
5.3.2.1 Serie de suelos
La cuenca cuenta con cuatro tipos de suelos, estos se muestra en el siguiente
cuadro:
Cuadro 6. Series de suelos presentes en la cuenca.
Grupo
Símbolo
Serie
Km2
hidrológico
Cha
Chacalté
C
12.8
Sh
Sebach
C
76.9
Gl
Guapinol
C
20.0
SA
Suelos Aluviales
B
2.8
Total
112.5
Fuente: MAGA, 2001.
5.3.2.2 Uso de la tierra
El uso de la tierra de la cuenca se presenta en el cuadro 7.
Cuadro 7. Uso de la tierra de la cuenca Túnico.
Categoría Área (Km2)
Cultivos
6.9
Bosques
76.9
Urbano
0.6
Pastos
27.1
Playas
1.1
Total
112.5
Fuente: MAGA, 2010.
Porcentaje
6.2
68.3
0.5
24.1
0.9
100.0
%
11.4
68.4
17.8
2.5
100
9
5.3.3 Parámetros del modelo hidrológico
5.2.3.1 Curva número
El número de curva para la cuenca se ajustó para un suelo con humedad
saturada, siendo el valor ponderado de CN de 75.
Cuadro 8. Curva número por categoría hidrológica de la cuenca.
CN
Uso del suelo
Área (Km2)
CNi
87
5.33
Cultivos
6.9
70
47.8
Bosques
76.9
90
0.48
Urbano
0.6
84
20.2
Pastos
27.1
80
0.78
Playas
1.1
Total
112.5
74.6
Fuente: Elaboración propia.
5.3.3.2 Hietograma e hidrograma
El hietograma del evento discretizado a 15 minutos fue el que se utilizó en la
modelación hidrológica, el programa Hec-HMS, debido a la incerteza de la
distribución espacial de lluvia se trabajó con dos escenarios, el primer escenario
asume que la precipitación media es de 78.2 mm producto de la interpolación del
registro del evento de lluvia. Y el segundo escenario asume como precipitación
media la máxima registrada por la estación de El Estor siendo de 136.8 mm durante
el evento.
Bajo este criterio, se estableció que la crecida en la cuenca del río Túnico
pudo encontrarse entre 350 a 700 m3/s.
Figura 7. Hietograma e Hidrograma del evento de lluvia de 78.2 mm
10
Figura 8. Hietograma e Hidrograma del evento de lluvia de 136.8 mm
5.4 Cuenca El Sauce
5.4.1 Caracterización morfométrica
La cuenca tiene un perímetro de 139 Km y un área de 398.53 Km2, el cauce
principal tiene una longitud de 59.8 Km. La pendiente media de la cuenca es de
42%, la pendiente media del cauce principal es de 23.7 % estos dos parámetros nos
dan la pauta de un relieve escarpado que favorecen la escorrentía.
La elevación mínima se encuentra en el punto de aforo, siendo esta de 1
msnm, y la elevación máxima dentro de la cuenca ésta en los 956 msnm.
El tiempo de concentración de la cuenca fue de 457 minutos y el de retardo
de 275 minutos, esto muestra una respuesta hidrológica rápida.
5.4.2 Características biofísicas
5.4.2.1 Serie de suelos
La cuenca cuenta con cinco tipos de suelos, estos se muestra en el siguiente
cuadro:
Cuadro 9. Series de suelos presentes en la microcuenca.
Grupo
Símbolo
Serie
hidrológico
Tm
Tamahú
B
Sh
Sebach
C
Gp
Guapaca
C
Su
Semuc
C
SA
Suelos Aluviales
B
Total
Fuente: MAGA, 2001.
Km2
%
87.6
256.6
17.7
29.9
6.7
398.5
22.0
64.4
4.4
7.5
1.7
100.0
11
5.4.2.2 Uso de la tierra
El uso de la tierra de la cuenca se presenta en el cuadro 10.
Cuadro 10. Uso de la tierra de la cuenca.
Categoría
Cultivos
Bosques
Urbano
Playas
Pastos
Total
Fuente: MAGA, 2010.
Área
(Km2)
10.0
255.5
0.6
1.1
131.3
398.5
Porcentaje
2.5
64.1
0.1
0.3
33.0
100.0
5.4.3 Parámetros del modelo hidrológico
5.4.3.1 Curva número
El número de curva para la cuenca se ajustó para un suelo con humedad
saturada, siendo el valor ponderado de CN de 70.
Cuadro 3. Curva número por categoría hidrológica de la cuenca.
Área
Categoría
Porcentaje
(Km2)
CNi
Cultivos
10.0
2.5
2.2
Bosques
255.5 64.1
39.7
Urbano
0.6
0.1
0.2
Playas
1.1
0.3
0.2
Pastos
131.3 33.0
27.7
Total
398.5 100.0
69.9
Fuente: Elaboración propia.
5.4.3.2 Hietograma e hidrograma
El hietograma del evento discretizado a 15 minutos fue el que se utilizó en la
modelación hidrológica, el programa Hec-HMS, debido a la incerteza de la
distribución espacial de lluvia se trabajó con dos escenarios, el primer escenario
asume que la precipitación media es de 93.4 mm producto de la interpolación del
registro del evento de lluvia. Y El segundo escenario asume como precipitación
media la máxima registrada por la estación de El Estor siendo de 136.8 mm durante
el evento.
Bajo este criterio, se estableció que la crecida en la cuenca del río El Sauce
pudo encontrarse entre 600 a 1200 m3/s.
12
Figura 7. Hietograma e Hidrograma del evento de lluvia de 93.4 mm
Figura 8. Hietograma e Hidrograma del evento de lluvia de 136.8 mm
VI. Conclusiones

El evento de lluvia presento una intensidad máxima de 131 mm/h a la 1 de la
mañana del 6 de agosto.

La crecida en la cuenca de Sumaché pudo encontrarse entre 178 a 488 m3/s.

La crecida en la cuenca de Túnico pudo encontrarse entre 350 a 700 m3/s.

La crecida en la cuenca de El Sauce pudo encontrarse entre 600 a 1200 m3/s
13
VIII. Bibliografía
1. Chow, V.T.1993. Hidrología Aplicada. McGrawhill. Universidad de Illinois.
Estados Unidos de América.
2. Herrera, I.I. 1995. Manual de hidrología. Primera Edición. Facultad de
Agronomía, universidad de San Carlos de Guatemala, 223 p.
3. INSIVUMEH (Instituto de Sismología, Vulcanología, Meteorología e
Hidrología, GT). 2002. Estudio de intensidades de precipitación en la
república de Guatemala. Guatemala, Ministerio de Comunicaciones,
Infraestructura y Vivienda. s.p.
4. INSIVUMEH (Instituto de Sismología, Vulcanología, Meteorología e
Hidrología, GT). 2015. Datos de lluvia del 5 de agosto. Guatemala, Ministerio
de Comunicaciones, Infraestructura y Vivienda.
5. MAGA (Ministerio de Agricultura, Ganadería y Alimentación, GT). 2006.
Modelo de elevación digital de la República de Guatemala. Pixel 15x15 m. 1
CD.
6. MAGA (Ministerio de Agricultura, Ganadería y Alimentación, GT). 2005. Uso
de la tierra de la república de Guatemala. Guatemala. Pixel 25x25 m. Color.
1 CD.
7. MAGA (Ministerio de Agricultura, Ganadería y Alimentación, GT). 2001.
Mapas temáticos digitales de la república de Guatemala. Guatemala. Esc.
1:250,000. Color. 1 CD.
8. Simmons, C; Tárano, JM; Pinto, JH. 1959. Clasificación a nivel de
reconocimiento de los suelos de la república de Guatemala. Guatemala,
Instituto Agrícola Nacional. 1000 p.
14