TÍTULO CARACTERIZACIÓN DE LOS PARÁMETROS MORFOMÉTRICOS DE LAS CUENCAS DE LA DEMARCACIÓN HIDROGRÁFICA DE MANABÍ, ECUADOR MORPHOMETRIC CHARACTERIZATION PARAMETERS OF RIVER BASIN OF MANABÍ, ECUADOR DATOS DE LOS AUTORES 1. Campos A. F.1 2. Sinichenko E. K.2 3. Gritsuk I. I.3
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Ing. Civil, Master of Science en Ingeniería, Mgs. Administración Ambiental, T. Naturopatia, Aspirante al título de Doctor en Filosofía (Ph. D.) en la Universidad de la Amistad de los Pueblos de Rusia. Publicaciones: La Universidad Laica Eloy Alfaro de Manabí frente a los problemas ambientales de la región; Apoyo a la producción agropecuaria sostenible, Guías metodológicas para prácticas de laboratorio de Hidráulica; Disponibilidad de los recursos hídricos en el Ecuador; Calidad sanitaria del tomate cultivado con aguas Residuales de la planta de tratamiento de Portoviejo 2 Ph. D. en Hidrología, Docente Investigador de la Universidad de la Amistad de los Pueblos de Rusia. Publicaciones: Pronóstico de los cambios del régimen hídrico en el área rural moscovita; Extrapolaciones de la curva caudales – niveles Q=f(H), Research of some deformed characteristics of concrete saturated with oil products under short-term load; Pronóstico de los cambios del régimen hídrico en la cuenca alta del río Volga; Metodología para la estimación de caudales catastróficos, в 32 publicaciones más. 3 Ph. D. en Hidrología, Docente Investigador de la Universidad de la Amistad de los Pueblos de Rusia. Publicaciones: Movimiento de sedimentos en territorios urbanos, The especial hydraulic conditions of sediment transport at urban territories are under cold climate (snow-sediment mixture, ice, frazil etc.), Investigaciones in-situ sobre la dinámica de los ríos aguas abajo de las represas, Influence exerted on the water medium by spreading gravel for supports during construction of offshore gas pipelines, y 37 publicaciones más.
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RESUMEN En este artículo se hace un análisis de varios de los métodos hasta ahora desarrollados para caracterizar las redes de drenaje de las cuencas hidrográficas, indicándose sus propiedades más relevantes. Por otro lado, se presenta un extracto de ciertas leyes sobre las cuales se fundamente la morfometría de las cuencas hidrográficas para caracterizar el potencial de drenaje de éstas. Finalmente, sobre la base del marco teórico planteado, se realiza la estimación de los índices de compacidad y la densidad fluvial de las cuencas de la Demarcación Hidrográfica de Manabí, como un insumo importante para el diseño de las obras hidráulicas de la provincia de Manabí y del Ecuador relacionadas con el manejo de las cuencas hidrográficas. PALABRAS CLAVES: HIDROLOGÍA, CUENCA DE DRENAJE, LEYES DE LAS CUENCAS, ÍNDICE DE COMPACIDAD, DENSIDAD FLUVIAL
SUMMARY This paper presents an analysis of several methods so far developed to characterize the drainage networks of watersheds, indicating their relevant properties. On the other hand, is elaborated an extract of certain laws, on which the watershed morphometry is based to characterize the drainage potential of watersheds. Finally, based on the proposed framework, is performed the estimation of compactness index and river density of Manabi watersheds, as important input to the design of hydraulic works in the province of Manabi and Ecuador related to the management of watersheds.
KEY WORDS: HYDROLOGY, DRAINAGE BASIN, BASIN LAWS, INDEX COMPACTNESS, RIVER DENSITY
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INTRODUCCIÓN El agua es el elemento sustentador de la vida en nuestro planeta. Si bien hasta ahora no se ha definido la cantidad exacta de este elemento, la UNESCO en 1978, sobre la base de datos generales, realizó ciertas aproximaciones, donde llegó a establecer que el volumen mundial del agua es de 1,400.00 millones de kilómetros cúbicos, de los cuales el 2.53% corresponden al agua dulce contenida en los ríos, pantanos, hielo polar, humedad del suelo, acuíferos, nieve, organismos vivos y en la atmósfera. Además, de estas estimaciones se desprendió que apenas el 0.0002% del volumen total, es el que se encuentra en forma de agua superficial. El agua superficial se origina básicamente por la precipitación de la lluvias a la superficie terrestre, de las cuales, parte se infiltra y da origen a las aguas subterráneas, y otra parte se moviliza en forma de flujos a gravedad de cotas altas a cotas bajas, acumulándose en esteros, quebradas y riachuelos para luego contribuir a la formación de los ríos, los cuales finalmente desembocan al mar.
Fig. 1. Cuenca hidrográfica Cada zona terrestre donde se produce el fenómeno de la acumulación del agua superficial para luego drenar o descargar, ya sea a otra corriente, lago o mar, se la denomina cuenca hidrográfica; y, la línea que limita a dicha cuenca hidrográfica, que es trazada por los puntos más altos de su geografía, se la conoce como divisoria, aunque ciertos autores la llama también parteagua (Figura 1). Siendo las cuencas hidrográficas células donde se concentra el agua para el desarrollo agrosocioeconómico y ambiental de los pueblos, es imperante el conocimiento de los procesos holísticos que en ellas se dan, para la conservación, distribución, regulación y optimización del recurso. 3
MÉTODOS DE CLASIFICACIÓN DE LAS REDES DE DRENAJE DE LAS CUENCAS HIDROGRÁFICAS. Las cuencas hidrográficas, según el destino final del flujo circulante de sus afluentes, se las divide en endorreicas y exorreicas. Las endorreicas son aquellas en las que el flujo de todos los afluentes descargan a un mismo punto geográfico, un ejemplo típico de este tipo de cuencas son los lagos naturales. Y, cuando drenan sus aguas ya sea a otro río o al mar, se las llama exorreicas. Las cuencas hidrográficas han sido objeto de estudio desde tiempos remotos, pero su consolidación científica se dio a inicios del siglo XX, cuando en 1914, Harry Gravelius, geógrafo y climatólogo alemán, introdujo un sistema para clasificar las redes hídricas al interior de las cuencas. Según este sistema él propuso que el rio principal debe tener el orden 1, cada afluente que llega a este río, tendrá el orden 2, los que llegan a los afluentes de orden 2, tendrán orden 3; y así sucesivamente
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(Fig. 2).
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Условное обозначение
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Порядок 1 Порядок 2 Порядок 3 Порядок 4
Fig. 2. Clasificación red de drenaje según Gravelius (1914) Robert Horton, ecologista y científico estadounidense, en 1945 invirtió el sistema de ordenamiento de los componentes del sistema de drenaje [7]. Según este autor la longitud de cada río de un determinado orden se extiende hasta la confluencia con otro río del mismo o mayor orden (Fig. 3). A diferencia de Horton, en 1952, el científico ruso, Nikolay Rzhanitsyn [2], determina como longitud del río de un determinado orden, al intervalo contenido entre dos ríos vecinos, salvo los tramos iniciales, otorgando el orden 1 a aquellas corrientes donde se inicia el flujo. El orden 2 se forma con la unión de dos corrientes de orden 1, el orden 3 con dos corrientes de orden 2, y así sucesivamente. Cuando a una corriente de cierto orden llega una corriente de orden menor, ésta no afecta el orden actual (Fig. 4). Con el método de Rzhanitsyn, se facilitó mucho el proceso codificación del ordenamiento de las redes de drenaje.
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Fig. 4. Clasificación red de drenaje según Rzhanitsyn (1952)
Fig. 3. Clasificación red de drenaje según Horton (1945)
En 1965, apareció el sistema del Adrian Scheidegger (Fig.5), mediante el cual se asignaba a los ríos cifras pares. El primer orden era “2” para tramos donde se inicia el flujo, el siguiente orden era “4”, que se formaba con 2 ríos de orden “2”, los órdenes siguientes se obtenían con la suma de los órdenes de los ríos confluyentes aguas arriba. Luego, en 1966, aparece el modelo de Shreve (Fig.6), el cual es similar al de Scheidegger, sólo que los ríos se inician con el orden “1”, la unión de dos ríos de orden “1” forman el orden “2”; el río formado por un rio de orden “1” y orden “2” tendrá el orden “3”; y así el orden de cada río de la red, será la suma de los órdenes de los ríos que lo forman.
Fig. 5. Clasificación red de drenaje según Scheidegger (1965)
Fig. 6. Clasificación red de drenaje según Shreve (1966)
Uno de los últimos métodos para la clasificación de los sistemas de drenajes de las cuencas hidrográficas fue propuesto por el científico brasileño Otto Pfafstetter en 1989, mismo que fue adoptado como estándar internacional en 1997 por el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) [5]. Mediante este sistema se asigna identificadores únicos a unidades de drenaje basado en la topología de la superficie del terreno. 5
El proceso de codificación consiste en: subdividir una cuenca hidrográfica, independiente de su tamaño, determinándose los cuatro mayores afluentes del río principal, en términos de área de sus cuencas hidrográficas. Las cuencas correspondientes a esos afluentes son enumerados con los números pares (2, 4, 6 y 8), partiendo desde la desembocadura hacia la naciente del río principal. Los otros afluentes del río principal son agrupados en las áreas restantes, denominadas intercuencas, que reciben, en el mismo sentido que las cuencas, los valores impares (1, 3, 5, 7 y 9). A la mayor área de drenaje tipo lago, es decir, la unidad que se alimenta a sí misma, sin escurrir a ningún afluente, se la codifica con el número cero (0). (Fig. 7)
. Fig. 7. Clasificación red de drenaje según Pfafstetter (1989) LEYES DE LAS CUENCAS HIDROGRÁFICAS Independientemente del método de clasificación de los elementos de las redes de drenaje de una cuenca hidrográfica, la determinación del número de corrientes con sus longitudes y características morfológicas e hidrológicas se ajusta a leyes específicas [1, 3]. El número de corrientes decrece con el incremento del número de orden; mientras que sus longitudes medias crecen. En concordancia con las propiedades de la progresión geométrica, la ecuación que expresa la relación entre en número de corrientes 𝑁𝑛 en dependencia del número de orden, es la siguiente: 𝑁𝑛 = 𝑟𝑏𝑆−𝑛 Donde: 𝑁𝑛 Número de corrientes de orden n 6
S 𝑟𝑏
Orden mayor de la cuenca Relación de bifurcación
La relación de bifurcación por lo general es una magnitud constante_ 𝑟𝑏 =
𝑁1 𝑁2 𝑁3 𝑁𝑆−1 = = =⋯= 𝑁2 𝑁3 𝑁4 𝑁𝑆
El número de corrientes en toda la cuenca 𝑁𝑆 se la obtiene como la suma de 𝑁𝑛 𝑆
𝑁𝑆 = ∑ 𝑁𝑛 1
La longitud media de las corrientes para las corrientes de los diferentes órdenes se la determina con la siguiente fórmula: 𝑙𝑛 = 𝑙1 𝑟𝑙𝑛−1 Donde: 𝑙𝑛 Longitud media de las corrientes de orden n 𝑙1 Longitud media de las corrientes de orden 1 𝑟𝑙 Relación entre la longitud media de las corrientes de orden n y la longitud media de las corrientes del siguiente orden inferior 𝑟𝑙 por lo general es una magnitud constante y se la estima con la siguiente fórmula: 𝑙2 𝑙3 𝑙4 𝑙𝑆 𝑟𝑙 = = = = ⋯ = 𝑙1 𝑙2 𝑙3 𝑙𝑆−1 La longitud total de las corrientes de un orden dado, viene dada por la fórmula: 𝐿𝑛 = 𝑙1 𝑟𝑏𝑆−𝑛 𝑟𝑙𝑛−1 La longitud total de las corrientes en toda la cuenca 𝐿𝑆 se la obtiene como la suma de 𝐿𝑛 𝑆
𝐿𝑆 = ∑ 𝐿𝑛 1
La densidad fluvial, D es la relación de la longitud total de las corrientes de una cuenca para el área total de dicha cuenca, A: 𝐿𝑆 𝐷= 𝐴 La densidad fluvial, conocida también como densidad de drenaje, permite determinar la complejidad y desarrollo del sistema de drenaje de una cuenca hidrográfica. Una mayor densidad de escurrimientos indica mayor estructuración de la red fluvial con gran potencial de erosión. Por lo general, para el cálculo especifico de este parámetro, la longitud total de las corrientes se expresa en Km, y; el área de la cuenca, en Km2. La densidad fluvial varía entre 0.5 y 3.5 Km/Km2, mientras más bajo sea el valor, más bajo será su potencial de drenaje. El índice de compacidad de una cuenca o índice de Gravelius (Ic), señala la mayor o menor compacidad de la cuenca a través de la relación entre el perímetro de la cuenca y la circunferencia del círculo que tenga la misma superficie que la cuenca: 𝑃 𝐼𝑐 = 0.28 √𝐴 Mientras más cercano esté el índice a la unidad, la cuenca tiene una forma más circular y que por tanto se la considera más compacta, y cuando este parámetro aumenta, disminuye la compacidad, y tanto su forma es más irregular. 7
ESTIMACIÓN DE PARÁMETROS MORFOMÉTRICOS DE LA DEMARCACIÓN HIDROGRÁFICA DE MANABI. Para esta estimación se cuenta con las curvas de nivel en formato shape, elaboradas por el Instituto Geográfico Militar del Ecuador [4], digitalizados a partir de la cartografía a escala 1:50000. Por otro lado, se tomó la subdivisión de la Demarcación Hidrográfica de Manabí en cuencas hidrográficas, según la metodología de Pfafstetter a nivel 5, generada por la Secretaria Nacional del Agua [6].
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Fig. 8. Cuencas hidrográficas de Manabi
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Fig. 9. Red fluvial de manabi
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CÓDIGO DE PERÍMETRO CUENCA DE CUENCA
15134 15135 15136 15137 15138 15139 15141 15142 15143 15144 15145 15146 15147 15148 15149 15151 15152 15153 15154 15155 15156 15158 15159 15161 15162 15163 15164 15165 15166 15167 15168 15169 15171 15172 15173 15174 15175 15176 15177 15178 15179 15181 15182 15183 15184 15185 15186 15187 15188 15189 15191 15192 15193 15194 15195 15196
(км) 123.74 45.32 98.44 132.44 89.13 180.16 49.87 62.37 49.89 108.33 102.59 79.60 33.95 50.53 114.25 7.56 41.16 12.52 41.52 23.64 34.13 47.24 52.10 55.23 135.26 60.37 17.46 67.97 74.06 25.62 84.89 129.13 34.61 23.46 27.90 91.88 21.44 72.82 71.41 30.03 45.46 55.32 93.93 36.17 47.86 60.83 36.03 11.01 63.03 82.36 79.46 158.88 118.22 83.93 33.91 91.27
ÁREA DE CUENCA
NÚMERO DE CORRIENTES
(км2) 554.45 96.10 296.30 457.26 311.34 1,046.42 75.51 185.46 96.65 467.14 441.38 293.06 56.76 106.09 358.90 1.45 87.78 5.48 51.62 29.45 38.57 96.47 86.39 157.97 847.72 110.63 15.15 180.93 214.25 25.37 239.22 546.53 55.38 30.01 39.14 351.02 14.40 251.59 31.55 41.04 17.10 113.88 243.75 62.70 116.10 205.79 73.98 6.92 237.40 311.55 213.52 647.97 199.17 249.32 42.21 343.95 11,477.26
395 59 204 300 242 683 54 132 79 351 331 207 39 81 259 1 77 3 38 8 17 59 49 83 629 93 5 124 162 30 182 377 36 15 23 264 7 145 7 31 9 84 169 40 89 152 56 7 209 248 145 476 129 176 30 295 8,195.00
LONGITUD ÍNDICE DE DENSIDAD TOTAL DE GRAVELIUS FLUVIAL CORRIENTES Ic D Ls (км) (км/км) (км/км2) 444.67 1.47 0.80 73.72 1.29 0.77 234.10 1.60 0.79 358.13 1.73 0.78 277.10 1.41 0.89 886.88 1.56 0.85 71.75 1.61 0.95 149.90 1.28 0.81 90.31 1.42 0.93 361.79 1.40 0.77 354.76 1.37 0.80 209.63 1.30 0.72 46.42 1.26 0.82 80.95 1.37 0.76 280.55 1.69 0.78 0.51 1.76 0.35 71.48 1.23 0.81 1.82 1.50 0.33 36.96 1.62 0.72 21.33 1.22 0.72 26.68 1.54 0.69 68.98 1.35 0.72 54.47 1.57 0.63 101.82 1.23 0.64 632.37 1.30 0.75 106.10 1.61 0.96 14.33 1.26 0.95 163.69 1.41 0.90 156.77 1.42 0.73 36.84 1.42 1.45 187.09 1.54 0.78 406.57 1.55 0.74 39.39 1.30 0.71 24.18 1.20 0.81 30.21 1.25 0.77 287.70 1.37 0.82 7.59 1.58 0.53 200.94 1.29 0.80 6.79 3.56 0.22 36.64 1.31 0.89 11.79 3.08 0.69 102.57 1.45 0.90 186.87 1.68 0.77 54.56 1.28 0.87 82.63 1.24 0.71 166.08 1.19 0.81 55.80 1.17 0.75 6.80 1.17 0.98 185.57 1.15 0.78 243.27 1.31 0.78 164.32 1.52 0.77 488.64 1.75 0.75 144.33 2.35 0.72 201.71 1.49 0.81 38.78 1.46 0.92 270.03 1.38 0.79 9,045.66
Tabla. 1. Parámetros morfométricos de las cuencas hidrográficas de Manabí 11
CONCLUSIONES Todos los sistemas desarrollados para clasificar las redes de drenaje de las cuencas hidrográficas, como son los de Gravelius, Horton, Strahler, Rzhanitsyn, Scheidegger, Shreve, Pfafstetter, entre otros, son muy importantes, puesto que cada uno de ellos, por un lado, con enfoque lógico dio solución a los problemas de cada época; y por otro, fueron la base para el desarrollo de sistemas posteriores. Sin embargo, por la facilidad de aplicación, el método de Rzhanitsyn, es el que más se usa para el análisis de cuencas puntuales. El sistema propuesto por Pfafstetter está siendo muy difundido a nivel mundial y ha sido adoptado por la mayor parte de los países americanos. La novedad de este modelo consiste en que a cada cuenca se le da un código único, que no sólo clasifica a las redes de drenaje como tal, sino que ofrece información geográfica de su ubicación. La Demarcación Hidrográfica de Manabí está compuesta de 56 cuencas hidrográficas definidas a nivel 5 según la metodología de Pfafstetter, que totalizan un superficie de 11,477.26 Km2. El sistema de drenaje está formado por 8,195.00 corrientes, cuya longitud total ha sido estimada en 9,045.66 Km. El índice de compacidad fluctúa entre 1.15 y 3.56, lo que indica que las cuencas de la Demarcación Hidrográfica de Manabí tienen forma muy irregular (Tabla 1). La densidad fluvial de las cuencas varía entre 0.22 y 1.45 Km/Km2, lo que indica que hay zona con capacidad de drenaje extrañamente y medianamente pobre (Tabla 1). REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1.
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