17 de Octubre de 2011 - Mapa Digital de México

17 de Octubre de 2011
Dirección General de Geografía y Medio
Ambiente
Dirección General Adjunta de Integración de
Información Geoespacial
Dirección de Edición de Información
Geográfica
Subdirección de Edición Digital
Departamento de Análisis Espacial
Índice
1. Antecedentes ......................................................................................................................................................................... 5
2. Objetivo ................................................................................................................................................................................. 6
3. Conceptos básicos de la teoría de escurrimientos superficiales. .......................................................................................... 7
3.1 Ciclo hidrológico .............................................................................................................................................................. 7
3.2 Cuenca hidrológica........................................................................................................................................................... 7
3.3 Medición de la precipitación pluvial ................................................................................................................................ 8
3.4 Caudal máximo ................................................................................................................................................................ 9
3.5 Intensidad de lluvia .......................................................................................................................................................... 9
3.6 Coeficiente de escurrimiento......................................................................................................................................... 10
4. Redes Geométricas .............................................................................................................................................................. 11
4.1 ¿Qué es una red? ........................................................................................................................................................... 11
4.2 Ríos como redes ............................................................................................................................................................. 11
5. Red Hidrográfica .................................................................................................................................................................. 12
5.1 Características del producto .......................................................................................................................................... 14
5.2 Componentes del producto ........................................................................................................................................... 15
5.2.1 Punto de Drenaje .................................................................................................................................................... 15
5.2.2 Línea de Flujo .......................................................................................................................................................... 16
5.2.3 Polígono de Subcuenca .......................................................................................................................................... 18
5.3 Información complementaria ........................................................................................................................................ 19
5.4 Nomenclatura de los archivos ....................................................................................................................................... 20
5.5 Hidromorfometría .......................................................................................................................................................... 20
5.5.1 Stream Order - Magnitud de Orden........................................................................................................................ 21
5.5.2 Drain Stream Level - Nivel de Corriente ................................................................................................................. 22
5.5.3 Arbolate Sum – Sumatoria de longitudes aguas arriba .......................................................................................... 23
5.5.4 Path Length - Longitud de Trayectoria ................................................................................................................... 23
5.5.5 Hydrologic Secuence Identifier - Identificador de Secuencia Hidrológica .............................................................. 24
6. SIATL, Simulador de Flujos de Agua de Cuencas Hidrográficas Versión 2.1 ........................................................................ 25
6.1 Acceso y Registro ........................................................................................................................................................... 25
6.2 Entorno ......................................................................................................................................................................... 26
6.3 Información Disponible ................................................................................................................................................. 27
6.3.1 Datos Climáticos e Hidrométricos........................................................................................................................... 27
6.3.2 Rasgos Hidrográficos ............................................................................................................................................... 27
6.3.3 Red Hidrográfica 1:50 000 ...................................................................................................................................... 28
6.3.4 Vías de Transporte .................................................................................................................................................. 28
2
6.3.5 Geoestadístico y Social ........................................................................................................................................... 28
6.3.6 División Cartográfica ............................................................................................................................................... 29
6.3.7 Altimetría ................................................................................................................................................................ 29
6.3.8 Servicios de Imágenes ............................................................................................................................................. 29
6.3.9 Visualización de acuerdo a la escala ....................................................................................................................... 29
6.4 Panel de Herramientas Básicas ...................................................................................................................................... 30
6.4.1 Mover...................................................................................................................................................................... 30
6.4.2 Acercar: ................................................................................................................................................................... 30
6.4.3 Alejar ....................................................................................................................................................................... 31
6.4.4 Vista Anterior .......................................................................................................................................................... 31
6.4.5 Siguiente Vista ........................................................................................................................................................ 31
6.4.6 Actualizar ................................................................................................................................................................ 31
6.4.7 Extensión Máxima ................................................................................................................................................... 31
6.4.8 Guardar Imagen o descargar red hidrográfica ........................................................................................................ 31
6.4.9 Información............................................................................................................................................................. 32
9.4.10 Medir .................................................................................................................................................................... 32
9.4.11 Vista 3D: ................................................................................................................................................................ 32
6.4.12 Pantalla Completa ................................................................................................................................................. 33
6.4.13 Ayuda .................................................................................................................................................................... 34
6.5 Panel de herramientas avanzadas ................................................................................................................................. 34
6.5.1 Administración de capas ........................................................................................................................................ 34
6.5.2 Búsquedas .............................................................................................................................................................. 35
6.5.3 Funciones de Redes ................................................................................................................................................ 35
6.5.3.1 Flujos Corrientes Arriba: .................................................................................................................................. 36
6.5.3.2 Flujo Corriente Abajo: ...................................................................................................................................... 36
6.5.4 Intersección de Localidades: ................................................................................................................................... 37
6.5.5 Índices Morfométricos: ........................................................................................................................................... 37
6.5.5.1 Perfil de Elevaciones: ....................................................................................................................................... 38
6.5.5.2 Calcular Caudal: ............................................................................................................................................... 38
6.5.6 Ver Selección: ......................................................................................................................................................... 39
6.5.7 Limpiar Selección: ................................................................................................................................................... 39
6.5.8 Perfil de Elevaciones: .............................................................................................................................................. 39
6.5.9 Observaciones y Fotografías ................................................................................................................................... 40
6.5.9.1 Mostrar Observaciones .................................................................................................................................... 40
6.5.9.2 Mostrar Fotografías ......................................................................................................................................... 40
3
6.5.9.3 Insertar Observaciones .................................................................................................................................... 42
6.5.9.4 Insertar Fotografías .......................................................................................................................................... 43
6.5.10 Configuración ........................................................................................................................................................ 43
6.5.11 Simbología y Ubicación ......................................................................................................................................... 44
7. Ejercicios ............................................................................................................................................................................. 45
7.1 Ejercicio 1. Análisis de una cuenca vinculado a un evento de precipitación para evaluar el riesgo de una población
por la avenida de un río. ...................................................................................................................................................... 45
7.2 Ejercicio 2. Identificación de localidades en riesgo sobre la trayectoria del cauce aguas abajo. ................................. 50
7.3 Ejercicio 3. Cartografía participativa o social ................................................................................................................ 56
8. Anexo I Escurrimiento superficial ........................................................................................................................................ 57
8.1 Determinación de caudales. .......................................................................................................................................... 57
8.2 Tiempo de concentración (Tc) ...................................................................................................................................... 58
8.3 Intensidad de lluvia promedio ...................................................................................................................................... 59
8.4 Coeficiente de escurrimiento (c).................................................................................................................................... 63
8.5 Determinación del área drenada ................................................................................................................................... 64
8.6 Velocidad del caudal o gasto. ....................................................................................................................................... 64
8.7 Radio Hidráulico ............................................................................................................................................................. 66
8.7.1 Canales de sección rectangular .............................................................................................................................. 66
8.7.2 Canales de sección triangular ................................................................................................................................. 67
8.7.3 Canales de sección trapezoidal ............................................................................................................................... 67
8.7.4 Canales de sección circular ..................................................................................................................................... 67
8.7.5 Canales de secciones especiales ............................................................................................................................. 67
8.7.6 Canales de sección irregular ................................................................................................................................... 68
8.7.7 Capacidad del cauce. .............................................................................................................................................. 68
9. Bibliografía ........................................................................................................................................................................... 69
4
1. Antecedentes
Las nuevas tecnologías y los avances en ingeniería de software, nos permiten conducir los datos cartográficos
digitales a otro nivel de funcionalidad más allá de los fines estáticos para mapas impresos o con posibilidad de
cargarlos en un sistema de información geográfica, pero sin la condición de responder a preguntas o métodos
de redes u otros especializados y relacionados con otros elementos.
A partir de la investigación sobre los adelantos en modelos de datos geoespaciales hidrológicos que tienen
otros países, tenemos por ejemplo el National Hydrography Dataset (NHD) Model, bajo la responsabilidad del
Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS por sus siglas en inglés), el cual es un amplio modelo donde se
resguarda la información hidrológica en varias escalas.
Otra de las instituciones destacadas en el modelado hidrológico y en el desarrollo de aplicaciones, es la
Universidad de Texas en Austin, a través del Centro para la Investigación de Recursos Naturales (CRWR por sus
siglas en inglés). En este centro se han desarrollado modelos de datos de aguas superficiales y subterráneas, en
los que se incluyen series de tiempo de estaciones hidrométricas, así como métodos que traducidos en
aplicaciones permiten analizar los sistemas de drenaje de forma integral. (Zoun, Schneider, Whiteaker,
Maidment (2001))
En el caso de Canadá, la Red Hidrográfica Nacional (NHN) es uno de los ejes del Natural Resources Canada, que
provee datos geoespaciales de aguas superficiales.
Con estos antecedentes y la necesidad de contar con información estructurada a este nivel, además para
mantenerse a la vanguardia que marcan los avances tecnológicos en otros países desarrollados, el INEGI
adopta la necesidad y el reto de alcanzar dichos progresos.
5
2. Objetivo
Proporcionar métodos y técnicas de análisis de redes hidrográficas a través del SIATL Simulador de Flujos de
Agua de Cuencas Hidrográficas y características de la Red Hidrográfica escala 1:50 000, con el fin de facilitar la
construcción de escenarios como apoyo a diversos proyectos.
6
3. Conceptos básicos de la teoría de
escurrimientos superficiales.
3.1 Ciclo hidrológico
El ciclo hidrológico se podría definir como el “proceso que describe la ubicación y el movimiento del agua en
nuestro planeta". Es un proceso continuo en el que una partícula de agua evaporada del océano vuelve al
océano después de pasar por las etapas de precipitación, escorrentía superficial y/o escorrentía subterránea.
3.2 Cuenca hidrológica
Es la unidad del territorio, diferenciada de otras unidades, normalmente delimitada por un parte aguas o
divisoria de las aguas -aquella línea poligonal formada por los puntos de mayor elevación en dicha unidad-, en
donde ocurre el agua en distintas formas, y esta se almacena o fluye hasta un punto de salida que puede ser el
mar u otro cuerpo receptor interior, a través de una red hidrográfica de cauces que convergen en uno
principal, o bien el territorio en donde las aguas forman una unidad autónoma o diferenciada de otras, aun sin
que desemboquen en el mar.
7
3.3 Medición de la precipitación pluvial
Cuando por condensación las partículas de agua que forman las nubes alcanzan un tamaño superior a 0,1 mm
comienza a formarse gotas, gotas que caen por gravedad dando lugar a las precipitaciones (en forma de lluvia,
granizo o nieve).
Sí el techo de una casa tiene una superficie de 70 m2 y el agua pluvial se colecta en una cisterna con una
capacidad de 1m3 = 1,000 litros, ¿cuánto volumen se capta con una precipitación de 5 y 10 mm.?
Precipitación
Equivalencia
litros
5 mm
350
35 %
10 mm
700
70 %
8
en
Captado en la
cisterna
3.4 Caudal máximo
Caudal: Es la cantidad de un fluido que avanza en una unidad de tiempo. Para diversas disciplinas es
importante estimar el caudal máximo o avenida de un río.
Estimarlo es sumamente complejo y existen métodos que van de los más básicos hasta los más elaborados que
requieren más datos. El modelo de relación lluvia-escurrimiento que se verá para los objetivos del taller es el
método racional.
Q
CIA
360
Donde:
Q: es el caudal en metros cúbicos por segundo,
I : es la intensidad de lluvia en milímetros por hora,
A : es la superficie de la cuenca en hectáreas,
C : es un coeficiente de escorrentía sin dimensiones
360: constante para ajuste de unidades inglesas a métricas.
Nota: para mayor referencia consulte el anexo I Escurrimiento Superficial.
3.5 Intensidad de lluvia
Es una relación de cantidad precipitada en intervalos de tiempo.
Tiempo
min
5
10
15
20
25
30
Volumen medido
cm
2.83
4.17
5.15
6
6.79
7.5
Diferencial de Vol.
cm
2.83
1.34
0.98
0.85
0.79
0.71
Dv / dt
cm /hr
33.96
16.08
11.76
10.2
9.48
8.52
Vol / tiemp.tot. =
Intensidad media
cm /hr
33.96
25.02
20.6
18
16.3
15
9
Intensidad cm/hora
40
Intensidad de lluvia
30
20
10
0
5
10
15
20
25
Tiempo en minutos
30
La intensidad de lluvia se considera para el tiempo de concentración (Tc), que equivale al tiempo en que
recorre el agua desde la parte más lejana aguas arriba (a) hasta el punto de interés (b).
3.6 Coeficiente de escurrimiento
El coeficiente de escurrimiento de la precipitación, cantidad que se escurre en forma laminar en la superficie
restando la infiltración y evapotranspiración.
En una superficie pavimentada el coeficiente estará cercano a 1 o 100 en unidades porcentuales y en suelos
arenosos y permeables el coeficiente estará cercano a 0.
Para lo descrito en este documento, este dato deberá representarse en unidades porcentuales, esto por estar
representado de esta forma y consultable en el SIATL como atributo de este componente de la Carta
Hidrológica de Aguas Superficiales escala 1:250 000 serie I.
10
4. Redes Geométricas
4.1 ¿Qué es una red?
Para el propósito de este tema, se hablará acerca de las redes como comúnmente se entienden en los sistemas
de información geográfica (SIG). Más específicamente, una red es un archivo vectorial estructurado
topológicamente; contiene líneas llamadas arcos y cada uno de estos tiene dos puntos en sus extremos
llamados nodos. Sí un arco termina exactamente en donde otro inicia, sólo hay un nodo presente, y el hecho
que dos arcos conecten está registrado en una tabla con sus relaciones. Por lo tanto, además del diseño de la
geométrica de las líneas en el espacio, también existe la relación abstracta entre los elementos. Esta relación es
equivalente a un grafo. En los SIG, las propiedades teóricas del grafo de redes son comúnmente referidas como
topología. (Rupert, 2003, p. 2)
4.2 Ríos como redes
Un sistema de ríos puede ser naturalmente representado como una estructura de red. Las líneas centrales de
ríos o escurrimientos, se denominan arcos en la red. Nosotros podemos imaginar el agua en esos ríos a lo largo
de esos arcos. Pero existe una limitante sobre cuerpos de agua como lagos, embalses así como ríos
caudalosos, que cartográficamente se representan con polígonos. Para asegurar que todos los ríos que forman
el sistema estén completamente conectados, es necesario colocar líneas al interior de esos polígonos y
garantizar su continuidad.
Estos arcos al interior de los polígonos se les conoce como virtuales o esqueletos. Las líneas o arcos que
conforman la red son referidas como líneas de flujo. (Rupert, 2003, p. 2)
Una red geométrica es un conjunto de líneas (edges) y cruces (junctions) conectados con reglas que se utilizan
para representar y modelar el comportamiento de una infraestructura de red común en el mundo real.
Las redes geométricas ofrecen una forma para modelar redes comunes de infraestructura que se encuentran
en el mundo real: distribución de agua, líneas eléctricas, gasoductos, servicios telefónicos, y el flujo de agua de
cauces.
En el siguiente gráfico se aprecia una red geométrica de un servicio principal de suministro de agua, además de
otros ductos que se derivan conectados por los denominados junctions (puntos 1 y 2).
11
5. Red Hidrográfica
Se concibe como un sistema de circulación lineal estructurado que permite modelar el drenaje de una cuenca
hidrográfica.
La fuente principal empleada para su estructuración fueron los rasgos hidrográficos superficiales de los datos
topográficos vectoriales escala 1:50 000 generados por el INEGI. De manera adicional, se utilizó información en
diferentes escalas como soporte para determinar los criterios de conectividad de la misma.
Para un mejor entendimiento del escurrimiento de aguas superficiales, se consideró como unidad de trabajo el
componente División Hidrográfica de la Carta Hidrológica de aguas superficiales Escala 1:250 000. Serie I del
Instituto, lo que implicó transformar los insumos de su formato original por conjunto digital a estas unidades
que representan áreas físicas naturales.
Regiones Hidrográficas, Cuencas y Subcuencas
La División de Aguas Superficiales se compone de tres niveles de desagregación:
Región Hidrográfica: Área delimitada por una divisoria que agrupa por lo menos dos cuencas hidrográficas,
cuyas aguas fluyen a un cauce principal. La cobertura nacional asciende a 37 divisiones las cuales se denotan
por el prefijo “RH” y los números del “01” al “37”. Ejemplo: “RH12”
Cuenca Hidrográfica: Superficie delimitada por una divisoria cuyas aguas fluyen hacia una corriente principal o
cuerpo de agua; constituye una subdivisión de la región hidrográfica. La clave se compone de los dos dígitos de
la región hidrográfica y una letra mayúscula de la “A” a la “Z”. Ejemplo: “RH12K”
Subcuenca Hidrográfica: Área considerada como una subdivisión de la cuenca hidrográfica que presenta
características particulares de escurrimiento y extensión. Su clave es el resultado de la concatenación de la
clave de la región hidrográfica, más la clave de la cuenca y una letra minúscula de la “a” a la “z”. Ejemplo:
“RH12Kf”
12
Este proyecto, en su primera etapa de conectividad, inició en octubre del 2007 y concluyó en diciembre del
2008, cuyo resultado fue una red funcional con direcciones de flujo.
En la siguiente imagen se aprecian los datos topográficos que se tomaron como insumos, de acuerdo a su
modelo para fines cartográficos, siendo notorios algunos escurrimientos desconectados, el sentido del trazo es
arbitrario y no denota la trayectoria o dirección de los escurrimientos, la representación de las líneas es igual
para todas en grosor y tonalidad y no se distinguen los cauces que puedan ser más caudalosos, además de
complementarse los sistemas de drenaje con polígonos de cuerpos de agua.
El trabajo arduo por parte de los analistas-editores y de los validadores, con el apoyo de las herramientas
informáticas desarrolladas y de información complementaria, fue el de interpretar el comportamiento de los
escurrimientos de agua, a efecto de realizar las siguientes actividades:


Edición de la conectividad de corrientes de agua desconectadas.
Generación de líneas centrales sobre cuerpos de agua.
13


Diagnóstico de conectividad y determinación de las direcciones de flujo.
Detección y solución de bifurcaciones y ciclos, entre otras más.
Dada la necesidad de revisar las divisorias entre redes adyacentes, así como la continuidad de las redes a través
de estas unidades y de contar con una división de aguas superficiales al detalle de la escala 1:50 000, en
diciembre del 2008 se inició la segunda etapa de la red, misma que terminó en diciembre del 2009. Se precisan
las actividades:




Digitalización de la divisoria.
Corrección de escorrentías que estaban catalogadas como contribución de una subcuenca, pero que
después de analizar el sistema de drenaje y la divisoria o parteaguas, se detectó que aportan a una red
adyacente.
Detección de líneas al interior de cada subcuenca, de nacimientos de corrientes sobre partes altas y
recorte en caso de sobrepasar la cresta.
Verificar y garantizar la continuidad e integridad entre redes.
5.1 Características del producto
Concretadas las dos ediciones de la red, podemos observar los siguientes cambios:






Conectividad de corrientes de agua.
Dirección de flujo para cada una de las líneas.
Continuidad a través de cuerpos de agua.
Divisorias consistentes con la red a la escala 1:50 000.
Se garantiza la conectividad de redes entre subcuencas tributarias y receptoras.
Las líneas de flujo sobre la frontera norte tienen el ajuste espacial con sus correspondientes dentro del
territorio de los Estados Unidos de América del National Hydrography Dataset escala 1:24 000.
14

Cuenta con datos de valor agregado como son los índices hidromorfométricos, que denotan el volumen
de agua que pueden conducir los ríos o cauces respecto a otros, en función del desarrollo o evolución
de la cuenca.
5.2 Componentes del producto
El producto se compone de 6 millones de líneas de flujo a nivel nacional y se agrupa en 976 subcuencas, 158
cuencas y 37 regiones hidrográficas. Los archivos entregables son: líneas de flujo, puntos de drenaje, polígonos
de subcuenca y metadato. Como información complementaria: cuerpos de agua y topónimos de rasgos
hidrográficos.
5.2.1 Punto de Drenaje
Objeto puntual que indica el lugar donde los flujos de los escurrimientos superficiales se drenan al mar o a otra
subcuenca. También es utilizado para indicar de forma virtual una acumulación de flujos al interior de cuerpos
de agua que representan lagos en subcuencas cerradas, además de indicar aquellos flujos que desaparecen de
forma superficial por infiltración en función de la condición de suelos, vegetación, relieve, entre otros factores.
Nombre
FID
Tipo
OID
SHAPE
Geometry
ID
Numérico
CVE_SUBC
Long
Descripción
Dominio de valores
0, …N
Geometría
Point
11
Identificador único
1…N
Caracter
7
Clave de la subcuenca
TIPO
Numérico
11
Clasificación de drenaje
CONDICION
Caracter
20
Descripción de drenaje
ID_DRENA
Numérico
11
Identificador del punto de drenaje
ARBSUM
Numérico
12
NUM_LIN
Numérico
8
Sumatoria de longitudes de líneas de flujo
aguas arriba, que confluyen en el punto
de drenaje
Total de líneas ramificadas y que 1 … N
confluyen en el punto de drenaje
15
0,1,2, -1…-9
1…N
Dominio de valores
TIPO / CONDICIÓN
0 Drenaje de la cuenca
1 Lago o laguna
2 Drenaje artificial
-1 Suelos permeables
-2 Desierto
-3 Falla o fractura
-4 Dolina o depresión
-5 Gruta o cenote
-6 Drenaje a red secundaria
-7 Conjunto faltante
-8 Frontera
-9 Otro
5.2.2 Línea de Flujo
Línea que representa un flujo de agua que depende de precipitación pluvial o afloramiento subterráneo ya sea
natural a través de corrientes de agua o artificial a través de canales.
Nombre
Tipo
FID
OID
SHAPE
Geometry
ID
Numérico
CVE_SUBC
CLAVE50K
Long Descripción
Dominio
valores
0, … N
Geometría
Polyline
11
Identificador único
1…N
Caracter
7
Clave de la subcuenca
Caracter
7
Clave del conjunto topográfico escala 1:50000
TIPO
Numérico
11
Tipo de entidad
ENTIDAD
Caracter
17
Entidad
FC
Numérico
11
Código de rasgo
CONDICION
Caracter
13
Condición de la corriente
EDICION
Caracter
1
FECHA
Fecha
8
LENGHTM
Numérico
12.2
ID_DRENA
Numérico
11
FLOWDIR
Numérico
11
Tipo de la línea “original” o “nueva”
Para líneas originales: fecha en que se creó o actualizó el
conjunto topográfico.
Para líneas nuevas: fecha de término de los trabajos de
edición de la conectividad.
Longitud del segmento
Identificador del punto de drenaje al cual pertenece la
línea
Definición de la dirección de flujo
ENABLED
Numérico
6
de
'O' ó 'N'
DD/MM/AAAA
1…N
0ó1
Campo para habilitar o deshabilitar segmentos en redes 0 ó 1
16
geométricas
DESC_ENABL Caracter
2
Descripción del campo Enabled (Ciclo o bifurcación)
Nulo, ‘C’ o ‘B’
CALI_REPR
11
Calificador de representación geométrica
0,1,2 ó 3
SECUENCEID Numérico
8
ORDER_1
Numérico
8
LEVEL_1
Numérico
8
ARBSUM_1
Numérico
12.2
PATHL_1
Numérico
12.2
Identificador de secuencia
Magnitud de orden (clasificación de Strahler) a nivel de
N…1, -1
subcuenca
Nivel de corriente a nivel de subcuenca
1…N, -1
Sumatoria de longitudes de líneas de flujo aguas arriba a
nivel de subcuenca
Longitud de trayectoria (sumatoria de longitudes aguas
abajo) a nivel de subcuenca
Numérico
Dominio de Valores
TIPO
ENTIDAD
101
CORRIENTE DE AGUA
102
CANAL
103
LINEA CENTRAL
FC
CONDICION
3180
CANAL EN OPERACIÓN
3181
CANAL EN CONSTRUCCIÓN
3182
CANAL FUERA DE USO
3271
CORRIENTE DE AGUA INTERMITENTE
3272
CORRIENTE DE AGUA PERENNE
3273
LÍNEA CENTRAL DE CUERPO DE AGUA
EDICIÓN
O
Línea original proveniente de los datos topográficos
N
Línea nueva digitalizada para conexión de la red hidrográfica
FLOWDIR
0
Dirección de flujo indeterminada
1
Dirección de flujo determinada
Nota: El campo FLOWDIR es reconocido por ArcGis (Sistema de Información Geográfica) en la construcción de
redes geométricas así como ArcHydro (Software para el modelado y procesamiento de Redes Hidrográficas).
ENABLED
0 (Falso)
Segmento deshabilitado para redes geométricas
1 (Verdadero)
Segmento habilitado para redes geométricas
17
Nota: El campo ENABLED es reconocido por el software ArcGis en la construcción de redes geométricas, así
como ArcHydro (modelo de datos hidrológico y software para su procesamiento).
Debido a que los segmentos deshabilitados (ENABLED=0) no participan de forma lógica como red geométrica y
sólo son considerados para efectos de representación, no aplican los indicadores de hidromorfometría en los
campos SECUENCEID, ORDER_1, LEVEL_1 que adquieren el valor -1 y ARBSUM_1, PATHL_1 que adquieren el
valor de 0.
DESC_ENABLED
NULO
Segmento habilitado para redes geométricas
'C'
Segmento deshabilitado y que forma un ciclo
'B'
Segmento deshabilitado y que forma una bifurcación
Nota: este campo tiene valor sí el campo Enabled tiene el valor 0 deshabilitado.
CALI_REPR
0
no determinada
1
definida
2
aproximada
3
virtual
5.2.3 Polígono de Subcuenca
Superficie delimitada por una divisoria cuyas aguas fluyen a una corriente principal, o cuerpo de agua; es una
subdivisión de una cuenca hidrográfica que presenta características particulares de escurrimiento.
Dominio de Valores
Nombre
Tipo
FID
OID
SHAPE
Geometry
ID
Numérico
CVE_SUBCUE
Long
Descripción
Dominio de valores
0, …N
Geometría
Point
11
Identificador único
1…N
Carácter
6
Clave de Subcuenca Hidrográfica
CVE_RH
Carácter
4
Clave de Región Hidrográfica
RH
Carácter
70
Nombre de Región Hidrográfica
CVE_CUE
Carácter
1
Clave de Cuenca Hidrográfica
CUENCA
Carácter
70
Nombre de Cuenca Hidrográfica
CVE_SUBC
Carácter
1
Clave de Subcuenca Hidrográfica
SUBCUENCA
Carácter
70
Nombre de Subcuenca Hidrográfica
AREA_KM2
Numérico
12.2
Área de la unidad en Km cuadrados *
PERIMETRO
Numérico
12.2
Perímetro de la unidad en Km. **
TIPO
Carácter
10
Clasificación de la Subcuenca
DRENAJE1
Carácter
8
Referencia a donde se drenan las aguas, por
18
ABIERTA, CERRADA
DESCARGA1
Numérico
3
DRENAJE2
Carácter
8
DESCARGA2
Numérico
3
DRENAJE3
Carácter
8
DESCARGA3
Numérico
3
DRENAJE4
Carácter
8
DESCARGA4
Numérico
3
TOT_DESC
Numérico
4
ejemplo MAR, FRONTERA, o clave de la subcuenca
que capta las aguas
Total de drenajes que se descargan a lo descrito en
el campo drenaje1
Referencia a donde se drenan las aguas, por
ejemplo MAR, FRONTERA, o clave de la subcuenca
que capta las aguas
Total de drenajes que se descargan a lo descrito en
el campo drenaje2
Referencia a donde se drenan las aguas, por
ejemplo MAR, FRONTERA, o clave de la subcuenca
que capta las aguas
Total de drenajes que se descargan a lo descrito en
el campo drenaje3
Referencia a donde se drenan las aguas, por
ejemplo MAR, FRONTERA, o clave de la subcuenca
que capta las aguas
Total de drenajes que se descargan a lo descrito en
el campo drenaje4
Total de descargas que tiene la Subcuenca
Nota: La codificación de caracteres para los archivos .dbf es Latin1.
* el área está calculada con la proyección Cónica Equivalente de Albers con los paralelos base 17°30’ y
29°30’ Norte, y falso origen en las abscisas de 2500000 m. en el meridiano 102° W y ordenadas de 0 m. en el
paralelo 12°N.
** el perímetro está calculado con la proyección Cónica Conforme de Lambert con los paralelos base 17°30’
y 29°30’ Norte, y falso origen en las abscisas de 2500000 m. en el meridiano 102° W y ordenadas de 0 m. en
el paralelo 12°N.
5.3 Información complementaria
Adicional al producto, se incluye información complementaria de los datos topográficos escala 1:50 000 que
puede ser útil para los usuarios en especifico los cuerpos de agua y nombres de rasgos hidrográficos, los cuales
presentan cierto tratamiento respecto a los datos originales topográficos, pero aún no se consideran
elementos de la red hidrográfica.
Los polígonos de cuerpos de agua incluyen embalses o presas, lagos, lagunas, ríos, canales, bordos y mar,
representación según dimensiones mínimas en el modelo y diccionario de datos topográficos.
Los puntos con topónimos incluyen nombres de rasgos hidrográficos y otros afines como: cañadas,
barrancas, etc.
19
5.4 Nomenclatura de los archivos
El nombre de los archivos está compuesto por la clave de la subcuenca y el sufijo “_hl” para líneas de flujo,
“_dr” para puntos de drenaje y “_subc” para unidades de captación a nivel subcuenca.
Ejemplo:
Nombre del Archivo
Contenido del archivo
RH16Bc_hl.shp
Líneas de flujo (Red Hidrográfica)
RH16Bc_dr.shp
Puntos de drenaje
RH16Bc_subc.shp
Polígono de la subcuenca
RH16Bc_ha.shp
Polígonos de cuerpos de agua
RH16Bc_to.shp
Puntos con topónimos
5.5 Hidromorfometría
Una red hidrográfica es un sistema de circulación lineal, jerarquizado y estructurado que asegura el drenaje de
una cuenca; específicamente una cuenca hidrográfica.
Distinguimos entre la cuenca teórica, que abarca la totalidad de los drenajes, y la cuenca circulante, en la que
sólo se considera la parte recorrida por las arterias funcionales.
La jerarquía de la red marca la importancia creciente de sus elementos. La hidromorfometría tiene por objeto
precisar esta jerarquía mediante números.
La edición 2.0 de la Red Hidrográfica contiene índices hidromorfométricos a nivel de subcuenca y estos fueron
determinados con algoritmos sin considerar la relación de redes tributarias.
20
Dichos índices deben interpretarse desde el punto de vista como unidades aisladas por subcuenca y por tanto
estos no consideran una continuidad entre redes a través de las unidades de captación de aguas superficiales.
Para resolver esta limitante, se tiene considerado liberar en meses posteriores, la edición 2.1 que contendrá
estos índices a nivel de cuenca y de región hidrográfica.
5.5.1 Stream Order - Magnitud de Orden
Medida de la posición de un arroyo (definido como el segmento entre tributarios sucesivos) dentro de la
jerarquía de la red de drenaje. Es la base para el análisis cuantitativo de la red.
Los arroyos más pequeños permanentes son llamados "de primer orden". Dos corrientes de primer orden se
unen para formar una más grande, de segundo orden, dos corrientes de segundo orden se unen para formar
una tercera orden, y así sucesivamente. Pequeñas corrientes de entrada a una secuencia de orden mayor no
cambian su número de orden. Strahler 1964.
Ejemplo:
21
5.5.2 Drain Stream Level - Nivel de Corriente
El nivel de corriente proporciona la información necesaria para determinar la ruta principal aguas arriba en
cada confluencia, en función de la sumatoria de longitudes.
Ejemplo:
22
5.5.3 Arbolate Sum – Sumatoria de longitudes aguas arriba
Es la suma de todas las longitudes de segmentos aguas arriba y tributarias al segmento de referencia.
5.5.4 Path Length - Longitud de Trayectoria
La distancia desde el extremo final de un segmento al punto de terminación de red.
23
5.5.5 Hydrologic Secuence Identifier - Identificador de Secuencia Hidrológica
Es una secuencia hidrológica ascendente con número único para cada segmento de la red en una unidad de
desagregación.
Nota: Debido a que los segmentos deshabilitados (ENABLED=0) no participan de forma lógica como red
geométrica y sólo son considerados para efectos de representación, no aplican los índices hidromorfométricos
en los campos SECUENCEID, ORDER_1, LEVEL_1 que adquieren el valor -1 y ARBSUM_1, PATHL_1 que
adquieren el valor de 0.
24
6. SIATL, Simulador de Flujos de Agua de
Cuencas Hidrográficas Versión 2.1
Su nombre se debe a una palabra compuesta que significa SI – Simulador y ATL – Agua en Náhuatl.
El glifo del códice Moctezuma etimológicamente se compone de Atl “agua”; cóltic “torcido” y co “en”, que
significa "en el agua torcida", esto es donde el cauce de un río da vueltas muy pronunciadas.
6.1 Acceso y Registro
La manera de acceder al SIATL es ir al sitio de INEGI, http://www.inegi.org.mx/, en la pestaña o sección de
Geografía seleccionar la opción de Simulador de Flujos de Agua de Cuencas Hidrográficas (SIATL).
Al abrir la página de inicio del SIATL Existen dos formas de acceder a la aplicación, dependiendo de cuál haya
sido elegida podrá disponer de algunas funciones adicionales:
o
o
Ingreso directo.- Es el modo más sencillo de acceder al SIATL debido a que no es necesario identificarse
como usuario. La limitante son algunas funciones sobre todo de inserción de observaciones y
fotografías.
Colaborador.- Este tipo de acceso ha sido definido para usuarios previa solicitud de registro y con las
funciones habilitadas para inserción de observaciones y fotografías, con el fin de retroalimentación y
mejora continua de la red hidrográfica, así como de aportar al acervo de fotografías de rasgos
hidrológicos.
25
Para solicitar el registro, desde la pantalla de bienvenida deberá oprimir el botón “Registro” y llenar una forma
la cuál será evaluada y autorizada, para posteriormente notificarle vía correo electrónico su clave de usuario y
contraseña para su ingreso. La información que se debe proporcionar es la siguiente:
6.2 Entorno
En esta versión el reacomodo de las herramientas permite optimizar el área de despliegue en comparación con
la anterior versión.
26
6.3 Información Disponible
Corresponde a todas las capas de información mediante las cuales se pueden realizar consultas y las cuales han
sido agrupadas para facilitar su manejo de la siguiente manera:
6.3.1 Datos Climáticos e Hidrométricos
En este apartado se incluyen estaciones climatológicas e hidrométricas, las cuales además de sus datos de
identificación, tienen asociados algunos atributos de interés como caudal mínimo, máximo y medio o para
climatológicas datos probabilísticos de lluvia con diferentes tiempos de retorno.
Resultado de los esfuerzos para integrar series de tiempo, en el próximo futuro el SIATL contendrá un módulo
para consultar datos diarios y estimar medias o acumulados mensuales y anuales.
6.3.2 Rasgos Hidrográficos
En este grupo está comprendida información referente a:
o
o
Nombres de Rasgos Hidrográficos.- Corresponde a los topónimos existentes para las corrientes y
cuerpos de agua.
Cuerpos de Agua.- Comprende la información vectorial de los cuerpos de agua extraídos de los datos
topográficos escala 1:50 000 con un tratamiento de unión para aquellos ubicados en la línea del canevá
de los conjuntos digitales 1:50 000.
27
o
o
Coeficiente de escurrimiento.- Información de tipo vectorial que representa la interacción de factores
tales como cobertura vegetal, permeabilidad de los suelos y roca, cantidad de precipitación y
pendiente del terreno, restringen en diferente grado la infiltración del agua en el terreno y esta dado
por un porcentaje estimado de agua que escurre en el terreno con valores de 5, 10, 20, 30 y mayor a
30.
Unidades de Captación de Aguas Superficiales escala 1:50 000.- Divisorias de subcuencas, cuencas y
regiones hidrográficas.
6.3.3 Red Hidrográfica 1:50 000
Comprende los datos, resultado de la Estructuración de la Red Hidrográfica en su edición 2.0, siendo las
siguientes:
o
o
o
Direcciones de Flujo.- Simbología que representa el flujo del agua.
Puntos de drenaje: Objeto puntual que indica el lugar donde los flujos de los escurrimientos
superficiales se drenan al mar o a otra subcuenca. También son utilizados para indicar de forma virtual
una acumulación de flujos al interior de cuerpos de agua que representan lagos en subcuencas
endorreicas, además de indicar aquellos flujos que desaparecen de forma superficial por infiltración en
función de la condición de suelos, vegetación, relieve, entre otros factores.
Clasificación de la Red: Líneas que representa los flujos de agua que depende de precipitación pluvial o
afloramiento subterráneo ya sea natural a través de corrientes de agua o artificial a través de canales.
- Magnitud de orden (Strahler)
- Nivel jerárquico de corrientes
6.3.4 Vías de Transporte
Comprende información del ámbito de vías de comunicación extraídas de los datos topográficos 1:50 000.
o
o
o
Caminos
Carreteras.- Corresponde a la Red Carretera actualizada en base al atlas 2007 de la SCT
Vías de Ferrocarril
6.3.5 Geoestadístico y Social
Este grupo comprende información del marco geoestadístico con variables del Censo de Población y Vivienda
2010.
o
o
o
o
División Estatal
División Municipal
Localidades Rurales
Localidades Urbanas
28
o
o Amanzanamiento
Núcleos Agrarios
6.3.6 División Cartográfica
o
Canevá 1:50 000
6.3.7 Altimetría
Agrupa capas que permiten conocer el relieve tales como:
o
o
Curvas de Nivel.- Esta capa presenta el continuo nacional de curvas de nivel a partir de los datos
topográficos escala 1:50 000 resultado de la conectividad de las curvas de nivel equidistantes cada 20
metros.
Modelo de Relieve.- Hipsográfico
- Hipsográfico CEM 2.0
- Sombreado de Relieve
- Sombreado de Relieve para anaglifos
6.3.8 Servicios de Imágenes
o
o
o
o
Imagen Cartográfica 1:50 000.- cartas topográficas digitales georreferenciadas.
Ortofotos 1:20 000
Imagen de satélite Spot 2009.- Servicio en trámite de autorización.
Imagen Global MODIS NASA
6.3.9 Visualización de acuerdo a la escala
Con el fin de optimizar el despliegue de capas de información dependiendo del tipo de rasgo y la escala de
visualización, el SIATL regula dicha función de acuerdo a un rango de escalas:
Capa de Información
Grupo “Datos Climáticos e Hidrométricos”
Estaciones Climatológicas
Estaciones Hidrométricas
Grupo “Rasgos Hidrográficos”
Nombres de Rasgos Hidrográficos
Cuerpos de Agua 1:50 000
Coeficiente de escurrimiento
1:250 000
Grupo "Red Hidrográfica 1:50 000"
Visible entre Escalas:
A partir de
Hasta
1:1 500 000
1:1 500 000
1:3 500
1:3 500
1:200 000
1:300 000
1:800 000
1:3 500
1:3 500
1:10 000
29
Direcciones de Flujo
Puntos de Drenaje
Red Hidrográfica
Unidades de Captación de Aguas
Superficiales
Regiones
Cuencas
Subcuencas
Grupo "Vías de Transporte"
Caminos
Carreteras
Vías de Ferrocarril
Grupo "Geoestadístico y Social"
División Estatal
División Municipal
Localidades Urbanas
Manzanas
Localidades Rurales
Núcleos Agrarios
Grupo "División Cartográfica"
Canevá 1:50 000
Grupo "Altimetría"
Curvas de Nivel 1:50 000
Modelo de Relieve - Sombreado
Modelo de Relieve para Anaglifos
Modelo de Relieve - Hipsográfico
Grupo "Servicios de Imagen"
Imagen Cartográfica 1:50 000
Ortofoto 1:20 000
Imagen Spot 2009
Imagen Global MODIS NASA
1:200 000
1:200 000
1:2 300 000
1:3 500
1:3 500
1:3 500
1:14 000 000
1:5 000 000
1:2 000 000
1:3 500
1:3 500
1:3 500
1:50 000
1:750 000
1:250 000
1:3 500
1:3 500
1:3 500
1:14 000 000
1:800 000
1:550 000
1:100 000
1:80 000
1:750 000
1:3 500
1:3 500
1:3 500
1:3 500
1:3 500
1:3 500
1:500 000
1:3 500
1:75 000
1:14 000 000
1:350 000
1:14 000 000
1:3 500
1:50 00
1:3 500
1:2 500 000
1:14 000 000
1:300 000
1:300 000
1:14 000 000
1:3 500
1:3 500
1:3 500
1:300 000
La escala de visualización actual pude ser verificada en el recuadro de Referencia Espacial.
6.4 Panel de Herramientas Básicas
6.4.1 Mover:
Al dar clic sobre el mapa (sin soltar el mouse) y a la vez arrastrar el mouse, esta
herramienta le permitirá desplazar la posición del mapa.
6.4.2 Acercar:
Al dar un clic sobre el mapa (sin soltar en botón del mouse) le permitirá seleccionar el
área a la que desea hacer un acercamiento.
30
6.4.3 Alejar:
Al dar un clic sobre el mapa (sin soltar en botón del mouse) le permitirá seleccionar el área
a la que desea hacer un alejamiento.
6.4.4 Vista Anterior:
Esta herramienta le permitirá regresar a la vista anterior en el mapa.
6.4.5 Siguiente Vista:
Si uso la herramienta “Vista Anterior” esta herramienta le permitirá posicionarse
en la siguiente vista almacenada en el arreglo de vistas.
6.4.6 Actualizar:
Esta herramienta actualiza todos los datos que estén en el mapa.
6.4.7 Extensión Máxima:
Esta herramienta lo coloca en las coordenadas máximas de visualización que
en este caso son las que abarcan la extensión del territorio nacional.
6.4.8 Guardar Imagen o descargar red hidrográfica:
Permite capturar lo visualizado en el área de
mapa en un archivo de imagen jpg o png, o elegir la opción para descargar la red hidrográfica de interés.
Opciones:
Guardar imagen
31
Descargar la red hidrográfica
De clic sobre el mapa en la red o área de interés y seleccione la unidad que desea descargar: el nivel más
desagregado que es la subcuenca, la cuenca o la región hidrográfica.
Tenga en cuenta que a mayor área, mayor cantidad de datos y tiempo de descarga.
El archivo que se descarga es un empacado en formato ZIP que contiene archivos shapefile de la red
hidrográfica, de puntos de drenaje, del polígono de subcuenca, de cuerpos de agua y de topónimos,
organizados en carpetas por cada subcuenca. Además se incluyen metadatos y el documento técnico
descriptivo.
6.4.9 Información:
Muestra los datos tabulares asociados al elemento geográfico seleccionado. La
información a visualizar sólo estará disponible para elementos contenidos en cualquiera de las capas de la red
hidrográfica, subcuencas, coeficiente de escurrimiento, localidades urbanas o rurales.
9.4.10 Medir:
9.4.11 Vista 3D:
Esta herramienta permite realizar mediciones a través de una ruta o de un área.
Este botón activa el entorno de visualización en tres dimensiones.
Panel de Control:
1) Nivel de Exageración: Esta herramienta le permitirá aumentar o reducir la exageración de la elevación con la
que es rende rizado el terreno.
32
2) Inclinación del plano: Esta herramienta le permitirá le permitirá inclinar el plano de 0° a 90° sobre el eje “X”
3) Velocidad de Avance: Con esta herramienta podrá aumentar o reducir la velocidad de avance horizontal de
la cámara.
4) Grados de Giro: Con esta herramienta puede aumentar o reducir la velocidad con la que la cámara hace el
giro al presionar las flechas izquierda o derecha de su teclado. Los valores permitidos son los que se
encuentran en el rango de 1 a 8 y están dados en grados.
5) Salir: Este botón le permite salir del modulo de “Vista 3D” del SIATL y regresar a la aplicación SIATL.
Herramienta de Navegación:
1) Indicador de grados.
2) Brújula: La brújula le permitirá identificar hacia donde queda cada uno de los puntos cardinales. Con este
indicador le será más fácil navegar por el escenario 3D.
3) Botones de navegación Horizontal:
Estas herramientas le permitirán mover la cámara de manera horizontal sobre el escenario 3D. Al presionar las
flechas de este control usted podrá desplazarse hacia adelante (flecha arriba), atrás (flecha abajo), izquierda
(flecha izquierda) o hacia la derecha (flecha derecha). Adicionalmente puede usar las flechas de su teclado para
desplazarse de manera similar con la diferencia de que cuando presiona la flecha izquierda o derecha en el
teclado obtendrá un giro en lugar de un desplazamiento vertical.
4) Botones de navegación Vertical:
Los botones de navegación vertical le permitirán mover la cámara sobre el eje “Y”, es decir, usted podrá
aumentar o reducir la posición de la cámara con respecto a la elevación. (arriba o abajo)
6.4.12 Pantalla Completa:
Aumenta el tamaño de la aplicación para aprovechar lo ancho y largo de la
pantalla ocultando el encabezado y las barras de estado y menús del navegador que se esté utilizando.
33
Nota: Esta herramienta automáticamente deshabilita la entrada de datos desde el teclado y por tanto de
querer realizar una búsqueda deberá desactivar la pantalla completa. Para regresar a su diseño normal
presione la tecla ESC.
Otra modalidad para ocultar elementos del navegador y ampliar la pantalla sin desactivar el teclado, es utilizar
la tecla F11 y para restablecer oprima nuevamente dicha tecla.
6.4.13 Ayuda:
Al activar este botón se activa la ventana de ayuda, la cual se divide en 5 opciones que
son:
o
o
o
o
o
Ayuda
Preguntas frecuentes
Especificaciones de la red
Documentos .- Contiene 3 documentos descargables en formato PDF
Contacto
6.5 Panel de herramientas avanzadas
6.5.1 Administración de capas
La información que puede ser consultada en el SIATL ha sido agrupada por tema para facilitar su manejo, la
cual puede ser encendida o apagada dependiendo de la necesidad del usuario.
34
6.5.2 Búsquedas
Puede consultar los datos por subcuenca, región hidrológica, del estado, municipio, localidad, según el nombre
del rasgo o bien, por coordenadas.
6.5.3 Funciones de Redes
En este conjunto de herramientas se agrupan aquellas más especializadas que facilitan el análisis de los
escurrimientos de agua superficial y de las cuencas, como son: la selección de líneas en función de los flujos de
agua, determinar índices morfométricos, generar el perfil de elevaciones y calcular el caudal, entre otras.
35
6.5.3.1 Flujos Corrientes Arriba:
Una vez seleccionada esta función y dando un clic sobre un
segmento de la red hidrográfica, se muestran en color rojo todos los flujos tributarios al segmento de
referencia en sentido aguas arriba acotado a la divisoria de la subcuenca y el cauce principal se resalta en color
naranja con una línea más gruesa a las demás.
Además para algunas regiones se muestra el polígono de captación o de área drenada, en función de la
existencia de información procesada y derivada del modelo digital de elevación.
De tal manera que la función para determinar el área, estará condicionada a la existencia de los datos.
No obstante, para las cuencas donde el SIATL no determine de forma automática este valor, se tendrá que
utilizar la herramienta para su medición manual trazando con el mouse el área de interés.
6.5.3.2 Flujo Corriente Abajo:
Dando un clic sobre un segmento de la red hidrográfica, en color rojo
se muestra la trayectoria en dirección aguas abajo hasta la divisoria de la subcuenca.
36
6.5.4 Intersección de Localidades:
Muestra todas aquellas localidades urbanas y rurales que se
encuentran en un margen de las líneas de flujo que previamente fueron seleccionadas con las funciones de
Flujos Corrientes Arriba o Flujos Corriente Abajo.
6.5.5 Índices Morfométricos:
Con esta función se determinan algunos valores morfométricos del
cauce principal (color naranja) para el caso de la selección con la función de Flujos Corriente Arriba o del cauce
seleccionado Flujo Corriente Abajo.
Los índices son:
o Elevación Máxima
o Elevación Media
o Elevación Mínima
o Longitud
o Pendiente Media
o Tiempo de Concentración
o Área Drenada (de la microcuenca o escorrentía, sólo para la función Flujo Corrientes Arriba y
disponibilidad de la información procesada del modelo digital de elevación de esa subcuenca)
37
6.5.5.1 Perfil de Elevaciones: Esta grafica muestra los desniveles del cauce, su representación está en
función del rango de elevaciones en metros en el eje Y, y en kilómetros en el eje X.
6.5.5.2 Calcular Caudal: El modelado de los escurrimientos de agua superficial es sumamente complejo y
para la obtención de resultados precisos, se requieren de mediciones más detalladas y por consecuencia más
datos, además de modelos digitales de elevación con mayor resolución por debajo de los 5 metros por pixel, así
como de métodos más sofisticados que se traducen en algoritmos.
En el SIATL se incluye el método racional para el cálculo del caudal, que por sus características permite la
estimación con pocos parámetros de forma sencilla, no obstante su precisión estará en función del tamaño de
las áreas y de la fidelidad de los datos adicionales que deberán ingresarse. Es decir a mayor extensión, mayor
margen de error.
De requerir estudios más detallados, se podrá solicitar la Red Hidrográfica al INEGI para utilizarla como uno de
los insumos que requieren diversos programas especializados en el modelado hidrológico.
38
Para mayor información sobre la referencia teórica consúltese el anexo I Escurrimiento Superficial.
Pasos para realizar el Cálculo del Caudal:
1. Seleccione las líneas de flujo de una escorrentía a partir de un clic en uno de los segmentos de la red
hidrográfica con la función “Aguas arriba”.
2. Si el SIATL no determina el área de la cuenca seleccionada, por falta de datos del modelo digital de
elevación, mida el área con la herramienta de medición trazando el polígono sobre la divisoria de los
flujos seleccionados.
3. Consulte el coeficiente de escurrimiento, encendiendo la capa que se encuentra en el grupo “Rasgos
Hidrográficos” y utilizando la herramienta para solicitar información de los atributos y pondere los
valores en los casos donde se presentan más de un valor para el área de estudio.
4. Se requiere la intensidad de lluvia para un tiempo de retorno específico o frecuencia de la lluvia, para
lo que se tendrán que investigar datos históricos o probabilísticos de precipitación y determinar la
intensidad.
5. Dar clic a la herramienta “Índices morfométricos” para ver los datos que el SIATL determina de la
escorrentía seleccionada y necesarios para calcular el caudal.
6. Dar clic en el botón “Calcular caudal” e ingresar los valores antes señalados.
7. Dar clic en el botón “Calcular”
6.5.6 Ver Selección:
Esta herramienta permite visualizar todos las corrientes de agua resultado de
ejecutar cualquiera de las funciones de Flujo Corrientes Arriba o Flujo Corriente Abajo.
6.5.7 Limpiar Selección:
Está herramienta permite limpiar los datos previamente seleccionados, ya
sean corrientes de agua o bien las localidades.
6.5.8 Perfil de Elevaciones:
Esta herramienta grafica el perfil de elevaciones a partir de 2 puntos
dados, con una distancia máxima de 5 kilómetros.
39
6.5.9 Observaciones y Fotografías
Esta herramienta permite desplegar e insertar observaciones y fotografías.
El objetivo de estas herramientas es hacer partícipe a los usuarios en la mejora continua de la red hidrográfica
y de la información en general, además en la ilustración de rasgos hidrológicos con fotografías.
Para insertar tanto observaciones como fotografías, es necesario que el usuario solicite su registro llenando un
formulario que se activa desde la pantalla de bienvenida.
6.5.9.1 Mostrar Observaciones
o
o
Cuando el simbolo este en color azul significa que la observación ha sido atendida por parte de INEGI.
Cuando el simbolo este en color rojo significa que la observación aún NO ha sido atendida por parte de
INEGI.
Las observaciones no se publican y quedan de referencia y antecedente para el usuario que las ingresó.
6.5.9.2 Mostrar Fotografías
La funcionalidad de “Mostrar Fotografías” no requiere de registro y está abierto a cualquier usuario con el
acceso como invitado.
Donde exista una fotografía la podrán indentificar con el símbolo:
Lugares donde usted puede ver algunas fotografías:
Búsqueda por Rasgo Hidrográfico:
Búsqueda por Rasgo Hidrográfico:
Presa Zimapan en el estado de Querétaro
Presa Malpaso en el estado de Aguascalientes
40
Para ver una fotografía es necesario pasar el cursor del mouse por arriba del recuadro e inmediatamente se
despliega la imagen.
Sí desea ampliar la imagen y ver otros detalles como la fecha de la toma, su descripción y datos del autor, de
clic sobre la imagen.
41
Nota: en caso de no desplegar la imagen, asegúrese de no tener activada alguna de las herramientas para
navegación como: mover, acercar, alejar, etc.
Cuando está activada una de estas herramientas el ícono se ve más grande:
Desactivela dando clic sobre la función.
6.5.9.3 Insertar Observaciones
Con esta función el usuario registrado podrá registrar observaciones referenciadas espacialmente,
respecto a datos mal representados en función del conocimiento de una región, para considerarlas en la
siguiente versión de la red.
Procedimiento
1. Localice el rasgo y verifique estar en el rango de escala permitido para ingresar observaciones de
1:3500 a 1:100
2. de un clic sobre este ícono y posteriormente de clic en el mapa sobre el rasgo del cual usted desea
hacer una observación.
3. capture la observación
4. de clic en el botón Insertar
La siguiente ventana aparecerá al seleccionar la herramienta y darle clic al rasgo que se quiera comentar.
42
6.5.9.4 Insertar Fotografías
Con esta herramienta el usuario registrado podrá subir fotos de rasgos hidrográficos de interés en condiciones
normales o extraordinarias como inundaciones.
Procedimiento
1. Localice el rasgo y verifique estar en el rango de escala permitido para ingresar fotografías de 1:3500 a
1:10000
2. De un clic sobre este ícono y posteriormente de clic en el mapa sobre el rasgo del cual usted desea
insertar la imagen.
3. Capture el título y comentarios.
4. Ingrese la fecha de la toma de la foto.
5. Con el botón “Seleccionar”, ubique el archivo en su computadora.
6. Active con un clic el recuadro para ceder los derechos y autorizar al INEGI de publicar la fotografía.
7. De clic en el botón Insertar
Las fotografías registradas pasarán por un filtro para verificar en la medida de lo posible su correspondencia
espacial además de su contenido, para posteriormente autorizar su publicación.
No se publicaran imágenes en las cuales aparezcan personas en primer plano o aquellas que no cumplan con el
objetivo de esta función.
6.5.10 Configuración
Permite cambiar la notación de las coordenadas geográficas que se despliegan en el recuadro de referencia
espacial de sexagesimales a decimales y viceversa.
Además es posible activar el fondo del área de mapa, así como seleccionar un color para el mismo, además de
configurar el nivel de transparencia.
43
6.5.11 Simbología y Ubicación
o
Simbología.- Función dinámica de acuerdo a las capas visibles para facilitar su interpretación.
o
Ubicación.- Índice espacial que permite la ubicación en el territorio nacional de lo que se está
visualizando.
44
7. Ejercicios
7.1 Ejercicio 1. Análisis de una cuenca vinculado a un evento de precipitación para
evaluar el riesgo de una población por la avenida de un río.
La madrugada del 12 de octubre del 2011 el huracán Jova impactó el litoral de México en los límites de Colima
y Jalisco con una intensidad de categoría uno en la escala de Saffir-Simpson con una velocidad de 12.8 Km/h y
vientos sostenidos de 160 Km/h. Se estima una acumulación de lluvia de 152 a 304 mm, sobre los estados de
Michoacán, Colima, Jalisco y Nayarit.
El paso del meteoro afectó al menos a 50 mil personas en Cihuatlán y dejó a 20 mil incomunicadas debido a
que colapsaron cuatro puentes y otros tres en riesgo. Esta localidad se ubica al margen del río Marabasco el
cual fue factor de inundaciones y deslaves.
Otros poblados con serias afectaciones son Melaque, San Patricio, Barra de Navidad, La Huerta, Autlán de
Navarro, Cuautitlán de García Barragán, Tomatlán y Villa Purificación.
Subcuenca: RH15Ab ( R. Chacala)
Procedimiento para analizar la cuenca del Río Marabasco o Río Chacala
1. Con la “Herramienta de Búsqueda”
localice el área de interés; seleccione la opción “División
política (Estado, Municipio y Localidad)”; capture “Cihuatlán” y de clic en el botón “Buscar”; dentro de
los resultados obtenidos seleccione el que pertenece al estado de Jalisco, Municipio de Cihuatlán.
2. Para caracterizar el lugar y darle una mejor representación al lugar, mejorando la visualización de la
Imagen Hipsográfica CEM 2.0 junto con la Imagen de Ortofoto se deben realizar configuración en la
herramienta administración de capas
:
a. En el grupo “Servicios de Imagen” encienda la ortofotografía, y de una mayor transparencia.
b. En el grupo Geoestadístico y Social, de mayor transparencia al polígono de la localidad.
c. En el grupo Red Hidrográfica escala 1:50 000 encienda la capa “Dirección de Flujo”.
3. Haga un acercamiento a la Localidad Urbana de Cihuatlán
y hacer una Identificación del Rasgo,
para conocer la cantidad de población vulnerable ante tal suceso
.
4. A continuación seleccione la herramienta de de flujos “corriente aguas arriba”.- En el menú “Funciones
de Redes”
, con el botón “Selección aguas arriba”
pasando la localidad con dirección al mar.
5.
, de clic sobre el segmento de corriente
Ajuste o extienda la visualización a todo lo seleccionado con la herramienta
45
.
6. Con la herramienta de administración de capas encienda la de Estaciones climatológicas y consulte sus
datos asociados de las más cercanas y estime la lluvia con un tiempo de retorno de 50 años.
7. Consulte y estime el coeficiente de escurrimiento dando clic en la herramienta de administración de
capas
, encendiendo la capa que se encuentra en el grupo “Rasgos Hidrográficos” y utilizando la
herramienta para solicitar información de los atributos
presentan más de un valor para el área de estudio.
8. De clic a la herramienta “Índices morfométricos”
escorrentía seleccionada.
9. Analice cada uno de los datos.
46
pondere los valores en los casos donde se
para ver los datos que el SIATL determina de la
10. Active el botón de “Perfil de Elevaciones” para analizar los desniveles a lo largo de la cañada o cauce
principal.
11. Estime el caudal pico instantáneo o avenida del río.
a. Ingrese el tiempo de retorno o frecuencia de lluvia de 50 años.
Al ingresar este valor el SIATL calcula la intensidad de lluvia en función de un método
probabilístico con datos históricos de lluvia para Nuevo León. No obstante se ingresarán los
valores investigados del área de interés.
b. Ingrese el coeficiente de escurrimiento: 20
c. Cálculo de la intensidad de lluvia.
De acuerdo a los datos probabilísticos consultados en las estaciones climatológicas de 50 años,
podemos considerar una lluvia de 254.2065 mm.
47
A falta de datos acumulados de precipitación en intervalos de tiempos, la intensidad será la
consultada de las estaciones climatológicas dividida entre el tiempo de concentración del área
drenada.
Existen varios métodos para calcular la intensidad de lluvia. Para este ejercicio se utilizará la
formula siguiente:
Donde i representa la intensidad media de la precipitación durante un periodo de tiempo.
De esta forma:
d. De clic en el botón “Calcular” e ingrese los valores estimados:
e. De clic en el botón “Calcular”
12. Analice el caudal máximo en el tiempo de concentración calculado, que se da cuando la totalidad de la
cuenca aporta el escurrimiento.
48
13. Si se considera que los suelos ya están saturados por lluvias anticipadas, cambie el coeficiente de
escurrimiento por uno mayor o utilice el valor de lluvia con otro tiempo de retorno para analizar
diversos escenarios.
14. Con la herramienta “Perfil de Elevaciones”
analizando, para analizar la cañada.
, trace una línea recta transversal al cauce que se está
15. Apóyese con la capa “Hipsográfico CEM 2.0 o el Sombreado de Relieve” para observar el lugar de
mayor profundidad.
49
7.2 Ejercicio 2. Identificación de localidades en riesgo sobre la trayectoria del cauce
aguas abajo.
El 19 de diciembre de 2010, se produjo una explosión en San Martín Texmelucan, debido a la ordeña
clandestina de un oleoducto, provocando el derramamiento de combustible que circuló por una de las calles en
dirección hacia el cauce del río Atoyác, incendiando a su paso varias viviendas. El objetivo de este ejercicio es
determinar que poblaciones rurales y urbanas estuvieron en riesgo y estimar el tiempo en que se verán
afectadas, además de identificar los embalses que acumularán dicho hidrocarburo.
Subcuenca: RH12Ad (R. Atoyác – San Martín Texmelucan)
Procedimiento para analizar la subcuenca del Río Atoyác
1. En la herramienta Administrador de Capas, ir a la sección Sitios de Interés, seleccionar la opción
Explosión de San Martín Texmelucan y expandir para seleccionar la opción de Mayor Afectación, y
después dar clic en el icono del mundo correspondiente.
2. Encender las ortofotos.
3. Encienda las direcciones de flujo, se deberá ver como la siguiente imagen.
50
4. El accidente se produjo sobre la calle, y el combustible escurrió hacia el paso de una de las corrientes
de agua, con la herramienta Flujo Corriente Abajo
la trayectoria del derrame.
51
de clic sobre una línea de flujo, para visualizar
5.
Para localizar las localidades urbanas y rurales en riesgo, de un clic a la herramienta Extender
Resultados
1 Km.
y seleccione la herramienta de Intersección con Localidades
con un margen de
Despliega una lista con las localidades tanto urbanas como rurales que cumplen con la distancia
encontrada.
6. Una vez desplegada la ventana de intersección de localidades, podrá seleccionar con un clic localidad
por localidad para analizar su población.
52
7. De requerir consultar todos los atributos de la localidad utilice el botón “Información de rasgos”
de clic sobre el polígono de la localidad o del punto para el caso de localidades rurales.
y
8. Ahora se procede a realizar el cálculo de los Índices Morfométricos
y a interpretarlos, por
ejemplo se puede observar en la imagen siguiente, el tiempo de Concentración es de 966.39 min, es
decir de 16 horas.
53
9. Después realiza un recorrido sobre cauce principal seleccionado (en color naranja), hasta el límite de la
subcuenca, para identificar hacia donde continua el cauce del río, y en la siguiente subcuenca
identificar el cuerpo de agua referente a la Presa Manuel Ávila Camacho (Valsequillo) como parte de la
afectación.
10. La siguiente actividad es estimar el tiempo que tendría que pasar para que el químico derramado en el
sitio donde ocurrió el incidente, alcance la localidad urbana de San Rafael Tenanyecac que se ubica al
sureste en dirección aguas abajo. Para esto ubique nuevamente la zona de mayor Impacto y a partir de
ahí aplique la función de aguas arriba para observar el tiempo de concentración, que corresponde a
267.40 minutos.
54
11. Después se procede a ir a la localidad urbana de San Rafael Tenanyecac y también se realiza la función
de aguas arriba para obtener el tiempo de concentración, que corresponde a 333.57 minutos.
12. Se restan los tiempos de concentración calculados 333.57 - 267.40 = 66.17 minutos (1 hora
aproximadamente), en lo que tardaría en llegar el contaminante a la segunda localidad, es decir del
punto A al punto B en la siguiente imagen.
A
B
55
7.3 Ejercicio 3. Cartografía participativa o social
Fotografías
1.
2.
3.
4.
Localice la localidad de Malpaso en el estado de Aguascalientes.
Desactive cualquier herramienta de visualización.
Posicione el mouse sobre los cuadros que indican que existe una fotografía
De clic sobre la fotografía para maximizar y ver detalles de la fecha de la toma entre otros datos.
Otros lugares que presentan fotografías
Rasgo hidrográfico: Presa Zimapán en Querétaro
Municipio: Nombre de Dios, Durango
Localidad: Tenacatita, en Jalisco
Localidad: Taxco, Gro.
56
8. Anexo I Escurrimiento superficial
La estimación de indicadores de escurrimiento superficial en condiciones naturales es demasiado compleja,
debido a que intervienen diversos factores como son: tipos de suelos y rocas, relieve, pendientes, vegetación,
área de captación o cuenca, longitud del cauce principal, precipitación-tiempo, condiciones y dimensiones del
cauce que por tratarse de condiciones naturales las dimensiones son variadas a lo largo de éste, entre otros.
Es por ello que para el cálculo de los diversos indicadores se debe hacer una planeación del escurrimiento por
analizar y determinarlos en algunos de los casos, agrupando secciones que reúnan características similares así
como cierto comportamiento en común.
Esta unidad tiene como objetivo dar los conocimientos básicos para el cálculo de caudales máximos en función
de un método probabilístico y con el modelo de lluvia-escurrimiento con el método racional.
8.1 Determinación de caudales.
Para determinar el gasto o caudal que llega al punto "a", bajo la lluvia máxima que se presenta con una
frecuencia dada, apreciaremos lo siguiente:
a
Durante los primeros minutos de la lluvia, la intensidad de ésta es muy alta, pero como el tiempo es corto, no
se ha alcanzado a drenar toda la cuenca, por lo que el gasto que pasa por el punto ¨a ¨ no es muy grande.
A medida que transcurre el tiempo, la cuenca comienza a aportar más agua por efecto de que es mayor el área
que se drena, pero por otro lado la intensidad de la lluvia va disminuyendo poco a poco.
57
El valor numérico del gasto o caudal se determina mediante el método racional: 1
Ecuación 1
Donde:
Q= es el caudal en metros cúbicos por segundo.
I = es la intensidad en milímetros por hora.
A = es la superficie de la cuenca en hectáreas.
C = es un coeficiente de escorrentía sin dimensiones.
360: ajuste para conversión de unidades inglesas a métricas
8.2 Tiempo de concentración (Tc) 2
Si graficamos el gasto que pasa por el punto ¨a¨ en función del tiempo de duración de la lluvia, obtendremos
una figura de la siguiente naturaleza:
El tiempo T1, correspondiente al gasto máximo y es el tiempo mínimo en el cual se drena toda la
cuenca. Valor que coincide con el tiempo de concentración Tc.
Por lo tanto, el tiempo de concentración de la lluvia (Tc) es el valor que se emplea como (t) en la ecuación 2,
para la obtención de la intensidad promedio para de la lluvia de MÁXIMA intensidad.
Este parámetro se refiere al tiempo que tarda el agua en su recorrido entre dos puntos determinados, los
cuales son: el extremo superior de la cuenca y el punto donde se mide el gasto pluvial. Si consideramos la
cuenca que muestra la siguiente figura:
1
Fórmula expuesta en el documento “Medición sobre el Terreno de la Erosión del Suelo y de la Escorrentía” – Boletín de
Suelos de la FAO -68, Autor.- N.W. Hudson Silsoe Associates.
2
Manual para Diseño de Redes de Drenaje Pluvial - Ing. Raúl Cadena Cepeda 1998
58
El tiempo de concentración se refiere al lapso que transcurre para que el agua de lluvia, transite desde el punto
A al punto B.
Para el caso de escurrimiento superficial, se obtiene mediante la fórmula de Kirpich.3
Ecuación 2
L
Tc 0.0663
P
0.77
Donde:
Tc = El tiempo de escurrimiento en horas.
L = Longitud de la cuenca en su cañada principal, en metros.
P = Pendiente promedio de la cuenca, a lo largo de su cañada principal, en valor absoluto.
8.3 Intensidad de lluvia promedio 4
Si nos paramos un momento bajo la lluvia, y ponemos una probeta frente a nosotros, notaremos que ésta se
llena de agua. La cantidad que se almacena en ella, depende del tiempo que la tengamos bajo la lluvia.
Si el recipiente tiene una entrada de un centímetro cuadrado, el volumen recolectado es V= cm3/ cm2, lo
que nos proporciona unidades de cm.
El segundo parámetro que nos interesa, es el volumen llovido por unidad de tiempo, en cm/ hora. A este
parámetro se le denomina. Intensidad de la lluvia.
3
4
Fórmula expuesta en el libro “Introducción a la Hidrología Superficial” del Dr. Sergio Ignacio Martínez Mtz.
Tema extraído del Manual para Diseño de Redes de Drenaje Pluvial - Ing. Raúl Cadena Cepeda 1998
59
Ahora bien, si medimos la cantidad de lluvia que se obtiene en un tiempo tn, y obtenemos la relación volumen
/ tn, tendremos la información de intensidad de lluvia, para el tiempo tn.
Este valor se denomina: Intensidad de lluvia promedio, para el tiempo tn.
Cuando se haga mención en este documento, de la intensidad de la lluvia, o de la intensidad de lluvia máxima,
nos referimos a los valores promedios de las mismas, y nunca a los valores instantáneos.
Si obtenemos los valores de los volúmenes llovidos, para tiempos de cero a una hora, en intervalos de cinco
minutos. Y calculamos la intensidad (promedio) de la lluvia, tendremos la información básica para dibujar la
gráfica: Intensidad- tiempo de duración, de la lluvia.
Si colocamos un embudo bajo la lluvia, notaremos que el caudal que sale de él, es proporcional a le intensidad
instantánea de la lluvia. Si el embudo tiene una entrada de un cm2, el gasto de salida será exactamente igual al
valor de la intensidad instantánea de la lluvia, en cm3/seg.
A primera vista parece que para obtener el caudal que escurre en una cuenca, requeriremos los valores de la
intensidad instantánea de la lluvia. Pero no es así.
Consideremos ahora una cuenca totalmente impermeable, de dimensiones, 500 metros de largo por 100
metros de ancho.
Supongamos que en el parte aguas se encuentra el punto A y en la parte más baja, el punto B.
Nosotros deseamos saber el caudal en el punto B, por efecto de una lluvia.
Supongamos además que el agua que escurre por el terreno tarda 30 minutos en recorrer toda la cuenca,
desde A, hasta B.
Debemos saber también que las lluvias comienzan con una intensidad alta y a medida que el tiempo pasa van
disminuyendo de intensidad.
Consideremos que el agua que pasa por B, está en proporción de la intensidad de la lluvia y el área drenada.
Ahora bien, en el tiempo cero no existe gasto que pase por el punto B.
A los cinco minutos de haber comenzado la lluvia, la intensidad es muy alta, pero se está drenando una parte
muy pequeña de la cuenca. Pues el agua que cayó en A, y en la mayor parte de la cuenca viene aún en tránsito
y no ha pasado por B. La cuenca está aportando en ese caso una fracción muy pequeña de su área de
captación.
El momento más desfavorable es exactamente a los 30 minutos de haber comenzado la lluvia, pues en ese
instante, toda la cuenca está aportando agua al punto B. Y a partir de ese momento, la intensidad sigue
bajando y ya no puede haber mayor aportación por efecto de área drenada.
La solución parece sencilla. El gasto debería ser el producto del área drenada, por la intensidad instantánea de
la lluvia, en el tiempo T2 = 30 minutos.
60
Sin embargo, si consideramos lo que sucede en el punto B, a los treinta minutos de haber comenzado la lluvia,
es algo más complicado. Pues el área inmediata al punto B, aporta agua con una intensidad del tiempo T2, pero
el agua que recorrió el terreno desde el punto A, está llegando retrasada y corresponde a la lluvia de intensidad
en tiempo T0= 0 segundos.
Para determinar el caudal, tendremos que hacer una suma de cada segmento de la cuenca, multiplicado por la
intensidad instantánea, en función del tiempo que se tarda el agua en llegar desde ese segmento, al punto B. Y
esto es muy laborioso.
Es por ello que optamos por un método más sencillo, al que se le denomina Racional. En este método se
emplean los valores de las intensidades promedio de la lluvia, y el área drenada total y sin sectorizar.
Supongamos que hemos medido los valores de intensidad promedio, para la lluvia máxima que se presenta
cada 20 años.
Para dt = 5 minutos = 1/12 hora.
Tiempo
min
5
10
15
20
25
30
Volumen medido
cm
2.83
4.17
5.15
6
6.79
7.5
Diferencial de Vol.
cm
2.83
1.34
0.98
0.85
0.79
0.71
Dv / dt
cm /hr
33.96
16.08
11.76
10.2
9.48
8.52
Vol / tiemp.tot. =
Intensidad media
cm /hr
33.96
25.02
20.6
18
16.3
15
D= distancia entre el punto A y B = 500 metros
Dv= diferencial del volumen
Dt= diferencial del tiempo = 5 minutos = 1/12 hora = 0.0833333333
I= intensidad de la lluvia (cm/hora)
Si consideramos que en el ejemplo anterior, el valor de los caudales aportados por el punto A, corresponden al
tiempo t0=0, con un valor de dv/dt= 34 cm/hr.
Y los del punto B, para T2= 30 min, con dv/dt = 8.52 cm/hr. Podríamos suponer que el valor promedio en la
cuenca, es el que corresponde a T= 15 minutos.
Sin embargo, la mayoría de la cuencas tiene un área mayor del lado del parte aguas que de la descarga, por lo
que será más cercano a la realidad, suponer que el valor real del promedio es cuando se tiene un t = 40% de
T2.
Que en nuestro caso será de 12 minutos, y que nos proporcionará una intensidad instantánea (dv/dt) de 15
cm/hr. (Interpolando en la tabla)
Ahora bien, si en lugar de lo anterior, utilizamos la intensidad media de la lluvia para T2= 30 minutos,
tendremos un valor de I= 15 cm/hr. Que es idéntico al anteriormente descrito.
De este ejemplo deducimos que la intensidad de la lluvia promedio puede usarse en conjunto con la superficie
drenada total, y el tiempo que tarda toda la cuenca en ser drenada, para obtener el gasto máximo existente.
61
Conociendo el valor de frecuencia de diseño (F), se despeja el valor de la intensidad promedio para la lluvia
MÁXIMA (I).
Ecuación 3
Donde
I = Intensidad promedio de la lluvia máxima en cm/hora.
F = Frecuencia de presentación de la lluvia máxima en años.
t = Tiempo de duración de la lluvia, en minutos.
Nota: Esta ecuación fue determinada por el Ing. Raúl Cadena Cepeda, mediante el análisis de todas las lluvias
ocurridas entre 1926 y 1966 y se acepta como válida en las revisiones oficiales por la SECRETARÍA DE
DESARROLLO URBANO DEL ESTADO DE N.L.
Tabla 2
INTENSIDADES MEDIAS PARA LLUVIAS MÁXIMAS
I = intensidad de la lluvia (cm/hora)
minutos
5
6
7
8
9
10
Frecuencia de lluvia (años)
2
5
10.79
17.06
9.92
15.69
9.24
14.62
8.69
13.75
8.24
13.02
7.85
12.41
10
24.13
22.19
20.67
19.44
18.41
17.54
20
34.13
31.38
29.23
27.49
26.04
24.81
11
7.51
11.87
16.79
23.75
12
7.21
11.41
16.13
22.81
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
32
34
36
38
40
45
50
60
70
80
6.95
6.72
6.51
6.32
6.15
5.99
5.84
5.7
5.58
5.46
5.35
5.24
5.15
5.06
4.97
4.89
4.81
4.73
4.59
4.47
4.35
4.25
4.15
3.93
3.74
3.44
3.21
3.01
10.99
10.63
10.29
9.99
9.72
9.47
9.23
9.02
8.82
8.63
8.46
8.29
8.14
7.99
7.86
7.73
7.6
7.48
7.27
7.07
6.88
6.71
62 6.56
6.21
5.92
5.44
5.07
4.77
15.55
15.03
14.56
14.13
13.74
13.39
13.06
12.75
12.47
12.21
11.96
11.73
11.51
11.3
11.11
10.93
10.75
10.58
10.27
9.99
9.73
9.49
9.27
8.78
8.37
7.69
7.17
6.74
21.99
21.25
20.59
19.99
19.44
18.93
18.47
18.04
17.64
17.26
16.91
16.59
16.28
15.99
15.71
15.45
15.2
14.97
14.53
14.13
13.76
13.43
13.11
12.42
11.83
10.88
10.14
9.53
La frecuencia de presentación de la lluvia de máxima intensidad, es un parámetro importante, a emplearse
para la determinación de los caudales.
Para obtener el valor de la intensidad de la lluvia es necesario primero, determinar el tiempo de concentración
(tc) según la ecuación 2, además de igualar ese valor con el del tiempo de duración de la lluvia. t = tc
A continuación los valores recomendados para diferentes proyectos:
Valores de frecuencia de presentación de la lluvia de máxima intensidad, a emplearse en:
USO DEL SUELO...............FRECUENCIA (F), EN AÑOS
Zonas sin urbanizar
Zonas suburbanas
Zonas residenciales
Centros de ciudades
Plantas industriales
Azoteas de edificios
Bajantes pluviales
5 años
10 años
20 años
25 años
20años
20 años
20 años
Nota: debido al cambio climatológico mundial, esta tabla fue modificada en enero del 2,000.
8.4 Coeficiente de escurrimiento (c)
Es la relación del caudal que fluye sobre el terreno, al caudal llovido. Este parámetro no debe confundirse con
el coeficiente de infiltración, el cual no es empleado en nuestro estudio.
Los valores que se recomiendan para el coeficiente de escurrimiento son los siguientes:
Tabla 3 Coeficiente de escurrimiento:
Uso del suelo y pendiente del
terreno
Bosque
Plano (0-5% pendiente)
Ondulado (6-10% pendiente)
Escarpado (11-30% pendiente)
Gruesa
Textura del suelo
Media
Fina
0.10
0.25
0.30
0.30
0.35
0.50
0.40
0.50
0.60
Pastizales
Plano (0-5% pendiente)
Ondulado (6-10% pendiente)
Escarpado (11-30% pendiente)
0.10
0.16
0.22
0.30
0.36
0.42
0.40
0.55
0.60
Terrenos cultivados
Plano (0-5% pendiente)
Ondulado (6-10% pendiente)
Escarpado (11-30% pendiente)
0.30
0.40
0.52
0.50
0.60
0.72
0.60
0.70
0.82
63
Se obtiene el valor del coeficiente de escurrimiento (C), de acuerdo con los tipos de suelos, uso del suelo y
pendiente. Cuando el área de drenaje presenta diferentes tipos de suelos, vegetación y pendiente media. El
coeficiente de escurrimiento (C), se obtendrá para cada área parcial y posteriormente se calculará el promedio
ponderado.
Otro medio para obtener el coeficiente de escurrimiento, es utilizando la capa de unidades de escurrimiento
del continuo de hidrología superficial escala 1:250,000 de INEGI o bien la carta hidrológica.
8.5 Determinación del área drenada
El área drenada se obtiene de los planos topográficos y se refiere a la superficie de la cuenca tributaria del
punto ¨a ¨.
8.6 Velocidad del caudal o gasto. 5
La velocidad del agua que se desliza en una corriente o en un canal abierto está determinada por varios
factores.
El gradiente o la pendiente. Si todos los demás factores son iguales, la velocidad de la corriente
aumenta cuando la pendiente es más pronunciada.
La rugosidad. El contacto entre el agua y los márgenes de la corriente causa una resistencia (fricción)
que depende de la suavidad o rugosidad del canal. En las corrientes naturales la cantidad de vegetación
influye en la rugosidad al igual que cualquier irregularidad que cause turbulencias.
Forma. Los canales pueden tener idénticas áreas de sección transversal, pendientes y rugosidad, pero
puede haber diferencias de velocidad de la corriente en función de su forma. La razón es que el agua
que está cerca de los lados y del fondo de una corriente se desliza más lentamente a causa de la
fricción; un canal con una menor superficie de contacto con el agua tendrá menor resistencia fricción y,
por lo tanto, una mayor velocidad.
El parámetro utilizado para medir el efecto de la forma del canal se denomina radio hidráulico del canal. Se
define como la superficie de la sección transversal dividida por el perímetro mojado, o sea la longitud del lecho
y los lados del canal que están en contacto con el agua. El radio hidráulico tiene, por consiguiente, una cierta
longitud y se puede representar por las letras M o R. A veces se denomina también radio medio hidráulico o
profundidad media hidráulica.
Todas estas variables que influyen en la velocidad de la corriente se han reunido en una ecuación empírica
conocida como la fórmula de Manning, tal como sigue:
5
Tema extraído del documento “Medición sobre el Terreno de la Erosión del Suelo y de la Escorrentía” – Boletín de Suelos
de la FAO -68, Autor.- N.W. Hudson Silsoe Associates.
64
Donde:
V = es la velocidad media de la corriente en metros por segundo
R = es el radio hidráulico en metros (la letra M se utiliza también para designar al radio hidráulico, con el
significado de profundidad hidráulica media)
S = es la pendiente media del canal en metros por metro (también se utiliza la letra i para designar a la
pendiente)
n = es un coeficiente, conocido como n de Manning o coeficiente de rugosidad de Manning.
a) Canales sin vegetación
Sección transversal uniforme, alineación regular sin guijarros ni vegetación, en suelos
sedimentarios finos
Sección transversal uniforme, alineación regular, sin guijarros ni vegetación, con suelos de arcilla
duros u horizontes endurecidos
Sección transversal uniforme, alineación regular, con pocos guijarros, escasa vegetación, en tierra
franca arcillosa
Pequeñas variaciones en la sección transversal, alineación bastante regular, pocas piedras, hierba
fina en las orillas, en suelos arenosos y arcillosos, y también en canales recién limpiados y
rastrillados
Alineación irregular, con ondulaciones en el fondo, en suelo de grava o esquistos arcillosos, con
orillas irregulares o vegetación
Sección transversal y alineación irregulares, rocas dispersas y grava suelta en el fondo, o con
considerable vegetación en los márgenes inclinados, o en un material de grava de hasta 150 mm
de diámetro
Canales irregulares erosionados, o canales abiertos en la roca
(b) Canales con vegetación
Gramíneas cortas (50-150 mm)
Gramíneas medias (150-250 mm)
Gramíneas largas (250-600 mm)
(c) Canales de corriente natural
Limpios y rectos
Sinuosos, con embalses y bajos
Con muchas hierbas altas, sinuosos
0,016
0,018
0,020
0,0225
0,025
0,030
0,030
0,030-0,060
0,030-0,085
0,040-0,150
0,025-0,030
0,033-0,040
0,075-0,150
Tabla 5. Coeficientes de rugosidad
En sentido estricto, el gradiente de la superficie del agua debería utilizarse en la fórmula de Manning; es
posible que no sea el mismo gradiente del lecho de la corriente cuando el agua está subiendo o bajando. Sin
embargo, no es fácil medir el nivel de la superficie con precisión por lo que se suele calcular una media del
gradiente del canal a partir de la diferencia de elevación entre varios conjuntos de puntos situados a 100
metros de distancia entre ellos.
65
Otra fórmula empírica sencilla para calcular la velocidad de la corriente es la fórmula de zanjas colectoras de
Elliot, que es la siguiente:
Donde:
V = es la velocidad media de la corriente en metros por segundo.
m = es el radio hidráulico en metros.
h = es la pendiente del canal en metros por kilómetro.
Esta fórmula parte del supuesto de un valor de n de Manning de 0,02 y, por consiguiente, sólo es adecuada
para caudales naturales de corriente libre con escasa rugosidad.
8.7 Radio Hidráulico6
Es un parámetro importante en el dimensionado de canales, tubos y otros componentes de las obras
hidráulicas, generalmente es representado por la letra R, y expresado en m es la relación entre:
El área mojada (A, en m²).
El perímetro mojado (P, en m).
Es decir:
Las expresiones que permiten su cálculo son función de la forma geométrica de la sección transversal del canal.
8.7.1 Canales de sección rectangular
Donde: L = ancho de la base del canal (en m).
Área mojada:
Perímetro mojado:
6
Tema extraído de Wikipedia – La enciclopedia libre
66
8.7.2 Canales de sección triangular
Donde:
siendo: (α) el ángulo del talud con la vertical.
Área mojada:
Perímetro mojado:
8.7.3 Canales de sección trapezoidal
Área mojada:
Perímetro mojado:
8.7.4 Canales de sección circular
Donde: r = radio de la sección circular (en m); la sección mojada limitada por la cuerda c, que sostiene el ángulo
al centro Φ medido en grados sexagesimales.
Área mojada:
Perímetro mojado:
En el caso particular de las circulares trabajando con sección plena, es decir en presión, el radio hidráulico es:
8.7.5 Canales de secciones especiales
Se han usado en el pasado y se siguen usando, especialmente para canalizaciones de aguas servidas, o
canalizaciones mixtas de aguas servidas y aguas de lluvia, donde la variación de caudales en el tiempo puede
ser considerable, secciones especiales o compuestas. En estos casos la determinación de los parámetros A, P y
R se realiza caso por caso en función de la geometría de la sección. El radio hidráulico de un canal o ducto,
generalmente representado por la letra R y expresado en m, es la relación entre:
67
El área mojada (A, en m²); y,
El perímetro mojado (P, en m)
Su determinación es función de la forma geométrica del canal.
8.7.6 Canales de sección irregular
Es el caso general para los canales naturales, pero existen también canales construidos con secciones
geométricas definidas, y que en el transcurso del tiempo, por efecto de la erosión, se han transformado en
irregulares y deben ser tratados como tales para obtener resultados de análisis correctos.
En estos casos se determina, durante visitas de campo, los tramos que se pueden considerar homogéneos con
buena aproximación. Después del levantamiento topográfico y batimétrico de la sección, se divide la misma en
fajas verticales. Para cada faja vertical "i" se determina Ai, considerándolo un triángulo, o un trapecio; y como
Pi, se considera el respectivo tramo de fondo. De esta forma el cálculo del área mojada y del perímetro mojado
se hace con las expresiones:
8.7.7 Capacidad del cauce.
La capacidad del cauce se determina multiplicando el área mojada por la velocidad media de la corriente que
se obtuvo con la fórmula de Manning.
68
9. Bibliografía
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Elaboró
Departamento de Análisis Espacial
Subdirección de Edición Digital
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Dirección General Adjunta de Integración de Información Geoespacial
Dirección General de Geografía y Medio Ambiente
Instituto Nacional de Estadística y Geografía
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