TALLER GEOMORFOLOGÍA SUB-CUENCA LA FÉ
PRESENTADO POR:
KEVIN ROJAS
OSCAR RODRÍGUEZ
SEBASTIÁN LLANOS
PRESENTADO A:
SHIRLEY VIVIANA GIRALDO DUQUE
HIDROLOGÍA
POLITECNICO COLOMBIANO JAIME ISAZA CADAVID
RIONEGRO
OCTUBRE 2023
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Geomorfología sub cuenca la Fé, Monografías, Ensayos de Hidrología
características geomorfológicas de la subcuenca la fe ubicada en el oriente antioqueño
Tipo: Monografías, Ensayos
2022/2023
1 / 28
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TALLER GEOMORFOLOGÍA SUB-CUENCA LA FÉ
PRESENTADO POR:
KEVIN ROJAS
OSCAR RODRÍGUEZ
SEBASTIÁN LLANOS
PRESENTADO A:
SHIRLEY VIVIANA GIRALDO DUQUE
HIDROLOGÍA
POLITECNICO COLOMBIANO JAIME ISAZA CADAVID
RIONEGRO
OCTUBRE 2023
INTRODUCCIÓN
Las cuencas hidrográficas son elementos fundamentales en la gestión sostenible de los recursos hídricos y la preservación de los ecosistemas acuáticos. Estas regiones geográficas delimitadas, donde las aguas de una cuenca fluvial se concentran y fluyen hacia un punto de desagüe común, desempeñan un papel crucial en el ciclo hidrológico, la biodiversidad y el bienestar de las comunidades que dependen de ellas. La sub-cuenca La Fé, ubicada en el oriente antioqueño, no es una excepción. Este documento se enfoca en explorar en detalle la geomorfología y los parámetros que caracterizan la sub- cuenca La Fé, en la cual, se enfocan diferentes aspectos de la geología, la climatología, la hidrología, la ecología, la geografía y la planificación, buscando un panorama integral del área que comprende la sub-cuenca mencionada. La geomorfología proporciona la base para comprender la forma y evolución del paisaje en la sub-cuenca, la geología subyacente, la topografía, el clima y la hidrología interactúan para dar forma al relieve, influir en la dinámica del agua y crear un ambiente propicio para la vida silvestre. Además, la relación entre la geomorfología y la preservación de la calidad del agua es un aspecto crucial para garantizar la disponibilidad de recursos hídricos limpios en la sub-cuenca La Fé. El estudio de la geomorfología de la sub-cuenca La Fé no solo proporcionará información valiosa para comprender su recurso hídrico. Sino que también aportará datos relevantes, como la altura promedio de la sub- cuenca, sus diferentes pendientes, la gran variedad de coberturas presentes en ella, la longitud de sus cauces, su forma y su red de drenaje.
• Parámetros de relieve: pendiente media de la cuenca, Altura promedio de la cuenca, Curva hipsométrica,
elevación mediana, Histograma de frecuencias altimétricas. Geomorfometría de cuencas Parámetros de la forma de la cuenca Clasificación Coeficiente de compacidad o índice de Gravelius (Kc): 100,00% 90,00% 80,00% 70,00% 60,00% 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% 0,00%
- Área (A) km2 77, Parámetros Unidades Valor
- Perímetro km 49,
- Altura promedio m.s.n.m 2497,
- Pendiente promedio de la cuenca % 14,
- Longitud del cauce principal (Lcp): km 19,
- Pendiente promedio del cauce principal m/m 0,
- Pendiente promedio del cauce principal % 2,
- Longitud máxima del cauce (Lm): km 19,
- Longitud de la cuenca (Lc) km 10,
- Ancho de la cuenca (W): km 3,
- rectangular oblonga 1, Oval oblonga a
- Factor de forma (Kf) Amplia 0,
- Altura mediana (50% de los datos) m.s.n.m Parámetros Unidades valor
- Altura de mayor frecuencia m.s.n.m - 2100, - 2115, - 2130, - 2145, - 2160, - 2175, - 2190, - 2205, - 2220, - 2235, - 2250, - 2265, - 2280, - 2295, - 2310, - 2325, - 2340, - 2355, - 2370, - 2385, - 2400, - 2415, - 2430, - 2445, - 2460, - 2475, - 2490, - 2505, - 2520, - 2535,00 2550, - 2565, - 2580, - 2595, - 2610, - 2625, - 2640, - 2655, - 2670, - 2685, - 2700, - 2715, - 2730, - 2745, - 2760,
- Resaltar la red de drenaje y definir su orden. Determinar la densidad de drenaje. Geomorfometría de cuencas Parámetros Unidades Valor Densidad de drenaje (Dd) km/km2 0, RED DE DRENAJE RED DE DRENAJE PRINCIPAL
- Tiempo de concentración. Determine el tiempo de concentración en la cuenca utilizando las expresiones de Kirpich, Témez, Giandiotti, Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos, SCS Ranser y Ven Te Chow. 0,00% 2,00% 4,00% 6,00% 8,00% 10,00% 12,00% 14,00% 16,00% 18,00% 20,00%
Histograma de frecuencias altimétricas
La ecuación de Kirpich al igual que la de Telmez calculan el tiempo de concentración en horas:
- longitud del cauce principal
- la pendiente máxima mínima (Kirpich metro a metro y Telmez en porcentaje). Se recomiendan los menores tiempos de concentración y se tienen en cuenta más las precipitaciones de alta intensidad Cómo resultado arroja menores tiempos de concentración en rangos de valores similares. La de Giandiotti toma:
- El área
- Long. Cauce principal
- La pendiente. Al usar el área se tiene en cuenta más todo el espacio para tener en cuenta que se aporta al cauce.
- Identificar las coberturas de las cuencas y sus porcentajes asociados. Código Cobertura Nivel 2 (N2) Área_Ha Nombre cobertura Nivel 2 (N2) Porcentaje (^1) 1240,321 Territorios artificializados 16,04% (^11) 1127,323 Zonas urbanizadas 14,58% 12 76, Zonas industriales o comerciales y redes de comunicación 0,99% 13 1,332 Zona de extracción minera y escombreras 0,02% 14 35,129 Zonas verdes artificializadas, no agrícolas 0,45% (^2) 2919,867 Cultivos transitorios 37,75% (^21) 48,223 Cultivos transitorios 0,62% (^22) 222,747 Cultivos permanentes 2,88% (^23) 2533,537 Pastos 32,76% (^24) 115,36 Áreas agrícolas heterogéneas 1,49% (^3) 3463,049 Bosques y áreas seminaturales 44,78% (^31) 2483,824 Bosques 32,12% 32 967, Áreas con vegetación herbácea y/o arbustiva 12,51% 33 11,465 Áreas abiertas, sin o con poca vegetación 0,15% (^4) 4,175 Áreas húmedas 0,05% (^41) 4,175 Áreas húmedas continentales 0,05% (^5) 106,473 Superficies de agua 1,38% (^51) 106,473 Aguas continentales 1,38% TOTAL (^) 7733,885 100,00%
- ¿Qué influencias puede tener las diferentes coberturas dentro del comportamiento hidrológico de la cuenca? En el caso del primer nivel que comprende los territorios artificializados en donde el terreno sufre un proceso gradual de urbanización o de cambio de suelo se puede observar que la mayor parte de estos territorios están comprendidos por zonas urbanizadas, ya sean edificaciones, carreteras o áreas verdes urbanas, estas generan que el suelo sea impermeable, evitando así la filtración del agua que se precipita, debilitando el subsuelo y los niveles de agua subterránea en la zona. Para el segundo nivel en relación a los cultivos transitorios, son las zonas en los cuales se dedican a la producción de alimentos, fibras y otras materias primas industriales; la mayor parte de la cobertura de este nivel la componen los pastos que son las tierras cubiertas con hierba densa de composición florística dedicadas al pastoreo, la presencia de esta capa por lo general es por acción antrópica; debido a que esta cobertura es tratada por acción del hombre para la ganadería, genera un gran impacto en el recurso hídrico, debido a la
Para obtener la distribución espacial de la precipitación en la región, se interpolaron los datos de precipitación promedio anual multianual de las estaciones presentadas. Se realizaron varias interpolaciones con los métodos del Inverso de la distancia al cuadrado (IDW), el de Natural Neighbor y Krigging Ordinario. En este último caso no se realizó el Krigging con deriva externa, ya que no se dispone de información suficiente para esto, entendiendo que la deriva debe contener información que relacione de alguna manera la variable a interpolar con otra variable externa. De los tres métodos empleados, el que presenta mejores resultados de acuerdo a los diferentes estudios que se han realizado en la zona es el del Natural Neighbor. El mapa de precipitación para la cuenca, extraído del mapa de precipitación para la región, se muestra en la Figura 28 Como puede observarse las zonas con mayor precipitación ocurren en la parte sureste de la cuenca, en el municipio de El Santuario, con valores de 3600 mm/año. Las zonas con menor cantidad de lluvia se encuentran en la zona del municipio de Guarne y hacia el centro, en el municipio de Río Negro con valores de 1800 a 2000 mm/año. A partir de los datos de precipitación acumulada mensual en las mismas estaciones utilizadas para el análisis anual, se obtuvieron los mapas de precipitación mensual promedio multianual (Ver Figura 29). La zona Sureste de la cuenca siempre presenta los mayores valores de precipitación, con máximos de 396 mm en mayo y en octubre con 402 mm. El menor valor en esta zona se presenta en enero con 161 mm. La zona Centro y Noroeste presenta a lo largo del año, los valores más bajos de precipitación dentro de la cuenca, con máximos de 225 mm en mayo y 216 mm en octubre y los mínimos en el trimestre diciembre, enero y febrero con precipitaciones por debajo de los 90 mm. Analizando la figura 28 isoyetas anuales en la cuenca, se puede observar que en la cuenca específica represa la fé se presentaron diferentes niveles de precipitación anual, hacia el norte se presentó un promedio entre 2.401 – 2.600 mm, entre norte y centro de 2.201 – 2.400 mm y de centro a sur, este y oeste se evidencia un poco más la disminución en las precipitaciones entre 2.001 – 2.200 mm anuales. Se evaluó la precipitación y temperatura media anual, para esto se utilizó un ráster de isoyetas e isotermas respectivamente; este ráster se reclasificó en 5 niveles (Tabla 400) y después se llevó a representación gráfica como polígono.
Tratamiento de datos climáticos: homogenización y relleno de series de precipitación y temperatura De la revisión de información secundaria realizada en la fase de aprestamiento se concluyó que la Corporación dispone de una caracterización hidroclimática de la región consolidada hasta el año 2009, construida a partir de estudios realizados por la Universidad Nacional de Colombia, sede de Medellín, y consultores particulares. En la fase de aprestamiento y para la continuidad del diagnóstico, se consolida la información obtenida del IDEAM, EPM y CORNARE con series de variables hidroclimatológicas, hasta el año 2014. Los datos originales de las series recibidas se encuentran en la base de datos DATOS_CLIMA_ORI.accdb y BD_Clima_TRATADOS.mdb. Metodología aplicada A partir de las series diarias de datos existentes, cuyos datos originales se pueden consultar en la base de datos BD_Clima_TRATADOS.mdb del Anexo 10. Clima, se realizó un análisis visual del régimen de precipitación histórica, seleccionando aquellas estaciones más fiables y de mayor longitud de registro. Este análisis visual se realizó en dos sentidos: por un lado, se estudió la evolución temporal a nivel mensual de estaciones cercanas (y que por tanto deberían tener una evolución similar) a fin de detectar los valores que puedan existir fuera de rango como podemos ver en la Figura 24; por otro lado, se analizó la evolución estacional (ver Figura 25) en la que se observa el promedio mensual de toda la serie disponible de las estaciones disponibles a fin de ver la coherencia entre ellas. Se extrajeron los datos anómalos de las series detectando aquellos valores que excedían considerablemente los rangos habituales presentados en las distintas estaciones. Análisis de la información de temperatura Se recopilaron las series de temperatura de un total de 27 estaciones climáticas. La mayor parte de las estaciones se encuentra ubicada en las divisorias de las cuencas en ordenación y cuencas adyacentes de los Ríos Cauca, Medellín, Nus, Guatapé y Magdalena. En la Figura 26 se localizan geográficamente las 27 estaciones disponibles para el presente estudio distinguiendo cuáles fueron finalmente seleccionadas para la caracterización climática. En la figura se muestran
además de la cuenca del Río Negro, otras cuencas de jurisdicción de CORNARE ya que, como se mencionó anteriormente, el análisis climático se realizó de manera regional. Estas 27 estaciones se clasificaron según la existencia de sus datos mensuales de temperatura (ver numeral 2 Anexo 10. Clima). Se considera un año completo cuando cuenta con todos los registros mensuales del mismo, incompleto cuando falta alguno de ellos y vacío cuando carece de todos. En el numeral 2 del Anexo 10. Clima se recoge el registro mensual de la serie de temperatura histórica de las estaciones citadas, con los datos originales. Como se puede deducir de la Figura 26 donde se muestra la localización geográfica de dichas estaciones, el número disponible es muy escaso. La mayor parte de la información se concentra en las divisorias y zonas aledañas a las cuencas objeto de ordenación, mientras que, en el interior de éstas, únicamente se cuenta con una o ninguna estación climática. Del conjunto de las series de temperatura existentes, 5 de ellas disponen de un registro más o menos continuo a lo largo del período 1975-2014 y un número considerable de años completos (más de 20). Es el caso de la estación 2308504- La Selva, ubicada en la cuenca del Río Negro y con 21 años completos, la estación 2701507- Apto Olaya Herrera, situada en la cuenca del Río Medellín y con 30 años completos, las estaciones 2308517- El Peñol y 2308505- Sta Rita emplazadas en el Embalse de El Peñol que disponen respectivamente de 29 y 32 años completos y finalmente, la estación 2617503- La Granja Nacional, situada en la cuenca del Río Cauca que cuenta con 27 años completos. El resto de las estaciones de la zona de estudio disponen de registros de poca longitud (como por ejemplo 2701521 - El Vivero, 2618501- La Pelada, y 2308523- Playas) ó un período largo de datos de más de 20 años, pero con un elevado número de lagunas, como es el caso de las estaciones 2302502- La Esperanza y la estación 2701519- Guayabito que con un período de datos que abarca prácticamente la totalidad del período de estudio (1975-2014) únicamente disponen de 4 y 2 años completos, respectivamente. Finalmente, cabe señalar la existencia de 3 estaciones que únicamente estuvieron en operación durante 1 o 2 años, como es el caso de las estaciones 2311502- Padilla, 2701516- La Clara y 2701527- Jardín Botánico. Como criterio general para la realización del estudio, se desestimaron estaciones con series poco representativas debido a que presentan información escasa. Concretamente se descartaron en este proceso las estaciones con menos de 10 años de registro, las estaciones con un porcentaje de lagunas mayor al 50 % y las estaciones cuyo período de registro es inferior a 1/3 del período de estudio y disponen de menos de 10 años completos. Este constituye un primer filtro de aceptación de estaciones. Tal y como se verá más adelante, en el proceso de análisis de consistencia, se realizó un segundo filtro en el que se descartaron las estaciones que se consideren poco fiables para realizar el cálculo de la temperatura atmosférica en las cuencas objeto de ordenación. Análisis de la información pluviométrica Se recopilaron las series pluviométricas de 128 estaciones climáticas pertenecientes al IDEAM y EPM (ver Tabla 55). A partir de dicha información se realizaron los tratamientos necesarios para su depuración y conversión a periodicidad mensual, la escala temporal que se empleará para la realización del estudio.
Figura 40. Evapotranspiración Potencial mensual en la cuenca. Fuente: Consorcio POMCAS Oriente Antioqueño, 2016. El mapa de evapotranspiración real para la cuenca se muestra en la Figura 41. La zona con mayor evapotranspiración real se ve condicionada como era de esperase por la zona donde se presentan los máximos de precipitación hacia el Centro y Este de la cuenca.
Curva Hipsométrica La curva hipsométrica es la representación gráfica de la variación altitudinal de una cuenca y se obtiene a partir de un plano topográfico, tomándose los valores en porcentaje del área que están por debajo de una determinada altura, que inicialmente será la del punto más bajo de la cuenca e irá aumentado de acuerdo con los valores de las cotas de la curva de nivel que encierre las franjas de terreno por ellas definidas y el punto de salida que generalmente el sitio más bajo de la cuenca. Ver Figura 95. En la Figura 95 se encuentra la distribución altitudinal del área entre cotas y el porcentaje que cada una representa en la cuenca, es decir, el histograma representa las áreas comprendidas en los distintos rangos de altura, y se observa que la mediana de altitud (Hm) para el 50% del área en la curva es de 2.265 msnm. Las fajas altitudinales nos muestran que las mayores áreas de la cuenca se encuentran entre las cotas 2.100 a 2.600 msnm, siendo la de mayor área entre la cota 2.100 y 2.200 msnm., con un área de 434,30 km2, el relieve medio de la cuenca muestra un terreno ondulado o valle con pendientes que van desde los 3-7 y 7-12% (ver Figura 94 y Figura 103), factor que incide en la climatología de la región. Al igual que la elevación media (H), ésta tiene importancia por la variación territorial y la variabilidad del escurrimiento o caudal específico. Pendiente media del cauce (Pm) La pendiente se calculó por el método de los valores extremos
Pendiente media de la cuenca (S) La variación de la inclinación de la superficie de la cuenca incide en la presencia de diversos fenómenos relacionados con el desplazamiento de capas de suelo de una cuenca ya sean de erosión o de sedimentación. Se estima con base en un plano topográfico que contenga curvas de nivel con igual desnivel entre ellas empleando algunos de los métodos propuestos por Alvord o Horton. Para la cuenca del Río Negro, según Alvord, tenemos: Pendiente media del cauce (Pm) La pendiente se calculó por el método de los valores extremos
Radiación Solar Para entender cómo funciona el brillo solar, se hablará primero de la radiación solar. La radiación solar es la energía emitida por el Sol, que se propaga en todas las direcciones a través del espacio mediante ondas electromagnéticas y se genera en las reacciones del hidrógeno en el núcleo del Sol por fusión nuclear y es emitida por la superficie solar. Esa energía es el motor que determina la dinámica de los procesos atmosféricos y el clima. Medir la radiación solar es importante para un amplio rango de aplicaciones, en las áreas de ingeniería, arquitectura, agricultura, ganadería, salud humana y meteorología, dentro de las cuales se destacan: su empleo como fuente alternativa de energía en la generación de electricidad y en el diseño y uso de sistemas de calentamiento de agua, el diseño de edificios e infraestructura, el monitoreo del crecimiento de plantas, la deshidratación de alimentos, implicaciones en la salud, el análisis de la evaporación e irrigación, su importante rol en los modelos de calidad del aire y de predicción del tiempo y el clima y muchas otras aplicaciones y usos que emplean la radiación solar como una de sus fuentes de energía. El Sol emite energía en forma de radiación de onda corta. Después de pasar por la atmósfera, donde sufre un proceso de debilitamiento por la difusión, reflexión en las nubes y de absorción por las moléculas de gases (como el ozono y el vapor de agua) y por partículas en suspensión, la radiación solar alcanza la superficie terrestre oceánica y continental que la refleja o la absorbe. La cantidad de radiación absorbida por la superficie es devuelta en dirección al espacio exterior en forma de radiación de onda larga, con lo cual se transmite calor a la atmósfera. Figura 1. Energía radiada por el Sol y la tierra En la Figura 2, el área amarilla representa la solución ideal de la Ley de Plank de la radiación solar que llega al tope de la atmósfera, donde el punto más alto de la curva representa la longitud de onda con la mayor energía espectral (0,5mm, equivalente a 500nm) de acuerdo con la Ley de Wien y el área bajo la curva representa la cantidad total de energía recibida (1367 W/m2). Finalmente, el área roja constituye el espectro de la radiación solar a nivel marino para condiciones de cielo claro, después de la absorción atmosférica debida a diferentes gases.