UMBRAL DE ESCORRENTIA

ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL POR EL MÉTODO DEL NÚMERO DE CURVA

APLICACIÓN EN LA CUENCA DEL RÍO ARAHUAY, REGIÓN LIMA

por Eber Risco Sence

OBJETIVOS

General:

•   Desarrollar el método del Número de Curva para caracterizar los procesos que relacionan la precipitación y la escorrentía.

Específicos:

•   Determinar el Número de Curva de la cuenca del Río Arahuay utilizando las herramientas de los Sistemas de Información Geográfica y Teledetección.

•       Estimar la escorrentía superficial para máximas avenidas mediante el método del Número de Curva en la cuenca del río Arahuay.

AREA DE ESTUDIO

La cuenca del río Arahuay, se encuentra ubicado geográficamente entre los meridianos 76°47'30.44" y 76°30'3.78" de longitud oeste y los paralelos 11°25'55.07" y 11°46'3.16" de latitud sur; políticamente comprende las Provincias de Canta y Huarochirí del Departamento de Lima.

MARCO TEÓRICO

Cuenca Hidrográfica

La cuenca hidrográfica es un ámbito geográfico natural donde ocurre el ciclo hidrológico; es el área drenada hacia un río, identificada por su peculiar topografía y delimitada por la divisoria de aguas, en un sentido amplio incluye el aire, la luz solar, la flora y la fauna que se sitúan alrededor de una fuente de agua principal que funciona como colectora.

Método del número de curva del USDA SCS (1985)

En 1954 el USDA SCS desarrolló el método del Número de Curva (NC) para estimar las abstracciones totales que se producían durante un aguacero. El método ha sufrido varias revisiones en 1956, 1964, 1965, 1971, 1972, 1985 y 1993. Desde su origen el método tuvo gran apoyo por parte de las agencias gubernamentales norteamericanas, por lo que se extendió rápidamente a otros países.

METODOLOGÍA

Para el presente trabajo la metodología fue básicamente de gabinete, consecuente a obtener como resultado la estimación de escorrentía superficial mediante el método del número de curva para la cuenca del río Arahuay.

El procedimiento consta de ordenamiento y codificación de la información meteorológica de las estaciones de SENAMHI, la generación de las pendientes de la cuenca, esto a partir del modelo digital del terreno (SRTM), además del la determinación de cobertura vegetal, a partir de la imagen de satélite LANDSAT estos temáticos generados, además de la cobertura de capacidad de uso mayor del suelo (INRENA) nos van a permitir realizar una clasificación del número de curva de la cuenca, posteriormente se realizó la estimación de la escorrentía superficial mediante el método del número de curva propuesto por el Servicio de Conservación de suelos (SCS) de los Estados Unidos.

Método del Número de Curva;  este método fue desarrollado por el Servicio de  Conservación de suelos (SCS) de los Estados Unidos; el cual es aplicable a cuencas medianas y pequeñas, la variable de mayor importancia es la precipitación.

Variables a Utilizar:

•      Precipitación (Estaciones Meteorológicas de SENAMHI).
•      Cobertura de Capacidad de Usos de Suelos (INRENA).
•      DEM (SRTM de la NASA).
•      Cobertura de Tipos de Suelos (imagen LANDSAT). 

Variables Generadas:

• Cobertura de Curva Número
• Escorrentía Superficial

MATERIALES

• Imagen de Satélite LANDSAT  ETM+ (resolución espacial 30 m).
• DEM de la SRTM de la NASA (resolución espacial 90 m).
• Mapa Temático de Capacidad de Uso Mayor de Suelos del Instituto Nacional de Recursos Naturales (INRENA).

Software:

• ArcGIS 9.3, Extensiones: Spatial Analyst, 3D Analyst, Arc Hydro, Hec GEOHMS, CN Runoff Tool.
• ENVI 4.5.
• ERDAS 9.2.
• Microsoft Excel.
• Microsoft Word.
• Adobe Acrobat.

DATOS

Curva Número de la Cuenca

Para el cálculo del Número de Curva de la cuenca se utilizó la extensión CN Runoof Tools para el software ArcGIS, el cual a partir de una intersección de temas (Pendiente, Cobertura de Suelo y Grupo Hidrológico) genera el número de Curva Numero de acuerdo al Servicio de Conservación de Suelos SCS.

Infiltración Potencial Máxima

Para la obtención de la Infiltración Potencial Máxima de la cuenca se utilizaron las herramientas de los Sistemas de Información Geográfica, teniendo como referencia la fórmula establecida por el Servicio de Conservación de Suelos SCS.

Abstracción Inicial

Para la obtención de la Abstracción Inicial de la cuenca se utilizaron las herramientas de los Sistemas de Información Geográfica, teniendo como referencia la fórmula establecida por el Servicio de Conservación de Suelos SCS

Precipitaciones Máximas en 24 Horas (TR 25, 50, 100 y 200 años)

Los datos de precipitaciones máximas en 24 horas, fueron tomados del estudio Hidrológico de la cuenca del río Chillón, el cual está disponible en la página WEB de la Autoridad Nacional del Agua (ANA).

RESULTADOS

Escorrentía superficial

Para obtener el umbral de escorrentía, se utilizaron las coberturas de Curva Número de la Cuenca (condiciones Secas, Normales y Húmedas) y Precipitaciones Máximas en 24 Horas (Tiempos de Retorno de 25, 50, 100 y 250 años), mediante la fórmula establecida por el servicio de conservación de suelos SCS se obtuvo el umbral de escorrentía para las distintas combinaciones de coberturas, con lo cual se obtuvieron 12 mapas de escorrentía.

Para automatizar el proceso se desarrollo un modelo SIG en el software ArcGIS, en el cual mediante las herramientas del Model Builder se construyo la rutina para el cálculo de las 12 posibles combinaciones de escorrentías.

CONCLUSIONES

• Se realizó la caracterización de la precipitación máxima en 24 horas, para los periodos de retorno de 25, 50,100 y 200 años, donde se aprecian los mayores valores en la parte alta de la cuenca, esto debido a que la precipitaciones en la zona de estudio son de tipo orográficas, se aprecian valores máximos que varían desde los 47 mm a 68 mm según el tiempo de retorno, puesto que a mayor tiempo de retorno mayores valores posibles de precipitación máxima. 

• Se calcularon los valores de umbral de escorrentía para la cuenca Arahuay, para lo cual se desarrollo un modelo SIG para la automatización del proceso a partir de las coberturas ya mencionadas para tal fin, en los mapas obtenidos se puede apreciar una gran sensibilidad del método del SCS a los valores de curva Número, ya que para un tiempo de retorno dado pero para condiciones de humedad distintos (es en donde los valores de curva número varían) se aprecian valores de umbral de escurrimiento muy variados por ejemplo para un tiempo de retorno de 100 años el umbral de escorrentía generado para condiciones normales es de 0.7 a 38.8 mm, para condiciones secas es de 0.03 a 21 mm y para condiciones húmedas es de 8 mm a 48 mm, con lo que se puede colegir que el método del servicio de conservación de suelos es muy sensible a los valores de curva número, po lo cual se debe tener mucho cuidado y precisión para determinar dichos valores, además de estimar las condiciones de humedad para un determinado suceso estudiado, ya que el valor de curva número también varía según las condiciones de húmedas.

• De acuerdo a los planos generados de umbral de escorrentía (Planos 7 y 8) se aprecian mayores valores en las zonas altas, donde se producen las mayores precipitaciones y además a eso habría que sumarle el hecho de presentar con coberturas de suelo con escasa vegetación o de densidad pobre, lo cual facilita la génesis de infiltración en dichas zona, cabe mencionar que la estimación de la precipitación efectiva aportada por cada celda al hidrograma  no es la representada en el umbral de escorrentía, ya que en dicho método se supone cada celda como una unidad aislada, por lo cual se presenta una sobreestimación en las partes altas y una subestimación en las cauces o corrientes de la cuenca.