Universidad Católica Andrés Bello Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil Geología Aplicada
ANÁLISIS MORFOMÉTRICO DE LA CUENCA DEL RÍO YURUANÍ
Profesora
Integrantes
Cueto, María
Bustamante, Diana Cedeño, Yoismar D’Angelo, Alfredo Morales, María Gabriela Muñoz, Johanna Vásquez, Julia
Ciudad Guayana, octubre de 2018
Introducción Se entiende por morfometría al conjunto de técnicas, procedimientos y métodos, utilizados para determinar det erminar atributos que configuran el relieve y que permiten permit en conocer el sistema de relaciones rela ciones espaciales que caracterizan a las formas del terreno. La morfometría de cuencas es útil ya que permite el estudio de la semejanza de los flujos de diferente tamaño con el propósito de aplicar los resultados de los modelos elaborados en pequeñas escala a prototipos de gran escala. El comportamiento del caudal y el de las crecidas, puede verse modificado por una serie de propiedades morfométricos de las cuencas, como son el tamaño, la forma y la pendiente, que resultan muy importantes en la respuesta del caudal recibido y que pueden operar tanto para atenuar como para intensificar las crecidas. creci das. La mayor parte de estas es tas propiedades actúan incrementando el volumen del flujo y la velocidad de su movimiento. En la presente investigación, se pretende aplicar los parámetros morfométricos a la cuenca del río Yuruaní, y obtener la información mínima necesaria para generar una idea de la naturaleza y comportamiento de la cuenca en estudio.
Parámetros morfométricos Las características físicas de una cuenca son elementos que tienen una gran importancia en el comportamiento hidrológico de la misma. Dichas características físicas se clasifican en dos tipos según su impacto en el drenaje: las que condicionan el volumen de escurrimiento como el área y el tipo de suelo de la cuenca, y las que condicionan la velocidad de respuesta como el orden de corriente, la pendiente, la sección transversal, entre otros. Los parámetros morfométricos constituyen la información mínima que debemos conocer para formarnos una primera idea de la naturaleza y comportamiento de una cuenca. Se utiliza de base para la determinación de otros elementos, por lo general los
Área de la cuenca caudales crecen a medida que aumenta el área de la cuenca. Es más común (A)
detectar crecientes instantáneas y de respuesta inmediata en cuencas pequeñas que en las grandes cuencas. Está definida como la distancia horizontal del río principal entre un punto
Longitud (L)
aguas abajo y otro punto aguas arriba, donde la tendencia general del río principal corte la línea de contorno de la cuenca.
Ancho (B ó W) Desnivel altitudinal (DA)
Se define como la relación entre el área (A) y la longitud de la cuenca (L), y se designa por la letra W o B. De forma que: W = B = A/L Es el valor de la diferencia entre la cota más alta de la cuenca y la más baja (DA = Hmáx-Hmin).
Siguiendo el criterio de investigadores como Ven Te Chow, se pueden definir como Cuencas Pequeñas aquellas con áreas menores a 250 km 2, mientras que las que poseen áreas mayores a los 2500 km 2, se clasifican dentro de las Cuencas Grandes.
Parámetros que caracteriza la forma de la cuenca La forma de una cuenca es determinante de su comportamiento hidrológico, algunos parámetros tratan de cuantificar las características car acterísticas morfológicas por medio de índices o coeficientes. Los parámetros de forma principales son: Coeficiente de Gravelius, Rectángulo equivalente y coeficiente de Horton.
Factor de forma Expresa la relación entre el ancho a ncho promedio de la cuenca (B) y la longitud (L)
Factor de forma
Forma de la cuenca
F>1
Redondeada
F <1
alargada
Cuando el valor de Ff es aproximadamente a 1, la forma de la cuenca es redondeada y por lo tanto existe un alto riesgo de inundaciones y erosión por escorrentía superf icial. Razón de elongación elongación Es la relación entre el diámetro diá metro de un círculo con igual área que la de la cuenca y la longitud máxima de la misma. La fórmula propuesta por Schumm (1956) es la siguiente:
Coeficiente de Gravelius (Cg) También conocido por el nombre de Coeficiente de Compacidad, este coeficiente relaciona el perímetro de la cuenca con el perímetro de una cuenca teórica circular de igual área; estima por tanto la relación entre el ancho promedio del área de captación y la longitud de la cuenca (longitud que abarca desde la salida hasta el punto topográficamente más alejado de ésta).
Cuando más cercano está el valor de Kc de 1 menor será el tiempo de concentración para la cuenca y mayor será el riesgo de inundaciones.
Clase K 1 K 1 K 1
Rango 1 a 1,25 1,25 a 1,5 1,5 a 1,75
Descripción Forma casi redonda a oval – oval – redonda redonda Forma oval – oval – redonda redonda a oval – oval – alargada alargada Forma oval – oval – alargada alargada a alargada
Rectángulo equivalente Supone la transformación geométrica de la cuenca real en una superficie rectangular de lados L y l del mismo perímetro de tal forma que las curvas de nivel se convierten en rectas paralelas a los lados menores del rectángulo (1). Esta cuenca teórica tendrá el mismo Coeficiente de Gravelius y la misma distribución altitudinal de la cuenca original.
Parámetros que caracterizan el relieve de la cuenca La curva hipsométrica representa el área drenada variando con la altura de la superficie de la cuenca. Se construye llevando al eje de las abscisas los valores
Curva
de la superficie drenada proyectada en km2 o en porcentaje, obtenida hasta un
hipsométrica
determinado nivel, el cual se lleva al eje de las ordenadas, generalmente en metros. Las curvas hipsométricas también han sido asociadas con las edades de los ríos de las respectivas cuencas. Es la representación representación de la superficie, superficie, en km o en porcentaje, porcentaje, comprendida comprendida entre dos niveles, siendo la marca de clase el promedio de las alturas. De esta
Histograma de
forma, con diferentes niveles se puede formar el histograma. El diagrama de
frecuencias
barras puede ser obtenido con los mismos datos de la curva hipsométrica.
altimétricas
Realmente contiene la misma información de ésta, pero con una representación diferente, y da una idea probabilística de la variación de la altura en la cuenca.
Constituye un elemento importante en el efecto del agua al caer a la superficie, por la velocidad que adquiere y la erosión que produce. Se calcula como media ponderada de las pendientes de todas las superficies elementales de la
Pendiente de la
cuenca en las que la línea de máxima pendiente se mantiene constante.
cuenca
Scuenca es la pendiente media de la cuenca, Li la longitud de cada una de las curvas de nivel, E la equidistancia de las curvas de nivel y A el área de la cuenca. En general, la pendiente de un tramo de río se considera como el desnivel
Pendiente media del cauce
entre los extremos del tramo, dividido por la longitud horizontal de dicho tramo, de manera que:
principal
Es simplemente el gráfico de altura en función de la longitud a lo largo del río
Perfil altimétrico principal. Los perfiles se usan para estudios de prefactibilidad de proyectos del cauce
hidroeléctricos, producción de sedimentos, entre otros. Generalmente, cuencas
principal
con pendientes altas en el cauce principal tienden a tener hidrógrafas más picudas y más cortas que cuencas con pendientes menores.
Caracterización Caracterización de la red de canales La jerarquización permite tener un mejor conocimiento de la complejidad y
Jerarquización Jerarquización de la red fluvial
desarrollo del sistema de drenaje de la cuenca. El orden se relaciona con el caudal relativo del segmento de un canal. Hay varios sistemas de jerarquización, siendo los l os más utilizados el de Horton (1945) y el de Strahler (1952). Se calcula dividiendo la longitud total de las corrientes de la cuenca por el
Densidad de drenaje
área total.
Horton (1945) sugirió la jerarquización de cauces de acuerdo al número de orden de un rio, como una medida de ramificación del cauce principal en una cuenca hidrográfica, este sistema propuesto fue modificado por Strahler en el año 1964. A partir de dicha jerarquización de los causes se puede obtener el valor de la relación o razón de bifurcación expresada por:
Relación de bifurcación
Es la relación entre el número de corrientes de cualquier orden u (Nu) y el número de corrientes en el siguiente orden superior u+1.
La relación de bifurcación permite comprender algunas variaciones geológicas que se producen en el territorio de la cuenca, fundamentalmente cambios importantes en el sustrato rocoso y de los grupos de suelos dominantes. Las cuencas cuya relación de bifurcación permanece constante, indican homogeneidad en las características geológicas anteriores. La relación de bifurcación generalmente es entre 3 y 5 en cuencas con variaciones considerables en sus características.
Características Características de una Red de Drenaje Orden de Corrientes Todas las corrientes pueden dividirse en tres clases generales, dependiendo del tipo de escurrimiento, el cual está relacionado con las características físicas y condiciones climáticas de la cuenca.
Corriente efímera: es aquella que solo lleva agua cuando llueve e inmediatamente después.
Corriente intermitente: lleva agua la mayor parte del tiempo pero principalmente en la época de lluvia, su aporte cesa cuando el nivel freáti co desciende por debajo del fondo del cauce.
Corriente perenne: corriente de agua todo el tiempo ya que sale en época de sequía es abastecida continuamente ya que el nivel freático permanece por arriba del fondo del cauce. El orden de las corrientes es una clasificación que proporciona el grado de bifurcación dentro
de la cuenca. Para hacer esta clasificación se requiere de un plano de la cuenca que incluye tanto corrientes perennes como intermitentes, el procedimiento más común para esta clasificación es considerar como corrientes de orden a:
Corrientes de primer orden: pequeños canales que no tienen tributario
Corrientes de segundo orden: dos corrientes de primer orden se unen
Corrientes de tercer orden: dos corrientes de segundo orden se unen El drenaje está caracterizado por una forma o patrón modelo, y este patrón es la forma cómo
una red se aprecia en un área determinada. Los patrones dependen de la pendiente de las laderas, la cobertura vegetal, la resistencia de la litología, el caudal, la permeabilidad del suelo, entre otros. La red de drenaje suministra la información inicial sobre la dinámica interna y externa del área en estudio.
Drenaje dentrítico: Se compara con pequeñas hebras o hilos, son cursos pequeños, cortos e irregulares que andan en todas las direcciones. Cubren áreas amplias y llegan al río principal formando cualquier ángulo. Representan litología de baja permeabilidad, mediana pluviosidad y poco caudal.
Drenaje rectangular: Es cuando entre los tributarios y el cauce principal se generan ángulos rectos. En éste hay un esquema más regular, no es necesaria la presencia de tributarios menores, si existen, generalmente son cortos y
ocurren cuando hay alta permeabilidad, permeabilidad,
mediano caudal, moderada cobertura vegetal y mediana pluviosidad.
Drenaje circular: Los cauces siguen formas de semicírculo, se deben a la presencia de estratos subhorizontales.
Descripción del área de estudio La cuenca del río Yuruaní se encuentra ubicada en las cercanías del límite sureste de la cuenca del río Caroní, limitando por el noreste con la parte alta de la cuenca del río Mazaruni, que pertenece a la Guayana Esequiba. El río Yuruaní tiene su nacimiento en una formación de tepuy que lleva su nombre, discurriendo en sentido suroeste, mientras recibe las aguas de otra serie de tributarios que tienen sus nacimientos en formaciones de tepuyes que llevan los nombres de Tramen, Ilu, Karaurin, Wadakapiapö y Kukenán. El río Karaurin, que es su principal tributario confluye por su margen derecha a unos diez kilómetros al norte del salto Compuiba (Figura 1). Luego, el río Yuruaní recibe las aguas de la quebrada Chirimatá y del río Soruape, que es otro tributario importante, que tiene su confluencia en las cercanías de Kumarakapay o San Francisco de Yuruaní. Posteriormente, el río Yuruaní pasa por la población de San Ignacio, y después recibe las aguas de los ríos Iwo y Chinarok, antes de descargar sus aguas al río Kukenán.
F i gura gur a 1. 1. Co C onfluenc nfluencii a de de los los rí r í os Ka K ar aurí n y Yurua Yur uaní. ní. A manera ilustrativa, en la Figura 2 se presenta la ubicación relativa de las estaciones pluviométricas y climatológicas, respecto a la cuenca del río Yuruaní hasta San Ignacio y en la siguiente tabla se muestran las coordenadas de cada una de ellas.
Estación Agua Fría Kamá San Ignacio de Yuruaní San Rafael Kamoirán Santa Elena (FAV) Compuiba Kukenán Tepuy Moroc-Merú
Serial
Altitud (msnm)
Latitud
Longitud
Tipo
45 17 25 27 1060 105 5038 107
910 1065 878 113 907 890 2800 879
04° 49’ 36” 05° 23´11” 05° 00´46” 05° 35´00” 04° 30´19” 05° 07 45” 05° 12´05” 04° 50´ 07”
61° 04’ 55” 61° 12´14” 61° 08´49” 61° 18´00” 61° 08´38” 61° 00´19” 60° 49´50” 60° 52´16”
PR PR C1 PR PR PR C1 C1
6° 00'
rá n a rá ío ío Ca m R
Parupa
San Rafael de Camoirán
5° 30'
Kama
R í o Y u r u a n í
o u a g n o A p o í R
Kukenán Tepuy
Compuiba Co mpuiba
o p o b a r A í o R
San Ignacio de Yuruaní
R í o C a r o n í
5° 00'
Moroc Merú R í o K Agua Fría u k e n á n
Leyenda
Santa Elena de Uairén
' 0 3 ° 1 6
Límite cuenca río Yuruaní Límite cuenca río Caroní Estación Climatológica Estación Pluviométrica Curso de agua 4° 30'
' 0 3 ° 0 6
' 0 0 ° 1 6
F i g ura ur a 2. Ubica Ubi caci ció ón de E staci stacione oness Pluvi P luvio ométri cas cas y Cli C lim matoló atológi gi cas cas en en la cuenca cuenca de del rí r ío Y uruaní uruaní . F uent uente e C G R , 2006 2006.. 602000
3200 2800
2400
3800 Tramen Tepuy
Uru Tepuy
Kama
Waoakapiapue Tepuy Yuruaní Tepuy 5200
2000
1800
Kukenán
Compuiba
Chimarata
Leyenda Curso de agua
San Ignacio deYuruaní
Límite de Cuenca Tepuyes
0 0 0 0 0 7
Carretera
0 0 0 0 4 7
550000
F i g ura ur a 3. Map M apa a de de la cuenca cuenca con con iso i soye yeta tas. s. F uente uente C G R , 2006.
Debido a la complejidad que presentaba el mapa con respecto a los cursos de agua, se consideró únicamente aquellos tramos que aportan más caudal al río, simplificando la imagen queda de la siguiente manera: 602000
Tramen Tepuy
Tipos Tip os de Vegetación Bosques Arbustales
1 Kama
Bosque bajo Sabana Tepuyes
Uru Tepuy
Waoakapiapue Waoa kapiapue Tepuy
2
Yuruaní Tepuy 5
3
6 4
7 Kukenán
8
9 10
19 20
16 15
13 Compuiba
21
12
17 22 18
IV
14
Chimarata 11
23
Leyenda Microcentral Auratamerú
San Ignacio deYuruaní
Curso de agua Límite de Cuenca 0 0 Límite de Subuenca 0 0
0 0 0 0 0 7
4 7
550000
F i g ura ur a 4. Map M apa a de de la cuenca cuenca y car car acte acterr í sticas de de la veg veg etaci tación. ón. F uente uente C G R , 2006 El caudal mínimo centenario del río Yuruaní a nivel de la Microcentral Arautamerú está en el 3
3
orden de 3.89 m /s en un día y de 4.51 m /s como promedio en siete días. El caudal máximo centenario del río Yuruaní a nivel de la Microcentral Arautamerú está en el orden de 2041,1 m 3/s. La mayor parte de la litología de la cuenca del río Yuruaní, está asociada a rocas de la provincia geológica de Roraima, constituida principalmente por rocas sedimentarias y en menor proporción por ígneas ígneas intrusivas y sedimentos cuaternarios. Puede decirse que la cuenca del río Yuruaní tiene alto potencial para liberar sedimentos finos, provenientes de alteritas y suelos con texturas finas y medias. En consecuencia, estos mantos de
alteración y los suelos asociados a ellos son sustratos que, al ser afectados por procesos de erosión hídrica, se comportan como fuentes de sedimentos finos, de alta competencia, los cuales pueden ser transportados en largas distancias y depositarse en sitios muy remotos a su lugar de origen. La mayor proporción de la cuenca del río Yuruaní es tá conformada por una extensa superficie cuyas expresiones de relieve han generado geoformas modeladas sobre formaciones geológicas sedimentarias, de estructura horizontal, resultando en extensas superficies planas o tabulares. Los suelos son por lo general de avanzado estado de evolución, desarrollados a partir de materiales conformados por rocas ácidas. Si bien los suelos exhiben morfológicamente un alto grado de evolución, se consideran suelos muy superficiales a moderadamente profundos. Debido al predominio de arcillas y a la alta cantidad de fragmentos gruesos, los suelos de la cuenca se consideran de baja a media capacidad de almacenamiento de humedad aprovechable. El contenido de materia orgánica es muy variable espacialmente, estas variaciones parecieran estar más asociadas a diferencias en el tiempo de deforestación de las tierras y a los efectos del uso, en particular. Es notable en la cuenca la pérdida de la cobertura boscosa por el efecto del fuego y de la tala, para dar paso a una agricultura de subsistencia. De seguir estas tendencias, es pronosticable una manifestación más crítica de los procesos de inestabilidad de las geoformas, como consecuencia de la intensificación de los procesos de erosión hídrica, no solo por la pérdida de la cobertura boscosa, sino también por el efecto de las quemas sobre la vegetación. La mayor parte del territorio de la cuenca representa un medio activo e inestable, solo las altiplanicies elevadas pueden ser consideradas como superficies estables y de bajo potencial de erosión. La mayoría de las geoformas bajo cobertura de sabana están afectadas por erosión hídrica laminar, de intensidad moderada a fuerte y generalizada. La alta pedregosidad que recubre la superficie de los suelos de altiplanicie y del piedemonte puede ser evaluada como unos factores de mitigación de la erosión hídrica, debido al efecto de rugosidad que le confieren a la superficie.
Cálculos Un estudio realizado en la microcentral hidroeléctrica Arautamerú, que alimenta las poblaciones de San Ignacio y San Francisco de Yuruaní, determinó que el área de la cuenca se encuentra alrededor de los 1264 km 2, el perímetro 182 km y la longitud de la misma es de 96 km según el Instituto Nacional de Parques. Ancho de la cuenca Teniendo los datos anteriores, se puede aplicar la relación área/longitud para conseguir el ancho de la cuenca.
Desnivel altitudinal (DA) El estudio realizado en la microcentral hidroeléctrica Arautamerú, determinó que las cotas de la cuenca se encontraban entre los 886 y 1347 msnm.
Factor de forma
Como Ff es un número inferior a la unidad, se puede suponer que la forma de la cuenca es alargada. Razón de elongación
Como Re es un número inferior a la unidad, se puede suponer que la longitud del cauce principal será mayor que el diámetro del círculo asociado, por lo tanto la cuenca es alargada. Coeficiente de Gravelius
Como el resultado se encuentra comprendido entre 1,25 y 1,5, se puede decir que la forma de la cuenca es oval y alargada. Pendiente media del cauce principal
Orden de los cauces
De la imagen se puede obtener la siguiente tabla
Orden del
Número de
Relación de
cauce
cauces
bifurcación
1
13
3,25
2
4
4
3
1
Debido a que la relación de bifurcación arroja res ultados comprendidos entre 3 y 5, podría decirse que la cuenca tiene variaciones considerables en sus características geológicas. Densidad de drenaje y tipo de drenaje drenaje
Comparando con el cuadro que se muestra a continuación, se puede decir que la densidad de drenaje de la cuenca en estudio es baja.
Valores bajos de densidad de drenaje, por lo común, están asociados con regiones de alta resistencia a la erosión, e rosión, muy permeables, y de bajo relieve. Valores altos s on encontrados en regiones de suelos impermeables, con poca vegetación, de relieve montañoso. Los patrones de drenaje también son fuente importante de información sobre la cuenca. Adicional a esto, se puede decir que observando la figura 4, el drenaje de la cuenca es un drenaje mixto entre rectangular y dentrítico, con tendencia a ser rectangular ya que los ríos tributarios llegan al cauce principal en ángulos de aproximadamente 90°.
Conclusiones Tomando en cuenta el criterio de Ven Te Chow, la cuenca está caracterizada como una de tamaño medio con 1264 km 2 de área. El desnivel altitudinal es considerable, debido a que se trata de una zona montañosa y el origen del río tiene lugar en un Tepuy, que son formaciones conocidas por su gran altura. El factor de forma de Horton, clasifica la cuenca del Yuruní como una cuenca alargada, que no es tan propensa a producir crecidas instantáneas como que se acercan a la forma circular. En cuanto al orden de los cauces y a la relación de bifurcación, se corrobora que se trata de una cuenca con cambios importantes en el sustrato rocoso, características geológicas y en los grupos de suelos dominantes debido a que los resultados se encuentran entre 3 y 5. Los suelos son por lo general de avanzado estado de evolución, desarrollados a partir de materiales parentales conformados por rocas ácidas, generalmente pobres nutricionalmente. El contenido de materia orgánica es muy variable espacialmente. Es notable en la cuenca la pérdida de la cobertura boscosa por el efecto del fuego y de la tala, para dar paso a una agricultura de subsistencia. Si a la convolución de la baja fertilidad de los suelos, baja capacidad de almacenamiento de humedad y la quema de la vegetación, se le incluye la remoción por erosión hídrica y por ende la pérdida de nutrientes, se afectará negativamente al ecosistema y se disminuirá su velocidad de recuperación.
Bibliografía
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