INFORME CARACTERIZACIONCUENCA DEL RIO COPOMA

David Eduardo Castillo Gutierrez1, Jhon Emerson Munoz Cardoso2

1Estudiante Ingenierıa Mecanica, 2Estudiante Ingenierıa Mecanica

Universidad Nacional de Colombia, Bogota, Colombia.1daecastillogu@unal.edu.co 2jemunozca@unal.edu.co

24 de noviembre de 2014

Indice general

1. Introduccion 2

2. Area y perımetro de la cuenca 32.1. Calculo del area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.2. Calculo del perımetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3. Forma 63.1. Factor forma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63.2. Razon de elongacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63.3. Coeficiente de redondez . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63.4. Amplitud de microcuenca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.5. Coeficiente de Compacidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.6. Pendiente media de la cuenca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.7. Indice de alargamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.8. Indice asimetrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.9. Densidad de drenaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83.10. Tiempo de concentracion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

4. Caudal 94.1. Valores de lluvia en promedio mensual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94.2. Caudales mensuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

5. Clasificacion climatica de la cuenca 125.1. Balance hıdrico de largo plazo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

5.1.1. Almacenaje de agua util . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125.1.2. Variacion de almacenamiento de agua util . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125.1.3. Evapotranspiraion real . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

5.2. Modelo climatico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145.2.1. Indice de Aridez . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145.2.2. Indice de Humedad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145.2.3. Factor de Humedad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145.2.4. Eficiencia Termal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155.2.5. Coeficiente de concentracion estival . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

6. Conclusiones 16

7. Bibliografia 17

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Capıtulo 1

Introduccion

La caracterizacion de las cuencas hidrograficas es un elemento de gran importancia puesto que per-mite determinar la forma y el comportamiento de dichas zonas ante fenomenos climaticos. Por medio delpresente trabajo se presenta la caracterizacion del Rio Copoma ubicado en el litoral del San Juan, en eldepartamento del Choco una zona con temperaturas maximas en el mes de Noviembre de 31◦C y mınimasde 19◦C para un total de temperatura promedio de 25◦C, velocidades del viento de 10km/h, similares alas de la region del Rio Bogota, 8km/h, pero muy inferiores a la de la region del Rio Amazonas, 25km/h. [1]

Para el desarrollo de todo el trabajo lo primero que se realizo fue calcar el cauce principal del rio consus afluentes, del mapa original, en papel pergamino, de tal forma que se pudiera obtener la cuenca delrio, y poder hacer la caracterizacion completa de esta.

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Capıtulo 2

Area y perımetro de la cuenca

Para la obtencion del area de la cuenca se realizo el calco de la misma en una hoja milimetrada, enesta se trazaron diferentes figuras geometricas para obtener una composicion de la cuenca por medio deestas secciones y calcular el area sumando las areas de todas las figuras presentes como se observa en lafigura 2.1 y tablas 2.1 y 2.2.

2.1. Calculo del area

Figura 2.1: Area de los polıgonos presentes

3

Figura 2.2: Area de los polıgonos presentes

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Seccion Area cm2/Km2 Seccion Area cm2/Km2

1 0,840 15 2,1802 17,640 16 3,0603 0,990 17 0,9904 1,380 18 0,5505 6,160 19 12,9806 105,850 20 3,0457 4,830 21 1,6808 0,870 22 5,1159 11,025 23 19,53010 0,150 24 2,21011 0,920 25 0,38012 0,360 26 0,48013 92,040 27 4,16014 47,720

Tabla 2.1: Area por secciones de los polıgonos

Variable cm2 / Km2 m2

Area de la cuenca 347,135 347135000

Tabla 2.2: Area total calculada de la cuenca

Ası pues para la cuenca del rio Copoma se obtuvo el valor para el area de:

Areacuenca = 347, 135Km2

2.2. Calculo del perımetro

El perımetro de la cuenca se obtuvo midiendo por medio de hilo. Se pego el hilo alrededor de todoel perımetro de la cuenca, y una vez se terminaba de hacer esto, se despegaba el hilo y se media con laayuda de un metro o una regla, obteniendo de esta forma el valor del perımetro para la cuenca.

En este orden de ideas para la cuenca del rio Copoma se obtuvo un perımetro de:

Pcuenca = 90, 09Km (2.2.1)

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Capıtulo 3

Forma

Para el calculo de la forma de la cuenca del rio se realizo el siguiente prodecimiento:

3.1. Factor forma

De acuerdo a la ecuacion 3.1.1 para encontrar el factor forma, donde se tiene conocido del capıtuloanterior el area de la cuenca denotada por A, y la longitud axial denotada por La:

Ff =A

La2(3.1.1)

Se encuentra el factor de forma Ff = 0, 085, ahora evaluando la elongacion de la microcuencia dedrenaje se tiene que Ff < 0, 8 lo que corresponde a una MICROCUENCA OVALADA.

3.2. Razon de elongacion

Se tiene la ecuacion 3.2.1, donde D = 2√

Aπ , esta ecuacion relaciona el dıametro de un cırculo de area

A de la microcuenca y la longitud La de la microcuenca (calculadas en el capıtulo 2)

Re =D

La(3.2.1)

Se encuentra el factor intermedio D = 21, 023, con el cual es posible encontrar la razon de elongaciondando como resultado Re = 0, 330, con el cual de acuerdo al criterio de razon de elongacion se puedeobservar Re < 1 lo que indica que es una MICROCUENCA ALARGADA.

3.3. Coeficiente de redondez

Este coeficiente relaciona la longitud de la microcuenca con el area de la misma, esta se muestra enla ecuacion 3.3.1:

K =La2

4A(3.3.1)

Donde se encuentra un valor de K = 2, 931 el cual indica que es una cuenca SEMIRREDONDA.

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3.4. Amplitud de microcuenca

Este factor permite conoce la escorrentıa superficial y en que grado se concentran las lluvias endeterminado punto de la microcuenca, para ello se tiene la ecuacion 3.4.1

W =A

La(3.4.1)

De donde se encuentra un valor de W = 5, 441, de acuerdo a los criterios se tiene W > 1 lo cual indicaque se tiene un TIEMPO DE CONCENTRACION DE ESCORRENTIA NORMAL A LENTO.

3.5. Coeficiente de Compacidad

Este factor compara el perımetro de la microcuenca con la longitud o perımetro asociado a un cırculode la misma area que la microcuenca. Donde D corresponde a la ecuacion 3.2.1 y P corresponde al datomostrado en la ecuacion 2.2.1, la ecuacion 3.5.1 que se muestra a continuacion se utilizara para el calculo.

C =P

D(3.5.1)

Se encuentra como resultado C = 4, 285. De acuerdo a los criterios de coeficiente de compacidad se tie-ne la condicion C > 1 dando como resultado una MICROCUENCA SEMICOMPACTA RECTANGULO-OBLONGA.

3.6. Pendiente media de la cuenca

Es uno de los calculos mas importantes en el desarrollo de un estudio hidrografico. La pendiente mediacontrola la velocidad con que se dara la escorrentıa superficial en dicha cuenca. [2] Se calcula mediante laecuacion 3.6.1 donde N es el numero de cortes de nivel en la cuadricula, h es el intervalo entre cuencas,L la longitud de la malla dentro de la cuenca y E el modulo escalar.

Pm = (N ∗ hL ∗ E

) ∗ 100 (3.6.1)

Al realizar el calculo se obtiene una pendiente media Pm = 0, 007 lo que corresponde a una pendientesuave.

3.7. Indice de alargamiento

Este indice relaciona la longitud maxima de la cuenca, medida en el sentido del rıo principal y el anchomaximo de la misma medido perpendicularmente.

Ia =L

l(3.7.1)

Se encuentra el indice de alargamiento como Ia = 4, 197 que corresponde a una cuenca muy alargada.

3.8. Indice asimetrico

Relaciona el area de la vertiente mayor Av1 y el area de la vertiente menor Av2.

Ad =Av1Av2

(3.8.1)

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3.9. Densidad de drenaje

Indica la relacion que existe entre la longitud acumulada de todas las corrientes y el area de lamicrocuenca denotadas LD y A respectivamente. Se tiene la ecuacion 3.9.1 que se muestra a continuacion:

DD =LDA

(3.9.1)

En este caso se encuentra que LD = 1449, 4 con lo cual se obtiene el resultado DD = 4, 175 comparandocon las condiciones se tiene que DD > 3, 0[ KmKm2 ], se obtiene una densidad de drenaje ALTA.

3.10. Tiempo de concentracion

Se entiende como el tiempo que tarda una lamina de agua en recorrer el espacio entre el divorcio desus aguas y el sitio de desembocadura. Este se obtiene por la expresion de Thames (1976) Ec. 3.10.1 dela siguiente forma:

TC =La1,15

15H0,38C

(3.10.1)

Se encuentra como resultado TC = 3, 954[Horas]

Mediante la expresion de Kirpich Ec. 3.10.2

TCk = 4(L√S

)0,77 (3.10.2)

Se obtiene un resultado de TC = 653, 158[minutos] es decir, TC = 10, 886[Horas]

Mediante la expresion de California Ec. 3.10.3

TCc = 0, 0195(L3

H)0,38577 (3.10.3)

Se obtiene un resultado de TC = 672, 373[minutos] es decir, TC = 11, 206[Horas]

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Capıtulo 4

Caudal

El caudal, no se puede medir directamente, para encontrar el valor de esta unidad se realiza el siguienteprocedimiento:

1. Encontrar los valores de la lluvia promedio mensual para la cuenca en mm/mes

2. Por medio de la ecuacion 4.0.1 que se muestra a continuacion se encontrara el caudal de cada mesen[mms

]Q = P ∗A ∗ E (4.0.1)

En este caso el valor de E denotado tiene el valor de 0, 7 para fines practicos de calculo.

4.1. Valores de lluvia en promedio mensual

Para encontrar los valores de promedio de lluvia mensual se acudio al Atlas climatologico nacional,con el cual se encontraron los siguientes datos, los cuales corresponden a la estacion de San Jose delPalmar que es la que se encuentra ubicada mas cerca de la cuenca, se muestran los resultados en la figura4.1

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Figura 4.1: Precipitacion mensual - San Jose del Palmar - Choco / Atlas Climatologico Nacional

De los datos que se tienen en esta curva se necesita realizar la siguiente conversion mostrada en laecuacion 4.1.1 dado que se presentan en unidades de [mm/mes]:

Precipitacion[mm

mes

]∗( mes

Ndıas

)∗(

1dıa

24horas

)∗(

1hora

3600seg

)= Precipitacion

[mm

s

](4.1.1)

4.2. Caudales mensuales

A partir de las conversiones se utilizara la ecuacion 4.0.1 obteniendo la siguiente tabla:

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Mes Prec. (mmmes ) dıas mes Prec. (mms ) Prec. (ms ) Caudal (m3

s )Enero 300 31 0,00011 1,1201E-7 27,22

Febrero 290 28 0,00012 1,19871E-7 29,13Marzo 240 31 0,00009 8,9606E-8 21,77Abril 280 30 0,00011 1,0802E-7 26,25Mayo 370 31 0,00014 1,3814E-7 33,57Junio 220 30 0,00008 8,4877E-8 20,62Julio 190 31 0,00007 7,0938E-8 17,24

Agosto 240 31 0,00009 8,9606E-8 21,77Septiembre 220 30 0,00008 8,4877E-8 20,62

Octubre 450 31 0,00017 1,6801E-7 40,83Noviembre 500 30 0,00019 1,929E-7 46,87Diciembre 370 31 0,00014 1,3814E-7 33,57

Tabla 4.1: Resultados de caudales mensuales para el rıo copoma

Donde se obtienen los caudales mes a mes para el rıo copoma.

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Capıtulo 5

Clasificacion climatica de la cuenca

Para realizar la clasificacion climatica de la cuenca es necesario hacer un balance hıdrico de largo plazo,con el cual se puede contabilizar las ganancias de agua por lluvia o riego y las perdidas por evaporacion,escorrentıa, drenaje profundo y la variacion del almacenamiento de aguas en el suelo. Conocer el balancehıdrico de un area permite determinar, la disponibilidad del recurso hıdrico y la magnitud macroclimaticade los perıodos con exceso o deficit de agua en una unidad de trabajo sometida a estudios agroclimaticose hidroclimatico. [3]

5.1. Balance hıdrico de largo plazo

Para el desarrollo del balance hıdrico se utilizo el metodo de Thornthwaite, con los datos de pre-cipitacion y temperatura correspondientes a la estacion de San Jose del Palmar. Siguiendo el siguienteprocedimiento.

5.1.1. Almacenaje de agua util

El almacenaje de agua util se calcula como la diferencia entre el agua disponible y la evapotranspiracionpotencial, donde el agua disponible es la suma del almacenaje del mes anterior mas la precipitacion delmes en cuestion Adisp = Ai−1 + P .

A = Adisp − ETP (5.1.1)

5.1.2. Variacion de almacenamiento de agua util

Se calcula como la diferencia entre el almacenamiento de agua util del mes en cuestion y el mesanterior.

∆A = Ai −Ai−1 (5.1.2)

5.1.3. Evapotranspiraion real

Para el calculo de la evapotranspiracion real es necesario evaluar:

SiP > ETP −− > Er = ETP (5.1.3)

SiP < ETP −− > Er = P + ∆A (5.1.4)

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Los resultados para estas variables ası como para el exceso y el deficit de agua y otros datos importantespara el balance hıdrico se presentan en la siguiente tabla:

Figura 5.1: Balance Hıdrico

Tambien se presenta la grafica de precipitacion mes a mes, ası como los excesos hıdricos graficamente,a lo largo de todo el ano, para la estacion de San Jose del Palmar.

Figura 5.2: Precipitacion

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Figura 5.3: Exceso Hıdrico

5.2. Modelo climatico

Para el modelo climatico se siguio el siguiente procedimiento.

5.2.1. Indice de Aridez

Se calcula como la relacion entre el deficit de agua y la evapotranspiracion potencial.

Ia = (D

ETP) ∗ 100 (5.2.1)

Para el caso de la cuenca en estudio se obtuvo un indice de aridez de 0 lo que significa que el deficitde agua es poco o nada (r)

5.2.2. Indice de Humedad

Se calcula como la relacion entre el exceso de agua y la evapotranspiracion potencial.

Ih = (E

ETP) ∗ 100 (5.2.2)

Para el caso de la cuenca en estudio se obtuvo un indice de humedad de 257, 7 lo que significa que elsuperavit de agua es grande en verano (S′2) y grande en invierno (W ′2).

5.2.3. Factor de Humedad

Se calcula con la ecuacion:

Fh = Ih− 0, 6 ∗ Ia (5.2.3)

Para el caso de la cuenca en estudio se obtuvo un factor de humedad de 257, 7 lo que significa que elclima es superhumedo (A).

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5.2.4. Eficiencia Termal

De acuerdo a los calculos realizados para el balance hıdrico se tiene una eficiencia termal anual de 888lo que significa que el clima es mesotermal (B′3).

5.2.5. Coeficiente de concentracion estival

Se calcula con la ecuacion:

CE = (Et

ETP) ∗ 100 (5.2.4)

Para el caso de la cuenca en estudio se obtuvo un coeficiente de concentracion estival de 97, 9 lo quedefine la cuarta letra como d’.

En la siguiente tabla se presentan los resultados resumidos de esta seccion:

Figura 5.4: Modelo Climatico

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Capıtulo 6

Conclusiones

Por las caracterısticas morfologicas de la cuenca se cuenta con clima de alta humedad y bastanteprecipitacion durante todo el ano. Los resultados de precipitacion se pueden aproximar con los que seobtienen de la estacion meteorologica de San Jose del Palmar debido a que el comportamiento climaticode la region del sur Choco es muy similar en toda su extension.

La region del litoral del San Juan donde se encuentra ubicado el corregimiento de Copoma se encuentrarodeada de manglares, arbustos, etc. lo cual hace del aprovechamiento forestal una de las principalesactividades economicas que se pueden desarrollar dentro de la cuenca adicional a esto la poblacion tambiense dedica a la pesca y actividades agrıcolas las cuales se vuelven fuente de abastecimiento para la zona.Otro de los usos principales que se pueden dar de acuerdo a la caracterıstica del rıo es el transporte fluvialpara la comunicacion de los corregimientos, teniendo en cuenta que no hay accesos ni aereos, ni terrestres.

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Capıtulo 7

Bibliografia

[1] Rıo Copoma. Consultado:16 de noviembre de 2014 Disponible en internet:es.getamap.net/mapas/colombia/choco/copomario/

[2] Como calcular la pendiente media de una cuenca hidrografica. Consultado: 17 de Noviembre de2014. Disponible en internet: http://ingenieriacivil.tutorialesaldia.com/como-calcular-la-pendiente-media-de-una-cuenca-hidrografica/

[3] Guıa Clasificacion climatica por el metodo de Thornthwaite.

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