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DEDICATORIA Con gratitud a mis padres José Luis Fernández y Esthela de la Vega, y hermanos Ernesto y Guadalupe, por depositar su confianza y creer en mí, y que siguen siendo mi motor para seguir adelante tanto profesionalmente como en la vida.
A mi familia Victoria Espejel, María Guadalupe Fdez., Ernesto Fdez., Raquel Fdez., Diana de la Vega, Rubi y Gema Martínez por su apoyo incondicional que fueron durante mi carrera profesional. Gracias por creer en mí y seguimos adelante.
A mis amigos de prepa, “Los Nuevos”, Misael Gaytan (Micho), Oscar V. López Porras (Bigos), Antonio Carbajal (el Enano), Nestor Pastrana (Pastrana), Francisco Ramírez (Paco), Juan F. Magaña (Mocos), Samuel (el sami), José Bolaños (el Rojo), Mario y Esteban Fdez. (el primate), etc… A mis amigos de carrera, Joel Villegas, Rigoberto Hdez., Evaristo Acevedo, Oscar Onofre, Bruce Walker, David Castañeda, David Ramírez, Vladimir, etc…
A mis amigas Mercedes Vianey, Annet, Frida, Ana Luisa, Abadesa Cruz, , Alejandra, Jessica, Monse, Karina, Nayeli Alonso, Eva Aurora, Elizabeth, Ana Mancera, Beatriz Blancas, Joka, Carmina, Isai Castro, María del Carmen, Nayeli, Flor, Cindy, Ivonne B., etc…
Raymundo Fernández
AGRADECIMIENTOS A mi querida Alma mater, Universidad Autónoma Chapingo por brindarme la oportunidad de formarme profesionalmente durante 7 cortos años.
Al Departamento de Suelos, por sus valiosos conocimientos que adquirí durante la carrera, y que fue formando mi persona con valores éticos y que es base de lo que hoy soy.
A mis maestros del Departamento de Suelos que durante mi estancia fue gratificante, pues no solo eran maestros, sino amigos también, gracias por su amistad.
A la empresa PRESENCIA S.A de C.V por el apoyo incondicional y confianza al realizar el presente trabajo.
A mis asesores por su acertada conducción del presente trabajo, así como sus enseñanzas, su amistad y sus buenos consejos.
A mis amigos y amigas de la universidad, tanto de la carrera como de preparatoria por su gran amistad y consejos que en algún momento me dieron, y seguimos en el camino.
Raymundo Fernández
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CONTENIDO CONTENIDO ............................................................................................................................ 5 INDICE DE CUADROS ........................................................................................................... 11 INDICE DE FIGURAS............................................................................................................. 12 RESUMEN.............................................................................................................................. 15 ABSTRACT ............................................................................................................................ 16 1.
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 17
2.
OBJETIVOS ................................................................................................................... 19
3.
2.1.
GENERAL.................................................................................................................. 19
2.2.
PARTICULARES ......................................................................................................... 19
ANTECEDENTES ........................................................................................................... 20 3.1.
SITUACIÓN ACTUAL DEL RECURSO HÍDRICO ................................................................. 20
3.1.1. Uso ineficiente del agua ...................................................................................... 20 3.1.2. Abastecimiento de agua insuficiente.................................................................... 21 3.1.3. Uso irregular y clandestino del agua .................................................................... 23 3.1.4. Diferencia y descontento social ........................................................................... 24 4.
REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA .......................................................................................... 25 4.1.
IMPORTANCIA DE LA HIDROLOGÍA ............................................................................... 25
4.2.
CICLO HIDROLÓGICO Y FUENTES DE ABASTECIMIENTOS ............................................... 25
4.3.
PRECIPITACIÓN ......................................................................................................... 28
4.3.1. Formas de precipitación ...................................................................................... 28 4.3.2. Tipos de precipitación .......................................................................................... 29 4.3.3. Análisis de los datos de precipitación .................................................................. 29 4.3.3.1.
4.4.
Precipitación media...................................................................................... 29
A)
Media aritmética .............................................................................................. 29
B)
Método de los Polígonos de Thiessen ............................................................. 30
C)
Método de las Curvas Isoyetas ........................................................................ 30
ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL.................................................................................... 30
4.4.1. Tipos de escurrimientos....................................................................................... 31 4.4.1.2.
Escurrimiento superficial ............................................................................. 31
4.4.1.3.
Escurrimiento subsuperficial ........................................................................ 31
4.4.1.4.
Escurrimiento subterráneo ........................................................................... 31
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4.4.2. Factores que afectan el escurrimiento ................................................................. 32 4.5.
RELACIÓN LLUVIA-ESCURRIMIENTO............................................................................. 33
4.6.
HIDROMETRÍA ........................................................................................................... 34
4.6.1. Disponibilidad media anual de agua superficial ................................................... 34 4.6.2. Métodos de Envolventes ..................................................................................... 35 4.6.3. Método Racional................................................................................................. 38 4.6.4. Hidrograma Unitario ............................................................................................ 41 4.6.5. Hidrograma Unitario Sintético .............................................................................. 42 4.6.5.5.
Hidrograma Unitario Triangular .................................................................... 42
4.6.5.6. (SCS)
Hidrograma Unitario Adimensional del Servicio de Conservación de Suelos ………………………………………………………………………………………44
4.7.
EVAPOTRANSPIRACIÓN .............................................................................................. 45
4.8.
DEFINICIÓN Y ELEMENTOS DE UNA CUENCA ................................................................ 46
4.8.1. Definición e Importancia ...................................................................................... 46 4.8.2. Tipos de Cuenca ................................................................................................. 47 4.8.3. Partes de una Cuenca ......................................................................................... 49 4.8.4. Elementos de la Cuenca...................................................................................... 49 4.8.4.1.
El Cauce Principal........................................................................................ 49
4.8.4.2.
Los Tributarios ............................................................................................. 50
4.8.4.3.
El Relieve de la Cuenca ............................................................................... 50
4.9.
DELIMITACIÓN DE LA CUENCA ............................................................................ 50
4.9.1. Parteaguas .......................................................................................................... 50 4.10.
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LA CUENCA ................................................................. 51
4.10.1.
Parámetros de Forma ...................................................................................... 52
4.10.1.1. Área (Ac) ..................................................................................................... 52 4.10.1.2. Índice de forma (If) ....................................................................................... 53 4.10.1.3. Coeficiente de Sinuosidad (Ks)..................................................................... 53 4.10.1.4. Parámetro de forma (Pf ) .............................................................................. 53 4.10.1.5. Longitud de la cuenca (Lc) ........................................................................... 54 4.10.1.6. Ancho máximo de la cuenca (Bmáx) .............................................................. 56 4.10.1.7. Ancho medio de la cuenca (Bmed) ................................................................. 56 4.10.1.8. Coeficiente de asimetría de la cuenca (Cac) ................................................. 56 4.10.1.9. Relación de Elongación (Re) ....................................................................... 57 4.10.1.10.Coeficiente de Compacidad o de Gravelius (K) ........................................... 57
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4.10.2.
PARÁMETROS DE RELIEVE .......................................................................... 59
4.10.2.1. Pendiente del Cauce Principal (Scp) ............................................................ 59 4.10.2.2. Pendiente media del cauce principal (Scp).................................................... 60 4.10.2.3. Pendiente media de la cuenca (Sc) .............................................................. 61 4.10.2.4. Elevación Media de la cuenca (Em) .............................................................. 65 4.10.2.5. Elevación máxima (Emáx) .............................................................................. 65 4.10.2.6. Elevación mínima (Emín) ............................................................................... 65 4.10.2.7. Curva hipsométrica ...................................................................................... 66 4.10.3.
Parámetros de Drenaje .................................................................................... 67
4.10.3.1. Orden de corrientes (i) ................................................................................. 67 4.10.3.2. Hidrografía ................................................................................................... 67 4.10.3.3. Longitud de tributarios y del cauce principal................................................ 68 4.10.3.4. Relación de Bifurcación (Rbu) ...................................................................... 68 4.10.3.5. Área drenada (A) ......................................................................................... 69 4.10.3.6. Coeficiente de desarrollo de la línea del Parteaguas (mp) ............................ 69 4.10.3.7. Red de drenaje ............................................................................................ 69 4.10.3.8. Densidad de corrientes (DC)......................................................................... 70 4.10.3.9. Densidad de drenaje (Dd) ............................................................................. 70 4.10.3.10.Longitud promedio del flujo superficial ......................................................... 71 4.10.4.
Parámetros de Energía .................................................................................... 71
4.10.4.1. Tiempo de concentración de una cuenca (tc )............................................... 71 4.11.
CARACTERIZACIÓN DE AGUA PARA RIEGO Y VASOS DE ALMACENAMIENTO .................... 72
4.11.1.
Agua para Riego .............................................................................................. 72
4.11.2.
Captación ........................................................................................................ 73
4.12.
TIPOS DE ALMACENAMIENTOS Y SUS CARACTERÍSTICAS .............................................. 74
4.12.1.
Principales componentes de un Vaso de Almacenamiento .............................. 75
4.12.1.2. Nivel de Aguas Mínimas (N.A.Mín.) ............................................................. 75 4.12.1.3. Nivel de Aguas Normales (N.A.N.) ............................................................... 76 4.12.1.4. N.A.M.E. (Nivel de Aguas Máximas Extraordinarias) ................................... 77 4.13.
REQUERIMIENTO DE RIEGO ................................................................................ 77
4.14.
RECONOCIMIENTO PRELIMINAR .................................................................................. 78
4.15.
COMPILACIÓN DE LA INFORMACIÓN ............................................................................. 78
4.15.1.
Hidrografía ....................................................................................................... 78
4.15.2.
Topografía ....................................................................................................... 79
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4.15.3. 5.
Elaboración de mapas de cuencas a partir de Información Cartográfica.......... 80
RECORRIDO DE CAMPO Y SELECCION DEL SITIO ................................................... 81 5.1.1. Sitio 1. Barranca Zentuyuca................................................................................. 82 5.1.2. Sitio 2. Tequesquipa ............................................................................................ 82 5.1.3. Sitio 3. Barranca Tenango ................................................................................... 83 5.1.4. Sitio 4. Alto Amatzinac ......................................................................................... 83
6.
DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO...................................................................... 86 6.1.1. Localización Geográfica ...................................................................................... 86 6.1.2. Geología .............................................................................................................. 87 6.1.3. Relieve ................................................................................................................ 88 6.1.4. Edafología ........................................................................................................... 89 6.1.5. Climatología ........................................................................................................ 90 6.1.5.5.
Estaciones Climatológicas ........................................................................... 90
6.1.6. Precipitación ........................................................................................................ 91 6.1.7. Temperatura ........................................................................................................ 94 6.1.8. Evapotranspiración .............................................................................................. 96 6.1.9. clima .................................................................................................................... 98 6.1.10.
Hidrología ........................................................................................................ 99
6.1.10.6. Fuentes y Usos del Agua ........................................................................... 100 6.2.
USO ACTUAL DEL SUELO ......................................................................................... 101
6.2.1. Área de Bosque ................................................................................................. 103 6.2.2. Área Desnuda ................................................................................................... 103 6.2.3. Área de Agricultura ............................................................................................ 104 6.2.4. Área de Pastizal ................................................................................................ 104 6.2.5. Área de Barbecho.............................................................................................. 105 7.
MATERIALES Y MÉTODOS ........................................................................................ 106 7.1.
RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN ............................................................................. 106
7.2.
CARACTERIZACIÓN FISIOGRÁFICA DE LA CUENCA ...................................................... 107
7.2.1. Delimitación de la Cuenca ................................................................................. 107 7.2.2. Parámetros de Forma ........................................................................................ 108 7.2.2.1.
Área de la Cuenca (Ac) .............................................................................. 108
7.2.2.2.
Índice de forma (If) ..................................................................................... 108
7.2.2.3.
Coeficiente de Sinuosidad (Ks)................................................................... 108
7.2.2.4.
Parámetro de forma (Pf) ............................................................................. 108
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7.2.2.5.
Longitud de la cuenca (Lc) ......................................................................... 108
7.2.2.6.
Ancho máximo de la cuenca (Bmáx) ............................................................ 108
7.2.2.7.
Ancho medio de la cuenca (Bmed) ............................................................... 108
7.2.2.8.
Coeficiente de asimetría de la cuenca (Cac) ............................................... 109
7.2.2.9.
Relación de elongación (Re)....................................................................... 109
7.2.2.10. Coeficiente de compacidad (Kc) ................................................................. 109 7.2.3. Parámetros de Relieve ...................................................................................... 109 7.2.3.1.
Pendiente del cauce principal (Scp) ........................................................... 109
7.2.3.2.
Pendiente media del cauce principal (Scp).................................................. 109
7.2.3.3.
Pendiente media de la cuenca (Sc) ............................................................ 109
7.2.3.4.
Elevación media de la Cuenca (Em) ........................................................... 110
7.2.3.5.
Elevación máxima (Emáx) ............................................................................ 110
7.2.3.6.
Elevación mínima (Emín) ............................................................................. 111
7.2.3.7.
Curva hipsométrica .................................................................................... 111
7.2.4. Parámetros de Drenaje...................................................................................... 111 7.2.4.1.
Orden de corrientes (i) ............................................................................... 111
7.2.4.2.
Hidrografía ................................................................................................. 111
7.2.4.3.
Longitud de tributarios y del cauce principal............................................... 111
7.2.4.4.
Relación de Bifurcación (Rbu) .................................................................... 111
7.2.4.5.
Coeficiente de desarrollo de la línea del Parteaguas (mp) .......................... 112
7.2.4.6.
Densidad de corrientes (DC)....................................................................... 112
7.2.4.7.
Densidad de drenaje (Dd) ........................................................................... 112
7.2.4.8.
Longitud promedio del flujo superficial (Lc) ................................................ 112
7.2.5. Parámetros de Energía...................................................................................... 112 7.2.5.1.
8.
Tiempo de concentración de la cuenca (tc) ................................................ 112
7.3.
HIDROMETRÍA ......................................................................................................... 112
7.4.
VOLUMEN DISPONIBLE ............................................................................................. 112
7.5.
VOLUMEN APORTADO POR LLUVIA ............................................................................ 114
7.6.
VOLUMEN APORTADO POR MANANTIALES ................................................................. 115
7.7.
VOLUMEN APORTADO POR GLACIARES ..................................................................... 115
7.8.
REQUERIMIENTO DE RIEGO ...................................................................................... 115
RESULTADOS Y DISCUSIÓN ..................................................................................... 116 8.1.
DELIMITACIÓN DE LA CUENCA .................................................................................. 116
8.2.
CARACTERIZACIÓN FISIOGRÁFICA DE LA CUENCA ...................................................... 117
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8.3.
HIDROMETRÍA ......................................................................................................... 119
8.4.
VOLUMEN DE ESCURRIMIENTO MEDIO ANUAL ............................................................ 120
8.4.1. Volumen aportado por Lluvias ........................................................................... 121 8.4.2. Volumen aportado por Manantiales ................................................................... 121 8.4.3. Volumen aportado por Glaciares ....................................................................... 125 8.5.
VOLUMEN COMPROMETIDO ...................................................................................... 125
8.5.1. Demanda Aguas Abajo ...................................................................................... 126 8.5.2. Volumen Concesionado..................................................................................... 126 8.5.3. Gasto Ecológico ................................................................................................ 130 8.6.
VOLUMEN DISPONIBLE ............................................................................................. 131
8.7.
DETERMINACIÓN DE GASTO MÁXIMO......................................................................... 131
8.7.1. Método Racional................................................................................................ 132 8.8.
DISEÑO HIDRÁULICO ............................................................................................... 133
8.8.1. Sección de la Obra de Excedencias .................................................................. 134 8.8.2. Nivel de Aguas Máximo Extraordinario (N.A.M.E.) ............................................. 134 8.8.3. Nivel de Aguas Normales (N.A.N.)..................................................................... 134 8.8.4. Capacidad de Azolvamiento (CAZ) y Nivel de Aguas Mínimas (N.A.mín) ............ 135 8.8.5. Nivel Mínimo de Operación (N. m. o.) ................................................................ 136 8.9.
ESTUDIO AGROLOGICO Y CALIDAD DEL AGUA ........................................................... 138
8.9.1. Calidad de Agua ................................................................................................ 140 8.10.
PROGRAMACIÓN AGRÍCOLA ..................................................................................... 140
8.10.1.
9.
Cultivos Propuestos ....................................................................................... 140
8.11.
SISTEMAS PRODUCTIVOS ........................................................................................ 141
8.12.
REQUERIMIENTO DE RIEGO ...................................................................................... 142
CONCLUSIONES ......................................................................................................... 143
10. RECOMENDACIONES ................................................................................................. 144 11. LITERATURA CONSULTADA ..................................................................................... 145 ANEXO 1. Planos ANEXO 2. Tormentas sintéticas para diferentes periodos de retorno ANEXO 3. Datos utilizados para la construcción de la gráfica Áreas-Capacidades
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INDICE DE CUADROS Cuadro 3.1. Volumen requerido por cada Unidad de Riego .................................................... 22 Cuadro 3.2. Volumen disponible de acuerdo a la Infraestructura hidroagrícola ....................... 22 Cuadro 4.1. Principales diferencias entre aguas superficiales y aguas subterráneas.............. 27 Cuadro 4.2. Valores de las envolventes de gastos máximos .................................................. 37 Cuadro 4.3. Tipos de clasificación de los parámetros físicos y fisiográficos de una cuenca .... 51 Cuadro 4.4. Clasificación de cuencas en base a su área ........................................................ 52 Cuadro 4.5. Caracterización del relieve según Heras citado por Campos Aranda (1998) ....... 65 Cuadro 6.1. Estaciones aledañas a la zona de estudio ........................................................... 90 Cuadro 6.2. Valores de precipitación (Pp) media anual de las estaciones obtenidas de ERIC III ........................................................................................................................... 91 Cuadro 6.3. Valores de Temperatura Media Anual (TMA) de las estaciones obtenidas de ERIC III ........................................................................................................................ 94 Cuadro 6.4. Valores obtenidos de Evapotranspiración (Etr) .................................................... 97 Cuadro 6.5. Características generales de las coberturas del uso actual del suelo en la cuenca ......................................................................................................................... 102 Cuadro 7.1. Estudios y proyectos consultados...................................................................... 106 Cuadro 7.3. Características del tipo de suelo ........................................................................ 113 Cuadro 7.4. Valores de k, según el tipo de suelo y uso de suelo .......................................... 114 Cuadro 8.1. Resumen de resultados de la caracterización de la cuenca .............................. 117 Cuadro 8.2. Valores de K por área identificada ..................................................................... 120 Cuadro 8.3. Valores obtenidos de volumen llovido por área ................................................. 121 Cuadro 8.4. Volumen requerido por cada UR ....................................................................... 126 Cuadro 8.5. Características de los bordos de almacenamiento de la Unidad de Riego de la parte media ...................................................................................................... 128 Cuadro 8.6. Características de los bordos de la Unidad de Riego parte baja ........................ 129 Cuadro 8.7. Valores de gastos ecológicos medio mensual ................................................... 131 Cuadro 8.8. Registro histórico de precipitaciones máximas de la estación Hueyapan .......... 132 Cuadro 8.9. Intensidades máximas correspondientes al tiempo de concentración................ 132 Cuadro 8.10. Características de diseño de la presa .............................................................. 137 Cuadro 8.11. Coordenadas de los puntos de muestreo ........................................................ 138 Cuadro 8.12. Parámetros de humedad y densidad aparente ................................................ 140 Cuadro 8.13. Características de productividad de los cultivos del mpio. Tetela del Volcán ... 142 Cuadro 8.14. Volumen requerido por cultivo en un ciclo agrícola .......................................... 142
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INDICE DE FIGURAS Figura 3.1. Proliferación de usuarios y tomas Clandestinas (1 y 2), Uso irracional de agua (3) e Implementación de costales para la creación de embalses para la toma de agua (4) ......................................................................................................................... 21 Figura 3.2. Uso irregular del agua (1 y 2); Forma de riego desorganizado (3 y 4) ................... 23 Figura 4.1. Ciclo Hidrológico ................................................................................................... 26 Figura 4.1. Diagrama del Escurrimiento .................................................................................. 32 Figura 4.2. Componentes de entradas y salidas del sistema .................................................. 35 Figura 4.3. Regiones hidrológicas de la Republica Mexicana, SARH (1978) .......................... 36 Figura 4.4. Hietogramas de lluvia de 24 horas del SCS ......................................................... 40 Figura 4.5. Localización en los Estados Unidos para la aplicación de los hietogramas de lluvia de 24 horas .......................................................................................................... 40 Figura 4.6. (a) Hidrograma de escurrimiento directo; (b) Hidrograma Unitario resultante ........ 42 Figura 4.7. Hidrograma Unitario Triangular ............................................................................. 43 Figura 4.8. Hidrograma unitario adimensional del Servicio de Conservación de Suelos (SCS) ............................................................................................................................. 45 Figura 4.9. Esquema representativo de una cuenca exorreica ............................................... 48 Figura 4.10. Esquema representativo de una cuenca endorreica ........................................... 48 Figura 4.11. Esquema representativo de una cuenca arreica ................................................. 49 Figura 4.12. Información para obtener el coeficiente de desarrollo de la línea del parteaguas y el parámetro de forma de una cuenca................................................................ 54 Figura 4.13. Determinación de la longitud Lc de una cuenca regular....................................... 55 Figura 4.14. Determinación de la longitud Lc de una cuenca irregular .................................... 55 Figura 4.15. Estimación del ancho máximo Bmáx de una cuenca ............................................ 56 Figura 4.16. Estimación del coeficiente de asimetría de una cuenca ...................................... 57 Figura 4.17. Esquema de análisis y ejemplo para el cálculo de la pendiente en una faja según Alvord. .................................................................................................................. 63 Figura 4.18. Malla de análisis y ejemplo para el cálculo de la pendiente de la cuenca según Horton................................................................................................................... 63 Figura 4.19. Gráfica de la curva hipsométrica ......................................................................... 66 Figura 4.20. Curvas para el análisis hipsométrico de las cuencas (Campos Aranda 1998) .... 66 Figura 4.21. Determinación del orden de las corrientes de una red de drenaje ....................... 67 Figura 4.22. Configuración general de un sistema hidráulico .................................................. 73 Figura 4.23. Esquema representativo de las principales obras de captación ......................... 74 Figura 4.24. Esquema de hidrograma anual de escurrimiento en un rio y demanda .............. 75 Figura 4.25. Principales componentes de una presa.............................................................. 76
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Figura 4.26. Definición de la hidrografía y el parteaguas en una cuenca hidrológica .............. 79 Figura 5.1. Ubicación de los sitios de presas propuestas........................................................ 81 Figura 5.2.Recorrido de campo a los diferentes sitios propuestos .......................................... 84 Figura 6.1. Localización de la cuenca Alto-Amatzinac ............................................................ 86 Figura 6.2. Vista panorámica de la cuenca Alto Amatzinac .................................................... 87 Figura 6.3. Geología en el área aledaña al ............................................................................. 88 sitio de construcción de la presa ............................................................................................. 88 Figura 6.4. Relieve en el área aledaña al sitio de construcción de la presa ............................ 89 Figura 6.5. Edafología en el área aledaña .............................................................................. 90 al sitio de construcción de la presa ......................................................................................... 90 Figura 6.6. Variación anual de la precipitación media mensual en la cuenca .......................... 92 Figura 6.7. Variación histórica de la precipitación media anual en la cuenca .......................... 93 Figura 6.8. Isoyetas en la cuenca Alto Amatzinac ................................................................... 93 Figura 6.9. Variación anual de la temperatura media mensual en la cuenca ........................... 95 Figura 6.10. Variación histórica de la temperatura media anual en la cuenca ......................... 95 Figura 6.11. Isotermas en la cuenca Alto Amatzinac .............................................................. 96 Figura 6.12. Evapotranspiración media anual ......................................................................... 98 de la presa Alto Amatzinac ..................................................................................................... 98 Figura 6.13. Clima en la cuenca Alto Amatzinac ..................................................................... 99 Figura 6.14. Ubicación de la cuenca de la presa Alto Amatzinac en las cuencas y subregiones hidrológicas ........................................................................................................ 100 Figura 6.15. Glaciares del volcán Popocatépetl .................................................................... 101 Figura 6.16. Uso del suelo de la cuenca Alto Amatzinac ....................................................... 102 según la carta de INEGI,escala 1:250,000 ............................................................................ 102 Figura 6.17. Uso de suelo: bosque ....................................................................................... 103 Figura 6.18. Uso de suelo: área desnuda ............................................................................. 104 Figura 6.20. Uso de suelo: pastizal ....................................................................................... 105 Figura 6.21. Uso de suelo: barbecho .................................................................................... 105 Figura 8.2. Volumen de escurrimiento en el periodo 1959-2005 en la estación Alpanocan ... 119 Figura 8.3. Tendencia de los escurrimientos de la parte Alto-Amatzinac .............................. 122 Figura 8.5. Comportamiento y tendencia de la Precipitación de la Estación Hueyapan ........ 124 Figura 8.5. Parte alta, media y baja de la cuenca río Amatzinac. ......................................... 127 Figura 8.7. Gráfica áreas-capacidades de la presa Alto Amatzinac ...................................... 133 Figura 8.8. Vista lateral del proyecto de presa para la .......................................................... 137
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zona alta de la barranca Amatzinac ...................................................................................... 137 Figura 8.9. Área de muestreo de suelo ................................................................................. 139 Figura 8.10. Cultivos establecidos en la zona de estudio ...................................................... 141
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ESTUDIO DE FACTIBILIDAD HIDROLÓGICA DE LA PRESA ALTO AMATZINAC EN EL ESTADO DE MORELOS Departamento de Suelos. Universidad Autónoma Chapingo Chapingo, México, C.P. 56230 Fernández de la Vega L. Raymundo1
RESUMEN Las condiciones hidrológicas prevalecientes en el municipio de Tetela del Volcán en el estado de Morelos han cambiado drásticamente en los últimos años, tanto por razones naturales como antropogénicas. Desde su origen son captados los manantiales que le dan origen a los escurrimientos y ha disminuido considerablemente el flujo base del río durante la época de estiaje, que se agudiza por la reducción de los caudales de los propios manantiales, hechos que han venido propiciando la escasez de agua en la parte baja de la barranca Amatzinac. Las condiciones anteriores, además del incremento de la población y a una mayor utilización de las concesiones, ha aumentado la presión sobre el recurso hídrico; también, añadiéndole la gran proliferación de usuarios irregulares de la comunidad de Tetela del Volcán y Hueyapan, por abastecerse de agua para sus cultivos, conectándose de la corriente superficial que baja de la barranca Amatzinac, provocando así, que la zona de la parte baja no se abastezca, resultando un déficit en los aprovechamientos ubicados aguas abajo. Provocando la disminución de su superficie cultivada, la pérdida parcial de sus cultivos y sobre todo problemas sociales entre ellos y con los pueblos de la parte alta. Ante esta situación, la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) ha tomado acciones para resolver el problema y es a partir de 1990 cuando dan inicio los trabajos del denominado “Proyecto Barranca Amatzinac”, para atender la problemática generada por la falta de agua de riego, tanto en la parte Baja como la Alta de la barranca, en la búsqueda de soluciones alternas que permitan resolver en forma integral la problemática de la zona. Una forma de contrarrestar la problemática es la proyección de una presa de almacenamiento que contribuya a incrementar la disponibilidad de agua para riego agrícola en el periodo de estiaje, por lo que se propone el sitio Alto Amatzinac y de ser factible hidrológicamente contribuya a alcanzar el objetivo planteado.
Palabras clave: Cuenca, Hidrología Superficial, Escurrimiento, Presa y Tetela del Volcán.
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HYDROLOGIC FEASIBILITY STUDY OF AMATZINAC HIGH DAM IN THE STATE OF MORELOS Fernández de la Vega L. Raymundo1
ABSTRACT Hydrological conditions in the town of Tetela del Volcán in Morelos State, have dramatically changed in recent years, by natural and anthropogenic reasons. The springs, which give rise to runoff, are conducted and significantly decreased the base flow of the river during the dry season, these facts have been promoting the shortage water in the bottom of the canyon Amatzinac. The above conditions, growth population, and too much concessions, has increased pressure on water resources, also adding to the proliferation of irregular users of the community of Tetela del Volcán and Hueyapan for water supplies for their crops, connecting surface current coming down from the canyon Amatzinac, causing that area of the bottom not being served, resulting in a shortfall in harvests downstream. Causing decrease of cultivated area, partial loss of their crops and many social problems among themselves and with the peoples of the highlands. In response, the National Water Commission (CNA) has taken steps to resolve the problem and since 1990 when they start the work of "Project Amatzinac Canyon" to address the problems caused by lack of irrigation water both the lower and the upper canyon, in the search for alternative solutions to resolving the issue comprehensively in the area One way to counter the problem is the projection of a storage dam to help increase water availability for agricultural irrigation in the dry period, so the site proposed is the “High Amatzinac” to support the goal raised. Key words: Basin, Hydrology, Runoff, Dam and Tetela del Volcán.
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1. INTRODUCCIÓN La sobreexplotación de los recursos naturales en el mundo, en el caso particular el agua, ha sido resultado de la falta de conocimiento y conciencia del hombre sobre la posible irreversibilidad de su deterioro y de la carencia total de planeación y manejo sustentable del recurso, ocasionando en todos los rincones del planeta su agotamiento y extinción en varias zonas, que están condenadas a convertir grandes áreas, antes ricas en agua, suelo y bosque, en tierras desérticas y por áreas infértiles e improductivas. Nuestro país, por supuesto, no escapa de esta corriente; más aún, algunas de sus áreas son excelente ejemplo de esta situación. Un ejemplo claro ocurre en el oriente del estado de Morelos en la barranca Amatzinac puesto que el agua que escurre en ella, es para uso agrícola, ya que desde hace años existen concesiones otorgadas durante el virreinato, así como reconocimientos de derechos de agua para riego que datan de 1926, otorgados por decreto presidencial, por la antigua Comisión Nacional Agraria; y finalmente la utilización de las concesiones, básicamente a partir de la segunda mitad de la década de los 80´s, otorgadas por la SRH en el año de 1951 a los usuarios de la parte alta de la cuenca, mediante un reglamento publicado en el Diario Oficial de la Federación, derivados de que, en su momento, también la antigua Comisión Nacional Agraria dotó a los pobladores de la parte alta de la cuenca de “tierras, bosques y aguas”. Las condiciones hidrológicas prevalecientes en la zona han cambiado drásticamente en los últimos años, tanto por razones naturales como antropogénicas; ya que desde sus inicios los manantiales que le dan origen a los escurrimientos de la barranca Amatzinac han disminuido considerablemente el flujo base del río durante la época de estiaje, que se agudiza por la reducción de los caudales de los propios manantiales, hechos que han venido propiciando la escasez de agua en la parte baja de la barranca Amatzinac. Situaciones que aunadas al incremento de la población y a una más plena a la utilización de las concesiones, ha aumentado la presión sobre el recurso hídrico; además, otro problema que aumenta dicha presión es la fuerte proliferación de usuarios irregulares de la zona, por abastecerse de agua con fines agrícolas, conectándose de la corriente superficial que baja de la barranca Amatzinac, provocando así, que la zona de la parte baja no se abastezca, resultando un déficit total para los aprovechamientos ubicados aguas abajo; mismo que ha provocado la disminución de su superficie cultivada, la pérdida parcial de sus cultivos y sobre todo problemas sociales que han surgido en la barranca, principalmente en la parte alta entre las comunidades de Tetela del volcán y Hueyapan. Ante esta situación, la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) ha tomado acciones para resolver el problema, y es a partir de 1990 cuando dan inicio los trabajos del denominado “Proyecto Barranca Amatzinac”, para atender la problemática generada
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por la falta de agua de riego, tanto en la parte baja como la alta de la barranca, en la búsqueda de soluciones alternas que permitan resolver en forma integral la problemática de la zona. Por tal motivo, se pretende incrementar la disponibilidad de agua para consolidar la zona de riego de las Unidades de Riego de la región de la parte alta de la barranca de Amatzinac, así como recuperar los niveles de plantación en este sitio, lo que llevará en términos generales al abatimiento del rezago social de los productores morelenses de la región oriente del estado, además de aminorar significativamente los serios conflictos sociales derivados de la competencia por el uso del agua para riego entre los pobladores, presentes desde muchos años atrás. Por lo anterior, se proyecta la construcción de una presa de almacenamiento denominada en este caso, Presa Alto Amatzinac capaz de incrementar la disponibilidad de agua para riego de los cultivos establecidos en la zona para el periodo de estiaje y darle así, un aprovechamiento y uso racional del recurso hídrico. Por lo que, se analizara y determinara el volumen disponible de agua y de ser factible contribuya a alcanzar el objetivo planteado.
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2. OBJETIVOS 2.1. General Determinar la Factibilidad Hidrológica de la presa Alto Amatzinac con fines de aprovechamiento para riego
2.2. Particulares
Delimitar y caracterizar fisiográficamente la cuenca hidrológica
Ubicar y caracterizar las principales fuentes y usos del agua
Estimar la disponibilidad de agua existente en la área de estudio
Dimensionar la presa con el fin de conocer su capacidad útil
Determinar la superficie total beneficiada
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3. ANTECEDENTES 3.1. Situación actual del recurso hídrico De acuerdo a los estudios por la propia CONAGUA en la actualidad, los sistemas hidroagrícolas que existen, en el área afectada a la barranca Amatzinac desde sus orígenes en las faldas del volcán Popocatépetl, hasta la presa El Abrevadero ubicado en la comunidad de Tenango, funcionan de manera dependiente, el grado que las tres Unidades de Riego (UR) existentes, se han integrado en una frente común, al constituirse la empresa “UNIDADES DE RIEGO DE LA BARRANCA AMATZINAC DE LOS ESTADOS DE MORELOS Y PUEBLA, S. DE R.L. DE I.P. DE C.V.” como estrategia para resolver la problemática que aqueja en esta zona, y que de acuerdo a dichos estudios, se concentra en los problemas fundamentales que se citan y describen de manera general en los siguientes temas. 3.1.1.
Uso ineficiente del agua
Una característica de la UR de la parte alta es que prácticamente no cuenta con infraestructura hidroagrícola, tal como: canales de conducción o distribución, obras de derivación o captación para la aplicación de agua a los cultivos; la infraestructura existente se reduce a las “Tomas” – denominados así por los usuarios irregulares que se implementan sobre el cauce de la barranca, y que año con año de manera provisional los usuarios emplean piedras, palos y costales de manera de captar agua proveniente de los escurrimientos , y como consecuencia durante la temporada de lluvias las tomas se destruyen por las fuertes avenidas que circulan en la parte alta (Figura 3.1). Como se ha entendido, la unidad de riego no cuenta con obras para captar y almacenar el agua, por lo que han dependido de los escurrimientos que se originan en la cuenca y que se encausan en la propia barranca, desde donde se derivan los escurrimientos a las parcelas aledañas a la barranca y con derecho de su uso; hecho que en aproximadamente 20 tomas con concesión de agua no ha podido ser en los últimos años, debido a que el agua corriente en la barranca a mermado y desaparecido por completo en las épocas de estiaje del año y cuyas causas son el principal problema que aqueja a las Unidades de Riego de la Barranca.
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Figura 3.1. Proliferación de usuarios y tomas Clandestinas (1 y 2), Uso irracional de agua (3) e Implementación de costales para la creación de embalses para la toma de agua (4) No obstante, los usuarios de la UR aun siendo parte del uso irregular del agua mediante mangueras, las cuales llegan a tener una longitud de hasta 15 km , mantienen la postura de usuarios afectados en sus parcelas con derecho, gestionando y reclamando ante las dependencias de gobierno sus derechos otorgados en la concesión de agua; por lo que, particularmente el gobierno federal a través de la CONAGUA está concentrando recursos materiales, humanos y sobre todo económicos para que los usuarios del agua hagan un uso eficiente y racional de la misma, y por otro lado, se incremente la disponibilidad de agua en la UR. 3.1.2.
Abastecimiento de agua insuficiente
La barranca Amatzinac como se sabe, distribuye agua a varios municipios que se encuentran en la parte alta, media y baja de la barranca, en la que cada uno de ellos, cuenta con una UR, dedicadas a distribuir el agua equitativamente. Sin embargo, la cantidad de agua que es extraída por los usuarios irregulares de la parte alta no
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permite realizar tal distribución, afectando a los habitantes de la parte media y baja. La cantidad demandada se muestra en la Cuadro 3.1. Cuadro 3.1. Volumen requerido por cada Unidad de Riego Unidad de Riego
Superficie (ha)
Alta Media Baja
80.8 291.8 1032.4 1,450
Lamina Bruta (m) 1 1 1
Volumen Requerido (m3) 808,000 2,918,000 10,324,000 14,050,000
Fuente: CONAGUA, 2009.
Sin embargo, aun con la capacidad de almacenamiento que presenta la infraestructura hidroagrícola de la parte media y baja de la barranca, no se cuenta con el volumen suficiente para distribuir el agua al resto de los municipios, perjudicando así, a los habitantes de aguas abajo de la barranca Amatzinac, como es el caso de Temoac, Jantetelco, entre otros. En la Cuadro 3.2 se muestra el volumen disponible que almacena las presas y bordos presentes a lo largo de la barranca. Cuadro 3.2. Volumen disponible de acuerdo a la Infraestructura hidroagrícola Nombre Presa Barreto Presa Socavones Presa Amilcingo Presa Jantetelco Presa Abrevadero Bordo Mariano Escobedo Bordo La Ampliación Bordo La Hera Bordo Chicomucelo Bordo El Sitio Bordo San Andrés 1 Bordo San Andrés 2 Bordo San Andrés 3 Bordo Piedra Silleta Bordo Los Arcos Bordo Tenango Bordo Los Sauces TOTAL
Capacidad Total (m3) 372,800 220,000 162,000 357,366 1,317,000 150,000 60,000 300,000 30,000 100,000 150,000 80,000 40,000 200,000 300,000 33,000 150,000 4,022,166
Coeficiente de Almacenamiento 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 1
Volumen Útil (m3) 266,000 132,000 146,000 95,990 740,000 300,000 120,000 600,000 60,000 200,000 300,000 160,000 80,000 200,000 600,000 66,000 150,000 4,215,990
Fuente: CONAGUA, 2011.
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Como se puede observar, el volumen disponible de acuerdo a la infraestructura ya establecida y en operación es de 4.21 Mm 3. Por lo que, existe una deficiencia de riego del 36%, es decir de 1.49 Mm3.
3.1.3.
Uso irregular y clandestino del agua
Estos aprovechamientos de agua que toman los usuarios de la parte alta son con el fin de abastecer sus terrenos agrícolas, ya que la mayoría de la población se dedica a la Agricultura (Tetela del Volcán y Hueyapan) cuya producción radica en durazno, aguacate, ciruela y pera principalmente, esto en cuanto a las tomas directas; por otro lado los manantiales es para uso domestico. 1
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Figura 3.2. Uso irregular del agua (1 y 2); Forma de riego desorganizado (3 y 4)
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3.1.4.
Diferencia y descontento social
En el municipio han surgido problemas entre los habitantes de la comunidad de Tetela del volcán y Hueyapan, de los cuales la causa principal ha sido la disputa del recurso agua que escurre en la barranca Amatzinac. En caso particular, por el manantial conocido como Las Minas, ya que este abastecía a ambas partes. Sin embargo, el conflicto radica en dos puntos, una que los habitantes de Hueyapan controlan el recurso, tomando más agua de la debida según el título de concesión, afectando a los habitantes de Tetela. Y la otro punto es a quien le pertenece el manantial, ya que por su localización los habitantes de Hueyapan, dicen que les pertenece, y los de Tetela argumentan lo mismo; por otra parte, el agua es propiedad federal. Dicho conflicto lleva más de 20 años en los cuales las dos partes afectadas siguen por la disputa del recurso vital. Por ello, la CONAGUA tomó cartas en el asunto, y dar una solución viable para mantener la paz social entre ambas partes. Una de ellas, consiste en implementar sistemas de riego tecnificado y la propuesta de una presa de almacenamiento. Sin embargo, los habitantes de Tetela y Hueyapan convinieron en relación al manantial Las Minas, respetar el volumen establecido en el título de concesión con el que cuenta la comunidad de Hueyapan, y liberar el volumen restante, con el fin de restablecer el flujo natural del agua a las cascadas Las Minas y El Salto, para desarrollar proyectos ecoturísticos en ellas y terminar por fin con el conflicto.
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4. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 4.1. Importancia de la hidrología Según Aparicio (1962), dice que: “La hidrología es la ciencia natural que estudia al agua, su ocurrencia, circulación y distribución en la superficie terrestre sus propiedades químicas y físicas y su relación con el medio ambiente incluyendo los seres vivos”. Aceptando esta definición, es necesario limitar la parte de la hidrología que se estudia en la ingeniería a una rama que comúnmente se llama ingeniería hidrológica o hidrología aplicada, que incluye aquellas partes del campo de la hidrología que atañen al diseño y operación de proyectos de ingeniería para el control y aprovechamiento del agua. Sin excepción estos diseños requieren de análisis hidrológicos cuantitativos para la selección del evento de diseño necesario. Por lo que, el análisis hidrológico exhaustivo es el primer paso fundamental en la planeación, diseño y operación de proyectos hidráulicos, el cual se dirige básicamente a fijar la capacidad de almacenamiento y seguridad de estructuras hidráulicas. Las dimensiones físicas o la capacidad de conducción de una estructura hidráulica se determinan, desde luego, de acuerdo con los volúmenes y gastos que se desean almacenar, controlar o transmitir. En este sentido, se requieren estudios hidrológicos para determinar la disponibilidad de fuentes naturales y para saber si el abastecimiento de la fuente es adecuado en todo tiempo, o si se requerirá de otras estructuras para corregir las deficiencias o para disponer de los volúmenes excedentes de agua. Así es que la hidrología, en cuanto trata con un aspecto importante y vital del medio ambiente, que es el agua, es una ciencia esencial para el aprovechamiento de los recursos hidráulicos y el diseño de obras de defensa, tal sea el caso.
4.2. Ciclo hidrológico y fuentes de abastecimientos El origen de las fuentes de las cuales se sirve el hombre para su desenvolvimiento cotidiano es el ciclo Hidrológico, es decir, los pasos del agua circulando durante el transcurso del tiempo a través de distintos medios (Figura 4.1). Tomando como punto de partida la evaporación del agua en la superficie del océano, el agua en estado gaseoso circula con la atmósfera presentando desplazamientos verticales y horizontales.
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Figura 4.1. Ciclo Hidrológico En la atmósfera se condensa y se precipita nuevamente a la superficie: tres cuartas partes del mismo océano y un poco menos de la cuarta parte a la superficie continental. En el océano y en el continente inicia nuevamente el paso de evaporación y en la superficie continental llena lagos, se infiltra en el terreno y circula dentro de él para aflorar en áreas de menor elevación o hasta volver subterráneamente al mar, se retiene en la vegetación y finalmente escurre superficialmente y forma causes desembocando en lagos o vasos de almacenamiento artificiales para su regulación a fin de usarla, o controlar los caudales de escurrimiento para su uso; de la superficie de terreno se produce la evaporación de agua que transporta la atmósfera junto con la que transpiran los organismos animales y vegetales y el resto vuelve al mar. Así, gracias al ciclo hidrológico, se encuentran disponibles en la naturaleza las siguientes fuentes de abastecimiento principalmente. a) Agua superficial: b)Agua subterránea: c)Agua atmosférica:
d) Agua salada:
es aquella agua que precipita y escurre sobre la superficie del suelo es aquella agua que se infiltra y percola a niveles inferiores al nivel freático. es aquella agua que se evapora de ríos y lagos, y se concentra en la atmosfera y posteriormente se condesa y cae en forma de lluvia, neblina o nieve. es aquella agua proveniente del mar, la cual presenta altos niveles de sales
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Se recurre a las aguas atmosféricas y a las saladas muy raras veces y solamente cuando no existe otra posibilidad ya sea por escasas o de muy mala calidad las aguas subterráneas y superficiales, o también en ocasiones por factores económicos. En el caso de las aguas atmosféricas, tienen el inconveniente de que se requiere de obras civiles importantes para recolectarlas y almacenarlas en las cantidades requeridas, por lo que sólo podrán emplearse en poblaciones muy pequeñas. Para las aguas saladas, la Ingeniería Sanitaria ha desarrollado nuevas tecnologías que permiten desalarla para ser utilizada como fuente de abastecimiento de agua potable, pero por su alto costo de inversión operación y mantenimiento, tales tecnologías resultan prohibitivas en nuestro medio y solo se aplican en casos excepcionales (César, 1994). Por lo tanto, hay dos grandes fuentes de abastecimiento de agua: las aguas superficiales y las aguas subterráneas. Cada una de ellas tienen diferentes características que pueden verse en el Cuadro 4.1. Es importante destacar que el abastecimiento del agua no depende solamente de qué fuente esté disponible, sino también de la cantidad y calidad del agua. Las aguas superficiales incluyen ríos, lagos y acuíferos superficiales que no estén confinados. Algunas ventajas obvias de las aguas superficiales son su disponibilidad y que están visibles; son fácilmente alcanzadas para el abastecimiento y su contaminación puede ser removida con relativa facilidad. Las fuentes subterráneas están generalmente mejor protegidas de la contaminación que las fuentes superficiales por lo que su calidad es más uniforme. El color natural y la materia orgánica son más bajos en las aguas subterráneas que en las superficiales, de allí que el tratamiento para remoción de color no lo requieren; esto al mismo tiempo significa que los trihalometanos (compuestos químicos volátiles que causa daños hepáticos al hombre) son bajos en las aguas tratadas producidas a partir de aguas subterráneas. Cuadro 4.1. Principales diferencias entre aguas superficiales y aguas subterráneas Característica Temperatura Turbiedad, materias en suspensión Mineralización
Agua Superficial
Agua Subterránea
Variable según las estaciones
Relativamente constante
Variables, a veces elevadas
Bajas o nulas
Variable en función de los terrenos, precipitación, vertidos, Bajas o nulas etc.
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Característica Hierro y manganeso Gas carbónico agresivo Amoniaco Sulfuro de Hidrógeno Sílice Nitratos Elementos vivos Oxígeno disuelto
Agua Superficial
Agua Subterránea
Generalmente ausente excepto en el fondo de los cuerpos de Generalmente presentes agua en estado de eutrofización Normalmente ausente o Generalmente ausente muy bajo Presencia frecuente sin Presente sólo en aguas ser índice de contaminadas contaminación Ausente Normalmente presente Contenido normalmente Contenido moderado elevado Contenido a veces Muy bajos en general elevado Bacterias, virus, plancton Ferro bacterias Normalmente próximo a la Normalmente ausente o saturación muy bajo
Fuente. César Valdez, 1994.
4.3. Precipitación Desde el punto de vista de la hidrología aplicada, la precipitación es la fuente primaria del agua en la superficie terrestre, y sus modificaciones forman el punto de partida de la mayor parte de los estudios concernientes al uso y control del agua. 4.3.1.
Formas de precipitación
En las latitudes media la precipitación ocurre en muchas formas dependiendo de las condiciones meteorológicas existentes, distinguiéndose los siguientes:
Lluvia: gotas superior a 0.5mm. y se divide en llub¡via ligera, media e intensa.
Granizo: está constituido por pedrizcos de hielo de 5 a 50mm., los cuales son producto de la condensación de gotas de lluvia formando granos de hielo.
Nieve: son cristales de hielo de color blanco, translucido ramificado generalmente en forma de estrellas hexagonales.
Roció: es el vapor de agua que se condensa sobre la superficie a causa de que el aire ambiental sufre un descenso de temperatura, nunca inferior a 0 grados Centigrados.
Escarcha: se forma gracias al proceso físico de sublimación. Es decir, las gotas de lluvia situadas en la superficie se enfrían a 0 grados centígrados.
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4.3.2.
Tipos de precipitación
El tipo y cantidad de precipitación depende enormemente del tipo y cantidad de enfriamiento y de la humedad existente en el aire. De este modo, la única causa de cualquier cantidad considerable de precipitación, puede ser clasificada de acuerdo con la causa del movimiento ascendente. Como son:
Precipitaciones por convección: Cuando masas de aire cálido, ascienden en altura, y posteriormente se enfrían, se genera precipitación. Son típicas de regiones cálidas y húmedas
Precipitaciones orográficas: Las masas de aire caliente ascienden sobre un relieve montañoso. Seguidamente el aire se enfría lo suficiente como para formar nubes y precipitar en forma líquida. Son típicas de regiones montañosas.
Precipitaciones frontales: Cuando dos masas de aire de diferentes temperaturas, chocan de forma frontal, la masa de aire caliente asciende por encima de la de aire frío, enfriándose a su vez. Son las conocidas tormentas de verano, y en algunos casos, en nuestro país originan la "gota fría".
4.3.3.
4.3.3.1.
Análisis de los datos de precipitación Precipitación media
La altura de la lluvia que cae en un sitio dado difiere de la que cae en los alrededores aunque sea en sitios cercanos. Los aparatos que registran la lluvia de manera puntual son los pluviográfos y pluviómetros, es decir, la que se produce en el punto en el que está instalado el aparato y, para cálculos ingenieriles, es necesario conocer la lluvia media, por lo que existen tres tipos: A) Media aritmética Consiste en realizar la suma del valor registrado en cada una de las estaciones pluviométricas y/o pluviográficas del área en estudio y dividirla por el número total de estaciones analizadas, siendo el valor así hallado la lluvia media. Se trata de un método de resolución rápida de que conlleva un grado de precisión muy relativo, el cual depende de: el número de estaciones pluviométricas y/o pluviográficas, la forma en que estén localizadas y la distribución de la lluvia estudiada. Es el único método que no requiere de un conocimiento previo de la ubicación de cada estación. El valor buscado se calcula haciendo.
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B) Método de los Polígonos de Thiessen Para aplicar este método se requiere conocer la ubicación de cada estación dentro o en la periferia de la cuenca, identificando el área de influencia de cada pluviómetro. Así se van formando triángulos entre las estaciones más cercanas uniéndolas con segmentos rectos sin que éstos se corten entre sí y tratando que los triángulos sean lo más equiláteros posibles. A partir de allí se trazan líneas bisectoras perpendiculares a todos los lados de los triángulos, las que al unirse en el baricentro de cada triángulo conforma una serie de polígonos que delimitan el área de influencia de cada estación. El área de influencia de cada estación considerada (polígono) está comprendida exclusivamente dentro de la cuenca. C) Método de las Curvas Isoyetas Para aplicar este criterio se debe contar con un plano de curvas isoyetas de la tormenta en estudio. Las isoyetas son curvas que unen puntos de igual valores de lluvia y para trazarlas se requiere un conocimiento general del tipo de tormentas que se producen en las zonas de precipitaciones orográficas. Primeramente, se utilizan los mismos segmentos que unen las estaciones en estudio, según Thiessen; y para cada uno de ellos, en función de los montos de lluvia de dichas estaciones, se van marcando sobre los mismos, los valores de lluvia con el cual se irán formando las isoyetas.
4.4. Escurrimiento superficial El escurrimiento es la parte de la precipitación que aparece en las corrientes fluviales superficiales, perennes, intermitentes o efímeras, y que regresa al mar o a los cuerpos de agua interiores. Dicho de otra manera, es el deslizamiento virgen del agua, que no ha sido afectado por obras artificiales hechas por el hombre (Chow, 1964). Durante el ciclo del escurrimiento, las aguas que enriquecen las corrientes superficiales, son conocidas como escorrentías y pueden alimentar las corrientes en forma perenne o temporal y lo pueden hacer superficialmente o en forma subterránea, en otras palabras las aguas que llegan a los cauces de drenaje a partir del parte de una cuenca constituyen los volúmenes escurridos provenientes de la lluvia, pudiendo ocurrir por vía subterránea o superficial (Aparicio, 2001). Una parte de la lluvia es interceptada por las plantas, otra se deposita en almacenamientos superficiales; una más se infiltra incrementando las corrientes subterráneas saturando primero el suelo y la parte restante escurre superficialmente hacia los cauces naturales de drenaje, formando así, las corrientes.
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4.4.1.
Tipos de escurrimientos
Existen tres tipos de escurrimientos los cuales son superficial, subsuperficial y subterránea.
4.4.1.2.
Escurrimiento superficial
Es solo una parte de la precipitación, ya que el resto puede ser interceptado por la vegetación, puede ser almacenada, infiltrarse o ser retenida por el suelo, o bien puede evaporarse Para estimar los escurrimientos superficiales, es necesario considerar la porción de la precipitación que es interceptada en sus diferentes formas y posteriormente estimar la cantidad de lluvia que forma el escurrimiento. Para calcular el volumen de agua que puede almacenarse, basta con conocer el escurrimiento medio de la cuenca y el área de la misma, sin embargo, para la mayoría de las obras de conservación, es necesario determinar los escurrimientos máximos.
4.4.1.3.
Escurrimiento subsuperficial
Es la parte del agua que se desliza a través de los horizontes superiores del suelo hacia las corrientes. Una parte de este tipo de escurrimiento entra rápidamente a formar parte de las corrientes superficiales y a la otra le toma bastante tiempo el unirse a ellas.
4.4.1.4.
Escurrimiento subterráneo
Es aquél que, debido a una profunda percolación del agua infiltrada en el suelo, se lleva a cabo en los mantos subterráneos y que, posteriormente, por lo general, descarga a las corrientes fluviales. A la parte de la precipitación que contribuye directamente al escurrimiento superficial se le llama precipitación en exceso. El escurrimiento subterráneo y la parte retardada del escurrimiento subsuperficial constituyen el escurrimiento base de los ríos. La parte de agua de escurrimiento que entra rápidamente en el cauce de las corrientes es a lo que se llama escurrimiento directo y es igual a la suma del escurrimiento subsuperficial más la precipitación que cae directamente en los cauces (Figura 4.1).
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Figura 4.1. Diagrama del Escurrimiento
4.4.2.
Factores que afectan el escurrimiento
Los factores que llegan a influenciar en el escurrimiento, son dos grupos: uno los factores climáticos y otro los factores fisiográficos principalmente. En los factores climáticos se incluye el efecto de la lluvia, de la nieve y de la evapotranspiración, los que tienen enorme importancia, debido a que son afectados por los cambios estacionales, ocasionados por el clima dominante.
Lluvia FACTORES CLIMATICOS
Intensidad Duración Tiempo de distribución Área de distribución Frecuencia
Nieve Evapotranspiración
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En el segundo grupo se incluyen los factores fisiográficos, los cuales de divide en dos clases; en una se agrupan las características de la cuenca que comprenden las características de la geométricas y físicas y en la otra clase se se inclyen las características del cauce principal de drenaje, como son las propiedades hidráulicas, su capacidad de regulación o almacenamiento del cauce, etc.
Factores Geométricos FACTORES FISIOGRÁFICOS Factores físicos
Área de drenaje Topografía Pendiente Red de Drenaje Pendiente del Cauce Cubierta del Suelo Uso de Suelo Tipo de suelo Condición Infiltración Superficial Condición Geológica (Permeabilidad) Condiciones Topográficas
Los factores señalados, ocasionan comportamiento diferente del escurrimiento en la mayoría de la cuencas grandes, perceptibles solo al compararlos con los escurrimientos de una cuenca pequeña desde el punto de vista hidrológico, es de tal importancia el efecto de estos factores, que por él se pueden diferenciar cuencas grandes de pequeñas, pero considerando el tamaño no como una función de la extensión del terreno, sino en el efecto de ciertos factores climáticos o fisiográficos dominantes.
4.5. Relación lluvia-escurrimiento Es común que no se cuente con registros adecuados de escurrimiento en el sitio de interés para determinar los parámetros necesarios para el diseño y operación de obras hidráulicas. En general, los registros de precipitación son más abundantes que los de escurrimiento y, además, no se afectan por cambios en la cuenca, como construcción de obras de almacenamiento y derivación, talas, urbanización, etc. Por ello, es conveniente contar con métodos que permitan determinar el escurrimiento en una cuenca mediante las características de la misma y la precipitación. Los principales parámetros que intervienen en el proceso de conversión de lluvia a escurrimiento son los siguientes: 1. Área de la cuenca. 2. Altura total de precipitación.
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3. Características generales o promedio de la cuenca (forma, pendiente, vegetación, etc.). 4. Distribución de la lluvia en el tiempo. 5. Distribución en el espacio de la lluvia y de las características de la cuenca. Debido a que, por un lado, la cantidad y calidad de la información disponible varían grandemente de un problema a otro y a que, por otro, no siempre se requiere la misma precisión en los resultados, se han desarrollado métodos para analizar la relación lluvia-escurrimiento.
4.6. Hidrometría Se encarga particularmente de medir, registrar, calcular y analizar los volúmenes de agua que circulan en una sección transversal de un río o arroyo, por lo que sus técnicas resultan útiles para la determinación de los caudales ecológicos que deben circular por dichos cauces naturales libres. Por lo que, Hidrometría se define como: la parte de la hidrología que tiene por objeto medir el volumen de agua que pasa por unidad de tiempo dentro de una sección transversal del flujo o corriente (Franquet, 2009). La hidrometría, aparte de medir el caudal del agua circulante por una conducción libre (por gravedad) o forzada (a presión), comprende también el planear, ejecutar y procesar la información que se registra de un sistema de riego de una cuenca hidrográfica, o de un sistema urbano o industrial de distribución del agua. En este contexto, la hidrometría tiene dos propósitos generales: 1. Conocer el volumen de agua disponible en la fuente (hidrometría a nivel de fuente natural). 2. Conocer el grado de eficiencia de la distribución del recurso (hidrometría de la operación). 4.6.1.
Disponibilidad media anual de agua superficial
El estudio del escurrimiento de los ríos como parte del ciclo hidrológico, incluye la distribución del agua y su trayectoria desde que se precipita sobre la tierra hasta que alcanza la red hidrográfica o vuelve directamente a la atmósfera a través de la evapotranspiración. La distribución del volumen total de agua caída durante una precipitación dada, depende tanto de las características y condiciones físicas naturales o artificiales de la cuenca, como de las características de la propia precipitación. Por lo tanto, para conocer la Disponibilidad media anual de Agua Superficial se debe
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estimar de acuerdo a las especificaciones que establece la NOM011-CNA-2000, se deben aplicar a los estudios para determinar la disponibilidad media anual de aguas nacionales en cuencas hidrológicas y en unidades hidrogeológicas. Por lo que, es necesario elaborar un Balance Hídrico Superficial; cuyo principio se basa sobre la conservación de masas, también conocido como ecuación de la continuidad. Esta establece que, para cualquier volumen arbitrario y durante cualquier período de tiempo, la diferencia entre las entradas y salidas estará condicionada por la variación del volumen de agua almacenada.
Figura 4.2. Componentes de entradas y salidas del sistema En la Figura 4.2 se muestra algunos componentes de entradas y salidas del sistema hidrológico, como son: la precipitación (E) y salidas como: la evapotranspiración (S), Escurrimiento (S) y Filtración (S).
4.6.2.
Métodos de Envolventes
Este método toma en cuenta sólo el área de la cuenca. Aunque no son métodos que analicen propiamente la relación entre la lluvia y el escurrimiento, se explicarán por ser de enorme utilidad en los casos en que se requieran sólo estimaciones gruesas de los gastos máximos probables, o bien cuando se carezca casi por completo de información. La idea fundamental de estos métodos es relacionar el gasto máximo Q con el área de la cuenca Ac en la forma:
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Donde: Qp: gasto máximo, en m3/s Ac: área de la cuenca, en km2 C: constante Los valores de la constante C son conocidos como valores de la envolvente; el valor mundial de C es igual a 100; la desaparecida SARH ha evaluado este coeficiente para cada una de las regiones hidrológicas en que está dividida la República Mexicana, (Figura 4.3), y los valores de C para cada una de ellas están indicados en la Cuadro 4.2.
Figura 4.3. Regiones hidrológicas de la Republica Mexicana, SARH (1978)
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Cuadro 4.2. Valores de las envolventes de gastos máximos Región hidrológica 1 3 8 9
10
11
12
13
14
18
Estación
Corriente
Cerca de Nestor California Río Tijuana El Ojo de Agua Río Purísima Río La Pitiquito I Asunción Santa Teresa Río Altar El Aguila Río Yaqui El Orégano Río Sonora Punto de Agua Río Mátape Tres Hermanas Río Mayo Huites Río Fuerte Río Bodiraguato Bodiraguato Baluarte Río Baluarte Acaponeta Río Acaponeta Río Los Fresnos 39 Andamácuaro Peñuelitos 20 Río de la Erre Yago Río Santiago Paso de Analco Río Santiago La Cuña Río Verde La Boquilla Río Huicicila El Caimán Río Bolaños Río Huayanamota II Huayanamota Arroyo Tarandacuao Tarandacuao Jumatán Río Ingenio El Refilión Río Huicicila Paso de Arocha Río Huicicila Puente Ameca Río Ameca La Vega Río Ameca Pijinto Río Ameca Las Gaviotas Río Ameca Puentes FFCC Río Ahualulco El Salitre Río Cocula San Martin Hidalgo Río San Martín Corrinchis Río Mascota La Desembocadura Río Mascota Río A-9 El Molino Ixtlahuacan
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C
2.947 1.163 5.000 12.000 16.000 6.000 5.000 33.000 58.000 59.000 99.000 110.000 14.000 14.000 19.000 13.000 6.000 5.000 5.000 11.000 10.320 3.000 5.000 27.000 1.000 1.000 7.000 9.000 3.000 1.000 5.000 7.000 9.000 23.600
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Región hidrológica 19 20 22 23 24 24 4.6.3.
Estación
Corriente
C
Tecpan El Salitre Ostuta Suchiate Oriente Cerca del río Sabinas Poniente El Cuchillo
Río Tecpan Río Omitlán Río Ostuta Río Suchiate Arroyo Pinto Río Sabinas Río San Juan
46.000 64.000 49.000 53.000 91.800 12.500 37.830
Método Racional
La fórmula racional es posiblemente el modelo más antiguo de la relación lluvia escurrimiento. Su origen se remonta a 1851 ó 1889, de acuerdo con diversos autores. Este modelo toma en cuenta, además del área de la cuenca, la altura o intensidad de la precipitación y es hoy en día muy utilizado, particularmente en el diseño de drenajes urbanos.
Donde: Qp: gasto pico, en m3/s C: coeficiente de escurrimiento, adimensional i: intensidad de lluvia para una duración que es igual, generalmente, al tiempo de concentración, en mm/hr A: área de la cuenca en km2 El valor del coeficiente de escurrimiento depende del tipo de área de drenaje, el uso del suelo, etc,. El tipo de suelo existente en la zona se determinó en base a la carta de uso y tipo de suelo del INEGI, para el área de la cuenca de captación los tipos de suelos (tabla 15). Debido a que la zona está constituida por diferentes tipos de cubierta y superficies, el coeficiente de escurrimiento C se obtuvo con un promedio pesado, obtenido de la siguiente Expresión :
Donde: Ci: coeficiente de escurrimiento que corresponde al área parcial A i Ai: área parcial i que tiene un cierto tipo de superficie.
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La intensidad de lluvia correspondiente al tiempo de concentración se debe obtener de curvas IDF, las cuales se obtienen de registros históricos de precipitación en distintas duraciones. En este caso, no se cuenta con dichas curvas ni registros históricos de diferentes duraciones por lo que, para obtener las intensidades se empleo el Método de Tormenta Sintética. El Soil Conservation Service del U.S. Department of Agriculture (1986) desarrolló hietogramas sintéticos de tormentas para utilizarse en los Estados Unidos con duraciones de tormentas de 6 y 24 horas. Estos hietogramas se dedujeron al utilizar la información presentada por Hershfield (1961) y Miller, Federick y Trace (1973) y datos de tormentas adicionales. Existen cuatro tormentas de 24 horas de duración, llamadas Tipo I, IA, II y III (Figura 4.4). Los Tipos I y IA corresponden al clima marítimo del Pacífico con inviernos húmedos y veranos secos. El Tipo III corresponde al Golfo de México y las áreas costeras del Atlántico, donde las tormentas tropicales producen lluvias de 24 horas muy grandes. El Tipo II corresponde al resto del país. En la Figura 4.5 se muestra la distribución de dichas tormentas en los Estados Unidos. El procedimiento seguido fue: determinar mediante este método, las intensidades máximas asociadas a diferentes duraciones de lluvia y un cierto periodo de retorno. Determinar mediante pruebas de bondad de ajuste (Chi cuadrado o Kolmogorov Smirnov) la distribución probabilística que mejor se ajusta a la serie histórica para precipitaciones máximas en 24 horas. Estimar mediante la distribución probabilística seleccionada (de mejor ajuste) la precipitación máxima en 24 horas correspondiente al periodo de retorno elegido. Desagregar la lámina total de lluvia diaria en láminas parciales, para cada hora a lo largo del día, de acuerdo al perfil del SCS considerado. Determinar las intensidades asociadas a cada hora. Establecer las intensidades máximas de consideradas (5, 10, 15, 30, 60, 120 min, etc).
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lluvia
para
diferentes
duraciones
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Figura 4.4. Hietogramas de lluvia de 24 horas del SCS
Figura 4.5. Localización en los Estados Unidos para la aplicación de los hietogramas de lluvia de 24 horas
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4.6.4.
Hidrograma Unitario
El método del hidrograma unitario fue desarrollado originalmente por Sherman (1932) y para su aplicación es necesario tener disponibles registros simultáneos de lluvias y escurrimientos. Las tres hipótesis fundamentales del método del hidrograma unitario son las siguientes: a) Tiempo base constante. Para una cuenca dada, la duración total de escurrimiento directo o tiempo base es la misma para todas las tormentas con la misma duración de lluvia efectiva, independientemente del volumen total escurrido. Todo hidrograma unitario está ligado a una duración de la lluvia en exceso. b) Linealidad o proporcionalidad. Las ordenadas de todos los hidrogramas de escurrimiento directo con el mismo tiempo base, son directamente proporcionales al volumen total de escurrimiento directo, es decir, al volumen total de lluvia efectiva. Como consecuencia, las ordenadas de dichos hidrogramas son proporcionales entre sí (Figura 4.6-a). c) Superposición de causas y efectos. El hidrograma que resulta de un periodo de lluvia dado puede superponerse a hidrogramas resultantes de periodos lluviosos precedentes (Figura 4.6-b). El hidrograma unitario de una cuenca se define como el hidrograma de escurrimiento directo, producido por 1 mm de lluvia en exceso, que cae con una intensidad uniforme sobre toda la cuenca durante un tiempo conocido como duración en exceso. Con la aplicación del hidrograma unitario se podrá predecir la forma del hidrograma de la avenida y el gasto máximo. El concepto del hidrograma unitario se ha usado de forma extensa en todo el mundo desde su publicación original y existen diferentes tipos de hidrogramas unitarios con características propias. A continuación se describen los más importantes.
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a
b
Figura 4.6. (a) Hidrograma de escurrimiento directo; (b) Hidrograma Unitario resultante
4.6.5.
Hidrograma Unitario Sintético
Si no se disponen de registros simultáneos de lluvia y escurrimientos, se puede estimar un hidrograma unitario para una cuenca hidrológica en estudio, a partir de alguna de las características fisiográficas de la cuenca. Para este tipo de aplicaciones se utiliza un hidrograma unitario obtenido en una cuenca o región hidrológica utilizando los parámetros fisiográficos del lugar donde fue calibrado. Se denominan hidrogramas unitarios sintéticos
4.6.5.5.
Hidrograma Unitario Triangular
Se ha desarrollado para cuencas pequeñas, su forma es triangular (Figura 4.7) y para su aplicación es necesario conocer las características fisiográficas de la cuenca. El gasto pico se obtiene con la Expresión:
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Figura 4.7. Hidrograma Unitario Triangular
Donde: Qp: gasto pico, en m3/s/mm A: área de la cuenca, en km2 tp: tiempo pico, en h tc: tiempo de concentración, en h tr: tiempo de recesión, en h
El tiempo pico esta dado por: El tiempo de recesión esta dado por:
El tiempo de concentración esta dado por: Para calcular el tiempo de concentración se usan relaciones empíricas, en ellas intervienen características fisiográficas de la cuenca, siendo una de las más utilizadas la propuesta por Kirpich (1940), la cual se define como:
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Donde: tc: tiempo de concentración, en horas L: longitud del cauce principal, en metros S: pendiente media del cauce principal El hidrograma de escurrimiento directo se calcula multiplicando cada una de las ordenadas del hidrograma unitario triangular (HUT) por la lluvia efectiva, Pe, expresada en mm.
4.6.5.6.
Hidrograma Unitario Adimensional del Servicio de Conservación de Suelos (SCS)
El Servicio de Conservación de Suelos Soil de los Estados Unidos (SCS, 1975) propone usar el hidrograma unitario adimensional de la Figura 4.8. La forma del hidrograma unitario queda definida al multiplicar los valores de las ordenadas y las abscisas, que aparecen en la Figura 4.8, por qp y tp, respectivamente, de la manera siguiente: 1. Se escoge un valor de t/tp y con el auxilio de la Figura 4.8 se obtiene q/qp. 2. Conocido qp se despeja el valor de q. 3. De la relación t/tp seleccionada se despeja el valor de t. 4. Se repite el procedimiento mencionado varias veces y los valores de q y t 5. así calculados y se dibujan para definir la forma del hidrograma unitario. El hidrograma de escurrimiento directo se obtiene multiplicando cada una de las ordenadas del hidrograma unitario por la lluvia efectiva, Pe, expresada en mm.
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Figura 4.8. Hidrograma unitario adimensional del Servicio de Conservación de Suelos (SCS)
4.7. Evapotranspiración El conocimiento de la evapotranspiración o uso consuntivo es un factor determinante en el diseño de sistemas de riego, incluyendo las obras de almacenamiento, conducción, distribución y drenaje. Especialmente, el volumen útil de una presa para abastecer a una zona de riego depende en gran medida del uso consuntivo (Aparicio, 2001). El concepto de evapotranspiración de referencia se define como la tasa de evapotranspiración de una superficie cultivada de césped verde extenso, de unos 8 a 12 cm de altura, bien desarrollado y uniforme, que cubre totalmente el suelo y tiene un crecimiento activo, estando siempre bien regado (Pruitt y Doorembos, 1977). La Organización Mundial de las Naciones Unidas para la Alimentación y Agricultura (FAO) adoptó el concepto de evapotranspiración de referencia (ETo) en su Guía para las necesidades hídricas de los cultivos. Esta evapotranspiración de cultivos es ampliamente aceptada por todos los colectivos agrícolas para las prácticas agrarias, proyectos e investigaciones. Por otra parte según la CONGUA, dice que la evapotranspiración potencial como la evaporación a partir de una superficie extensa con césped corto que ensombrece totalmente el suelo, y siempre está bien regado. La evapotranspiración potencial no puede ser nunca superior a la de una superficie libre de agua en las mismas condiciones meteorológicas.
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4.8. Definición y Elementos de una Cuenca
4.8.1. Definición e Importancia Así como el ciclo hidrológico es el concepto fundamental de la hidrología, la cuenca hidrológica es la unidad básica de su estudio (Aparicio, 2001). Por su parte Aparicio (2001), define el concepto de cuenca como una zona de la superficie terrestre en donde (si fuera impermeable), las gotas de lluvia que caen sobre ella tienden a ser drenadas por el sistema de corrientes hacia un mismo punto de salida. La definición anterior se refiere a una cuenca superficial; asociada a cada una de éstas existe también una cuenca subterránea, cuya forma en planta es semejante a la superficial. De ahí la aclaración de que la definición es válida si la superficie fuera impermeable (Aparicio, 2001). Una cuenca hidrológica es una área geográfica, delimitada por una línea imaginaria denominada parteaguas y en la que debido a los desniveles topográficos y a la geología, se originan partes altas y bajas que forman cauces, por los que se conducen todos los escurrimientos derivados del agua de precipitación ocurrida en ella, concurriendo todos éstos a un cauce o corriente común que los drena o desaloja en una dirección determinada. Respecto a esta definición, es de importancia señalar que, siempre puede determinarse una cuenca a partir de cualquier punto sobre un cauce o corriente y, por esta razón, en campo regularmente se debe definir primero la localización de la boquilla y a partir de este sitio, se determina la cuenca correspondiente. El estudio de una cuenca inicia con la identificación del parteaguas y con la obtención de un plano o mapa de sus características topográficas e hidrológicas, lo cual puede implicar la realización de un levantamiento topográfico o puede realizarse en gabinete a partir de una carta topográfica del Instituto Nacional de Estadística Geografía e Informática (INEGI) o en su defecto, a partir de imágenes de satélite y, su caracterización completa incluye la obtención de diversos parámetros que se pueden clasificar en Parámetros de Forma, Relieve, Drenaje y Energía. Asimismo el estudio de las cuencas hidrológicas es muy importante para definir las cantidades de agua que se precipitan dentro de ella y los escurrimientos resultantes, así como su origen. También permite mejorar la evaluación de los riesgos de inundación y el manejo de los recursos hídricos gracias a que es posible medir la entrada, acumulación y salida de sus aguas y planificar y gestionar su aprovechamiento analíticamente.
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Las cuencas grandes y pequeñas no necesariamente se analizan con los mismos criterios. En una cuenca pequeña la forma y cantidad de escurrimiento están influidas principalmente por las condiciones físicas del suelo, por lo que el estudio hidrológico se debe enfocar más a la cuenca misma. En una cuenca muy grande el efecto de almacenaje del suelo y de los cauces es muy importante, por lo que se debe dar atención también a otras características, adicionales a las mencionadas. Para los fines de formulación y ejecución de las políticas públicas relacionadas con el agua y de participación en la gestión integral del recurso, interesan sólo tres niveles de cuenca: las macrocuencas que corresponden a grandes sistemas hidrológicos, las subcuencas o cuencas de segundo orden y un tercer nivel que pueden denominarse microcuencas. La diferenciación entre cuencas grandes y pequeñas es difícil si sólo se considera su tamaño. En hidrología dos cuencas del mismo tamaño son diferentes. Sin embargo, se define como cuenca pequeña aquella, cuyo escurrimiento es sensible a lluvias de alta intensidad y corta duración, en donde predominan las características físicas del suelo con respecto a las del cauce. Con fines prácticos se consideran cuencas pequeñas aquellas con superficies de hasta 250 km 2. El conjunto de actividades para estudiar las cuencas, genéricamente se llama caracterización de cuencas hidrológicas, la que incluye varias fases como: Compilación de información referente existente, reconocimiento preliminar en campo, delimitación de la cuenca con la definición de la hidrografía y del parteaguas, levantamientos topográficos, si son necesarios y elaboración del mapa de la cuenca y su caracterización geométrica, fisiográfica, lineal, de área y de relieve.
4.8.2.
Tipos de Cuenca
Desde el punto de vista de su salida, existen fundamentalmente dos tipos de cuenca: endorreicas y exorreicas, un tipo menos común son las arreicas. Según Aparicio citado por Jiménez (2005); en las cuencas exorreicas, el punto de salida se encuentra en los límites de la cuenca y está en otra corriente o en el mar, es decir, son aquellas cuencas que avenan sus aguas al mar o al océano. En las cuecas endorreicas, el punto de salida está dentro de los límites de la cuenca y generalmente es un lago, es decir, son aquellas cuencas que desembocan en lagos o lagunas, siempre dentro del continente. Las cuencas arreicas son aquellas cuencas que en las que sus aguas se evaporan o se filtran en el terreno.
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En la Figura 4.9 a la 4.11 se muestran algunos de los esquemas de los tipos de cuenca.
Corriente o mar
Figura 4.9. Esquema representativo de una cuenca exorreica
Lago
Figura 4.10. Esquema representativo de una cuenca endorreica
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Evaporación
Infiltración
Figura 4.11. Esquema representativo de una cuenca arreica
4.8.3.
Partes de una Cuenca
Las principales partes y elementos que componen a una cuenca son varios, de los cuales a continuación se presentan y describen los más importantes:
Cuenca alta, es la parte de la cuenca en la cual predomina el fenómeno de la socavación. Es decir que hay aportación de material terreo hacia las partes bajas de la cuenca, visiblemente se ven trazas de erosión.
Cuenca media, es la parte de la cuenca en la cual hay un equilibrio entre el material sólido que llega traído por la corriente y el material que sale. Visiblemente no hay erosión.
Cuenca baja, es la parte de la cuenca en la cual el material extraído de la parte alta se deposita en lo que se llama cono de deyección.
4.8.4. Elementos de la Cuenca 4.8.4.1.
El Cauce Principal
El cauce principal actúa como el único colector de las aguas. A menudo la elección del río principal es arbitraria, pues se pueden seguir distintos criterios para su elección (el curso fluvial más largo, el de mayor caudal medio, el de mayor caudal máximo, el de mayor superficie de cuenca, etc.). El cauce principal tiene un curso, que es la distancia entre su inicio y su desembocadura.
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4.8.4.2.
Los Tributarios
Son los ríos secundarios que desaguan en el río principal. Cada tributario tiene su respectiva cuenca, denominada subcuenca.
4.8.4.3.
El Relieve de la Cuenca
El relieve de una cuenca consta de los valles principales y secundarios, con las formas de relieve mayores y menores, y la red fluvial que conforma una cuenca. Está formado por las montañas y sus flancos; por las quebradas o torrentes, valles y mesetas.
4.9. DELIMITACIÓN DE LA CUENCA La delimitación se refiere a definir, a partir de su hidrografía y su configuración topográfica, en forma precisa el parteaguas de la cuenca y la red de cauces que concentran el escurrimiento de agua por los cauces, debido a la precipitación pluvial y a la alimentación subterránea.
4.9.1.
Parteaguas
Toda cuenca, está limitada por una línea formada por los puntos de mayor nivel topográfico y que cruza la o las corrientes en los puntos de salida, esa línea recibe el nombre de parteaguas y constituye la división de cuencas adyacentes (Rodríguez, 1981). Teóricamente es una línea imaginaria que une los puntos de máximo valor de altura relativa entre dos laderas adyacentes, pero de exposición opuesta; desde la parte más alta de la cuenca hasta su punto de emisión, en la zona hipsométricamente más baja La definición del parteaguas se realiza localizando los puntos donde el sentido de los escurrimientos en los cauces en los extremos de la hidrografía cambia de dirección.
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4.10. Características Físicas de la Cuenca La caracterización de las cuencas hidrológicas consiste en su análisis morfométrico, fisiográfico, relieve y de drenaje, de acuerdo a la estimación de parámetros de caracterización específica, lineales, de área y de relieve, una vez obtenido su cartografía. A la fecha se ha comparado la influencia que determinados índices tienen en las respuestas hidrológicas de una cuenca y por ello son punto de partida de los análisis y determinaciones cuantitativas, entre tales parámetros cabe citar el área o tamaño de la cuenca, su forma, pendiente y elevación media, las características de su red de drenaje y las del cauce o colector principal. Por otra parte, aun que se han desarrollado ciertas relaciones útiles, a la fecha los resultados son más bien cualitativos que cuantitativos, debido a un gran número de factores, los cuales se pueden resumir en los tres siguientes: La determinación precisa de los parámetros físicos de una cuenca está gobernada por la disponibilidad cartográfica, en cuanto a sus escalas y calidad. Para determinados parámetros, sus definiciones son todavía arbitrarías, existiendo la posibilidad de que aún no se haya logrado las definiciones más convenientes. Las relaciones, entre las características físicas de la cuenca, que son prácticamente estáticas y sus respuestas hidrológicas, que son altamente aleatorias, son muy complejas. La forma en la cual se clasifican y/o agrupan los parámetros fisiográficos de una cuenca para su caracterización, es muy variable y depende del autor. En el Cuadro 4.3 se presentan de forma resumida algunas clasificaciones de los parámetros que caracterizan a la cuenca hidrológica en base a los autores citados. Cuadro 4.3. Tipos de clasificación de los parámetros físicos y fisiográficos de una cuenca Autor Chávez Morales Jesús Ministerio de medio ambiente
Escalante Sandoval y Reyes Chávez Campos Aranda Fuente: Aranda, 1998
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Clasificación Parámetros fisiográficos Parámetros de relieve Parámetros de forma Parámetros de relieve Parámetros relativos a la red hidrográfica Características fisiográficas de la cuenca Geomorfología de la cuenca
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En base a la clasificación anterior, en este trabajo se presenta una clasificación y/o agrupación de las características fisiográficas que quedan definidas por cuatro tipos de parámetros (forma, relieve, drenaje y energía), los cuales se describen a continuación. 4.10.1. Parámetros de Forma Son aquellos que determina la forma de la cuenca, ya sea esta alargada o circular, ya que dependiendo el valor de estos parámetros determinara la circulación y distribución de la escorrentía. Los parámetros que se determinaran se enlistan como sigue.
4.10.1.1.
Área (Ac)
El área de la cuenca Ac, es la superficie delimitada por la proyección horizontal del parteaguas y la limitación de la boquilla; el área se puede determinar con planímetro sobre el plano de está definido por su parteaguas, o bien empleando la Expresión (1) si se conocen las coordenadas de los puntos que la definen; este cálculo se puede hacer manualmente o empleando un software especializado como AutoCad o en su defecto con GIS. En la Cuadro 4.4 se presenta la clasificación de las cuencas en base al área que ocupan.
1 n Ac= ∑Yi(X i+1 X i 1 ) 2 i=1
(1)
Cuadro 4.4. Clasificación de cuencas en base a su área Área de la cuenca (km2)
Descripción
< 25
Muy pequeña
25 a 250
Pequeña
250 a 500
Intermedia-pequeña
500 a 2,500
Intermedia-grande
2,500 a 5,000
Grande
>5,000
Muy grande
Fuente: Chow, 1964.
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4.10.1.2.
Índice de forma (If)
La forma de la cuenca se define y describe según al parecido que tenga con algunas formas conocidas de otro objeto cualquiera; por ejemplo es muy común indicar que una cuenca tiene forma de pera o de riñón. El índice de forma de la cuenca If es un parámetro adimensional sugerido por Horton, para una descripción cuantitativa del área de la cuenca esta dado por la Expresión (2).
If≈
Ac Lc 2
(2)
Donde: If = es el índice de forma Ac = es el área de la cuenca en km2 y Lc = es la longitud de la cuenca, en km medida en línea recta desde el punto de salida del cauce hasta su límite en la cabecera del cauce más largo
4.10.1.3.
Coeficiente de Sinuosidad (Ks)
Este coeficiente mide el grado de curvatura del cauce principal, y se determina aplicando la Expresión 3, al dividir la longitud del cauce principal Lcp en km, entre la longitud de línea recta Lis, también en km, que une el punto de inicio, con la salida de la cuenca. Así, si la corriente es prácticamente una recta Ks = 1.
Ks
Lcp Lis
4.10.1.4.
(3) Parámetro de forma (Pf )
Esta característica es un buen indicador de cómo será la respuesta al escurrimiento a partir de la forma de la cuenca y se calcula con la Expresión 4. Por lo que entre mayor sea el valor de Pf mayor será el perímetro por km2 del área que se encuentre limitando la cuenca. En la Figura 4.12 se presenta un esquema para la determinación del coeficiente de desarrollo y del parámetro de forma.
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P
f
L
p
( km)
A ( km2 )
(4)
Lp
Área
PARTEAGUAS
Figura 4.12. Información para obtener el coeficiente de desarrollo de la línea del parteaguas y el parámetro de forma de una cuenca
4.10.1.5.
Longitud de la cuenca (Lc)
Como ya se mencionó en apartados anteriores, en la práctica se tienen dos tipos de cuenca, las llamadas regulares y las irregulares; en cualquiera de los casos se debe de obtener la longitud de la cuenca. Si la cuenca es regular se puede considerar encerrada en un rectángulo, siendo su longitud Lc (ordinariamente, en km) el lado mayor de éste. Por el contrario, si es irregular se tendrán que trazar círculos dentro de la cuenca y la longitud Lc, se obtiene de la línea que se forma al unir los puntos centrales de cada circunferencia. En las Figuras 4.13 y 4.14 se presentan los esquemas de una cuenca irregular e irregular respectivamente para la obtención de la longitud de la cuenca.
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Área
c nca L e u c a el itud d Long
Área
Figura 4.13. Determinación de la longitud Lc de una cuenca regular
Longitud de la cuenca
Figura 4.14. Determinación de la longitud Lc de una cuenca irregular
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L
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4.10.1.6.
Ancho máximo de la cuenca (Bmáx)
El ancho máximo Bmáx es la longitud medida en km, de la perpendicular más grande a la línea de longitud Lc obtenida en el apartado anterior. En la Figura 4.15 se muestra un esquema para el cálculo del Bmax.
Bmáx
Área
Figura 4.15. Estimación del ancho máximo Bmáx de una cuenca
4.10.1.7.
Ancho medio de la cuenca (Bmed)
El ancho medio de la cuenca se define como el cociente del área drenada A, en km2, entre la longitud Lc medida en km y se determina aplicando la Expresión 5: B
med
A L c
4.10.1.8.
(5) Coeficiente de asimetría de la cuenca (Cac)
Este coeficiente adimensional define que tan simétricas son las áreas de aportación de la cuenca, a la izquierda (Aizq) o derecha (Ader) de la corriente principal; en la Figura 4.16 se muestra un esquema para la determinación del Cac, cuya Expresión es:
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C
ac
A A izq der ; A A izq der 2
2C
ac
Cauce principal
2
(6)
Área Derecha (Ader)
Área Izquierda (Aizq)
Figura 4.16. Estimación del coeficiente de asimetría de una cuenca
4.10.1.9.
Relación de Elongación (Re)
Se define como el cociente entre el diámetro de un círculo que tiene igual área que la cuenca y la longitud de la misma.
Re
D A 1.128 L L
4.10.1.10.
(7)
Coeficiente de Compacidad o de Gravelius (K)
Es el cociente entre el perímetro de la cuenca y la longitud de una circunferencia de área igual al área de la cuenca: En lo que se refiere al coeficiente de compacidad, cuanto más irregular sea la cuenca, mayor será su coeficiente de compacidad. Una cuenca circular posee el coeficiente mínimo, igual a uno. Según Dingman (2002)
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citado por Guadalupe y Ángel (2006), hay mayor tendencia a las crecientes en la medida en que este número sea próximo a la unidad o dicho en otras palabras, la respuesta hidrológica es más rápida en cuencas con coeficientes de compacidad cercanos a la unidad.
La forma superficial de las cuencas hidrográficas tiene interés por el tiempo que tarda en llegar el agua desde los límites hasta la salida de la misma. Uno de los índices para determinar la forma es el Coeficiente de Compacidad (Gravelius) que es la relación K existente entre el perímetro de la cuenca P y el perímetro de un círculo que tenga la misma superficie A que dicha cuenca:
A
A r 2 ………….. r
(8)
Siendo: A = área de un círculo, igual al área de la cuenca r = radio de un círculo de igual área que la cuenca
K
K
P
2 r
P 2
A
P 2 A
(9)
(10)
Por lo tanto:
K 0.282
P A
(11)
Siendo: K = índice o coeficiente de compacidad de Gravelius P = perímetro de la cuenca
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El índice será mayor o igual a la unidad, de modo que cuanto más cercano a ella se encuentre, más se aproximará su forma a la del círculo, en cuyo caso la cuenca tendrá mayores posibilidades de producir crecientes con mayores picos (caudales). Por otra parte “K” es un número adimensional independiente de la extensión de las cuencas. Por contrapartida, cuando “K” se aleja más del valor de la unidad, significa un mayor alargamiento en la forma de la cuenca.
4.10.2. PARÁMETROS DE RELIEVE
4.10.2.1.
Pendiente del Cauce Principal (Scp)
La pendiente del cauce principal Scp se puede obtener por varios métodos de los cuales los más comunes son el método de la relación distancia-elevación y el método de compensación de áreas, su determinación es muy importante ya que influye en la velocidad del flujo y juega un papel muy importante en la forma del hidrograma de la cuenca. El método de la relación distancia-elevación (Método D-E) consiste en la construcción de una gráfica en la que en el eje de las abscisas se registran las distancias horizontales medidas desde la boquilla (inicio del cauce principal desde aguas abajo) y hasta cada curva de nivel y en el eje de las ordenadas se grafican las correspondientes elevaciones de las curvas de nivel, para lo cual se tabulan dichos valores en una tabla. La Scp, expresada como decimal se obtiene aplicando la Expresión 12, en la que h es el desnivel total entre el inicio y el final del cauce principal y DH la distancia horizontal entre los mismos puntos, dados en m.
Scp
h DH
(12)
El Método de compensación (Método Comp.) de área se utiliza la misma curva construida para el Método de Distancia-Elevación y sobre ella se traza una línea recta con origen el origen del sistema coordenado y se desplaza hacia abajo iniciando con el extremo superior de la curva hasta que la áreas comprendidas arriba y debajo de la curva y dicha línea sean iguales. La Scp, se calcula empleando también la Expresión 12, pero tomando como h, el valor medido desde la horizontal hasta el punto de intersección de la línea de compensación con la vertical que pasa por el final de la curva.
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4.10.2.2.
Pendiente media del cauce principal (Scp)
La pendiente del cauce principal constituye un factor importante en la búsqueda de una cuenca ante la ocurrencia de una tormenta. Dado que la pendiente varía a lo largo del cauce, es necesario definir una pendiente media. Una buena estimación se logra al aplicar la regla de Taylor y Schwarz, la cual considera que el río se forma de una serie de canales con pendiente uniforme, cuyo tiempo de recorrido es igual al del río. Si se subdivide el río en m tramos iguales de longitud ∆x, entonces
S CP
m 1 1 S S ... 2 1
1 S m
2
(13)
Donde: m = número de segmentos de igual longitud, en los cuales se subdivide el tramo en estudio Sl = 1,…, m pendiente de cada segmento i Esta Ecuación tiende a una mayor aproximación cuanto más grande sea el número de segmentos en los cuales se subdivide el tramo del río. También se puede obtener una Expresión para el caso en que las longitudes de los tramos no sean iguales. En la Figura 17 se presenta un esquema para la estimación de la pendiente media del cauce principal.
S CP
LCP l l l1 2 ... m S2 Sm S1
2
(14)
Donde: LCP = Longitud del cauce principal, en km l,i = 1,…, m =Longitud de cada segmento i, en km Sl,i = 1,…, m = Pendiente de cada segmento i, adimensional
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E1 E2 E3
Dx
Dx
Dx
Dx
Dx
Dx
Lcp
Figura 1. Estimación de la pendiente media del cauce principal
4.10.2.3.
Pendiente media de la cuenca (Sc)
La pendiente media de 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. Aunque existen varios criterios para la determinación de la pendiente de la cuenca, los métodos propuestos por Alvord y Horton son los de uso más común.
A.
El Método de Alvord
Este criterio analiza la pendiente existente entre curvas de nivel, trabajando con la franja definida por las líneas medias que pasan entre las curvas de nivel, Para una de ellas la pendiente es: S1
d W f
W1
a1 l1
(15)
(16)
Donde: d = desnivel entre líneas medias. Como son líneas intermitentes entre curvas de nivel se puede aceptar que es el desnivel entre dichas curvas, en m
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W = ancho de la franja analizada S1 = pendiente media de la franja referida a esa curva de nivel, adimensional a1 = área de la franja analizada en km2 l1 = longitud de la iésima curva de nivel, en km El valor de la pendiente media de la cuenca Sc, será el promedio de la pendiente de cada franja en relación con su área si se consideran n franjas, entonces: S
c
dl a dl a dl a 1 1 2 2 ... n n a A a A a A 1 2 n
(17)
Ordenando:
d S l l l ...l c A 1 2 3 n
(18)
Por lo que:
dL S c A
(19)
Donde: A = Área de la cuenca, en km2 d = Desnivel constante entre curvas de nivel, en km L = Longitud total de las curvas de nivel dentro de la cuenca, en km En la Figura 4.17 se presenta un esquema para la determinación de la pendiente de la cuenca por el método de Alvord. B.
Método de Horton
En este método se debe trazar una malla sobre el área de la cuenca en estudio, la cual se orienta en el sentido de la corriente principal. El número mínimo requerido de intersecciones en la malla son de 100, con lo cual se tendrá una buena aproximación de la pendiente.
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Una vez construida la malla, en un esquema similar como al de la Figura 4.18, se mide la longitud de cada línea comprendida dentro de la cuenca y se cuentan las intersecciones y tangencias de cada una de éstas con las curvas de nivel.
Figura 4.17. Esquema de análisis y ejemplo para el cálculo de la pendiente en una faja según Alvord.
Figura 4.18. Malla de análisis y ejemplo para el cálculo de la pendiente de la cuenca según Horton La pendiente media de la curva en cada dirección de la malla se determina como:
N d S x x Lx
y
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(20)
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N d y S y L y
(21)
Donde: d = Desnivel constante entre curvas de nivel en km Lx = Longitud total en km de las líneas de la malla en la dirección x, comprendidas dentro de la cuenca Ly = Longitud total en km de las líneas de la malla en la dirección y, comprendidas dentro de la cuenca Nx = Número total de intersecciones x tangencias de las líneas de la malla en dirección x, con las curvas de nivel Ny = Número total de intersecciones y tangencias de las líneas de la malla en dirección y, con las curvas de nivel Sx = Pendiente de la cuenca en dirección x, adimensional Sy = Pendiente de la cuenca en dirección y, adimensional Finalmente, Horton considera que la pendiente media de la cuenca se determina con la Expresión:
S c
Nd sec N x N y d sec Lx L y L
(22)
Donde, θ es el ángulo entre las líneas de la malla y las curvas de nivel Como resulta demasiado laborioso determinar la sec θ de cada intersección, Horton sugiere utilizar un valor promedio de 1.57. En la práctica resulta igualmente eficaz ignorar el termino sec θ, o bien considerar el promedio aritmético de las pendientes Sx y Sy como pendiente de la cuenca, por lo que:
S c
Sx Sy 2
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(23)
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En el Cuadro 4.5, se muestra la clasificación del relieve de las cuencas en base a la pendiente de las mismas, según Heras citado por Campos Aranda (1998). Cuadro 4.5. Caracterización del relieve según Heras citado por Campos Aranda (1998) Pendiente en % 2 5 10 15 25 50 > 50
4.10.2.4.
Tipo de terreno Llano Suave Accidentado medio Accidentado Fuerte Accidentado Escarpado Muy escapado
Elevación Media de la cuenca (Em)
La Elevación Media de la Cuenca (Em), se obtiene fácilmente mediante una malla generada sobre el plano topográfico del sitio de estudio. El Método de intersecciones consiste en el trazo de una cuadrícula sobre la superficie de la cuenca cuya densidad debe ser tal que resulten al menos 100 puntos intersección y obtener por interpolación las cotas o coordenadas Zi de cada una de ellas, por lo que solamente se requiere obtener el promedio entre al menos 100 puntos de la malla para determinar la pendiente de la cuenca, la Em se calcula con la Expresión (24), en la que Zi se da en msnm y n es el número de intersecciones cuyas elevaciones se consideran. n Zi Em i 1 n T int
4.10.2.5.
(24)
Elevación máxima (Emáx)
Es la cota del punto más elevado de la microcuenca.
4.10.2.6.
Elevación mínima (Emín)
Es la cota del punto más bajo de la microcuenca, usualmente, el punto de salida de la microcuenca.
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4.10.2.7.
Curva hipsométrica
Esta curva es una fotografía del relieve de la cuenca, la cual representa gráficamente las elevaciones del terreno en función de las superficies correspondientes acumuladas. Dicha curva se construye determinando con un planímetro o AUTOCAD el área entre curvas de nivel, graficando en el eje de las abscisas el porcentaje del área acumulada, mientras que en el eje de las ordenadas, el valor de la cota (elevación). La curva representa una distribución área acumulada vs elevación, según Domínguez Cortázar (2003), citado por Guadalupe y Ángel (2006). En la Figura 4.19 se presenta de manera gráfica, el formato en el cual se construye una curva hipsométrica y en la Figura 4.20, las gráficas para el análisis hipsométrico de la caracterización del ciclo erosivo y del tipo de cuenca, según Heras citado por Campos Aranda (1998).
Figura 4.19. Gráfica de la curva hipsométrica CURVAS HIPSOMETRICAS CARACTERÍSTICAS DEL CICLO EROSIVO Y DEL TIPO DE CUENCA:
ALTURA RELATIVA (h/H)
1.0
1 1.- ETAPA DE DESEQUILIBRIO Cuenca geológicamente joven. Cuenca de meseta.
2 2.- ETAPA DE EQUILIBRIO Cuenca geológicamente madura. Cuenca de pie de montaña.
3 3.- CUENCA EROSIONADA Cuenca de valle.
0 0
ÁREA RELATIVA (a/A)
1.0
Figura 4.20. Curvas para el análisis hipsométrico de las cuencas (Campos Aranda 1998)
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4.10.3. Parámetros de Drenaje
4.10.3.1.
Orden de corrientes (i)
El orden de las corrientes es una clasificación que proporciona el grado de bifurcación dentro de la cuenca, el procedimiento más común para esta clasificación es considerar como corrientes de orden 1 a aquellas que no tienen ningún tributario; de orden 2 a las que sólo tienen tributarios de orden 1; de orden 3 a las que tienen tributarios de orden 2, etc. De este modo, el orden de la corriente principal indicará la extensión de la red de corriente dentro de la cuenca. Para hacer esta clasificación se requiere de un plano de la cuenca que incluya tanto corrientes perennes como intermitentes. Una vez que se sabe cuál es el orden de la red de drenaje, es muy fácil determinar cuál es la corriente principal. En la Figura 4.21 se muestra un esquema para la determinación del orden de una cuenca hidrológica.
Figura 4.21. Determinación del orden de las corrientes de una red de drenaje
4.10.3.2.
Hidrografía
La hidrografía de la cuenca se define y caracteriza mediante el número de orden (NO), longitud y desnivel de todos y cada uno de sus cauces de concentración o tributarios. Está representada por el desarrollo de todos los cauces de concentración (representación grafica de los causes). Los cauces principales o corrientes son los que concentran al escurrimiento total y los tributarios que son los cauces que conducen las corrientes al cauce principal.
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El NO de un cauce es una medida de la ramificación del cauce principal, mismo que Horton definió como sigue:
Un cauce de primer orden o de orden 1, es un tributario pequeño sin ramificaciones y generalmente se localiza en los extremos de la cuenca;
Un cauce de segundo orden o de orden 2, es el que posee únicamente ramificaciones de orden 1;
Un cauce de tercer orden o de orden 3, es el que se forma por dos o más tributarios de orden 2;
Así sucesivamente.
Por otro lado, el número de orden de la cuenca está dado por el número de orden del cauce principal obtenido con la misma secuencia.
4.10.3.3.
Longitud de tributarios
l i L y del cauce principal cp t
La longitud de los tributarios, medida en km, es un indicador de la pendiente de la cuenca, así como del grado de drenaje. Las zonas escarpadas y bien drenadas, usualmente tienen numerosos tributarios pequeños, mientras que en las regiones planas donde los suelos son permeables se tienen tributarios largos que generalmente son corrientes perennes.
4.10.3.4.
Relación de Bifurcación (Rbu)
La relación de bifurcación Rbu define la relación entre el número total de cauces de un orden dado Nu y el número de cauces del siguiente número de orden Nu+1, y se obtiene con la Expresión (25):
Rbu=
Nu N u+1
(25)
Donde: Rbu = Relación de Bifurcación. Nu = Numero de cauces u. Nu+1 = Numero de cauces u+1
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4.10.3.5.
Área drenada (A)
El área drenada de una cuenca es la superficie medida en km 2 y delimitada en proyección horizontal por el parteaguas, y tiene como punto de salida una estación de aforo o un sitio de interés. Hoy en día esta característica se obtiene fácilmente mediante herramientas computacionales como los Sistemas de Información Geográficas (SIG).
4.10.3.6.
Coeficiente de desarrollo de la línea del Parteaguas (mp)
Lp m 0.282 p A
(26)
Donde: Lp = Longitud del parteaguas en km A = Área drenada de la cuenca en km2
4.10.3.7.
Red de drenaje
Dentro de las características más importantes en una cuenca esta el arreglo de los cauces naturales, ya que de éste depende la eficiencia del sistema para drenar el escurrimiento. La red de drenaje se describe de acuerdo con las siguientes características: orden de corrientes, longitud de tributarios, densidad de corriente y densidad de drenaje. Las corrientes pueden dividirse en tres clases que dependen del tipo de escurrimiento, perenne, intermitente y efímera. Una corriente perenne lleva agua todo el tiempo, ya que aun en época de sequías es abastecida continuamente, pues el nivel freático siempre permanece por arriba del fondo del cauce. Una corriente intermitente lleva la mayor parte del tiempo, pero principalmente en época de lluvias, su aporte cesa cuando el nivel freático desciende por debajo del fondo del cauce. Una corriente efímera solo lleva agua cuando llueve e inmediatamente después. La longitud Lcp
del cauce principal se mide en km y se estima para la corriente de
mayor orden de la cuenca (Ocp).
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4.10.3.8.
Densidad de corrientes (DC)
Este coeficiente denotado por DC es un indicador de la eficiencia del drenaje de la cuenca, se determina con la fórmula 27, la cual se expresa como la relación entre el
número total de corrientes de la cuenca N TC y el área drenada A en km2. DC
N TC A
(27)
Donde: DC = Densidad de corrientes NTC = Numero de corrientes, adimensional A = Área de drenaje, en km2. Para determinar el número de corrientes solo se consideran las perennes e intermitentes, la corriente principal se cuenta como una desde su nacimiento hasta su desembocadura. Después se tendrán todos los tributarios de orden inferior
4.10.3.9.
Densidad de drenaje (Dd)
Esta característica denotada por Dd proporciona una información más real que la anterior, ya que se expresa como la relación que hay entre la longitud total de las corrientes perennes e intermitentes LTC (km) y el área de la cuenca Ac en km2, es decir: TC
l
i t
L j 1 D TC ; i 1,2,..., OCP d Ac A Simplificando se tiene que:
Dd
Ls Ac
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(28)
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Donde: Dd = Densidad de drenaje, en km/km2 o km/ha Ls = Longitud total de corrientes, en km Ac = Área de la subcuenca, en km2 o ha Un valor de 3.5 de Dd indica una cuenca bien drenada y por lo tanto responde relativamente rápido al efecto de la precipitación para su drenaje, en tanto que valores del orden de 0.5 reflejan drenaje pobre y una respuesta hidrológica lenta.
4.10.3.10.
Longitud promedio del flujo superficial
Se define como la medida de la longitud del cauce más largo sobre el cauce principal y se calcula con la Expresión (29). Lc
1 2D
(29) d
Donde: Lc = Longitud del flujo de superficie, en m. Dd = Densidad de drenaje, adimensional. 4.10.4. Parámetros de Energía
4.10.4.1.
Tiempo de concentración de una cuenca (tc )
El tiempo de concentración se define como la diferencia temporal entre el inicio de la lluvia hasta el momento en que se establece el gasto de equilibrio. Es igual al tiempo de viaje de una onda que avanza desde el punto más distante de la cuenca hasta su salida. Kirpich encontró que el tiempo de concentración es una función que depende básicamente de dos variables LCP y SCP. Así, la formula de Kirpich se expresa como: .77 L0CP t c 0.000325 0.385 S CP
(30)
Donde: tc = tiempo de concentración en horas LCP = longitud del cauce principal en metros SCP = pendiente del cauce principal, adimensional
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4.11. Caracterización de agua para Riego y Vasos de Almacenamiento 4.11.1. Agua para Riego México ocupa el séptimo lugar por superficie atendida (alrededor de 5.2 millones de hectáreas, según INEGI, 2000), entre los ochenta países que cuentan con infraestructura para riego en el mundo. Sin embargo, los problemas ambientales asociados al desarrollo hidroagrícola son claramente notorios e impactan las áreas circundantes a la zona de riego. Entre ellas destacan la sobreexplotación de acuíferos, los problemas de ensalitramiento del suelo (577’000 hectáreas con afectación) y la contaminación del agua, tanto superficial como subterránea (CNA; 1994; Robles et al., 1999), ya que la mayoría es a causa de la actividad antropogénica. Sin embargo, estas fuentes naturales como son: el agua de lluvia, superficial de escorrentía (lagos y ríos) y subterránea, es necesario aprovecharlos de una manera responsable y sustentable. La cantidad de agua que proviene de la precipitación depende de las condiciones atmosféricas de la zona. El agua superficial es un recurso limitado y, normalmente, requiere de la construcción de embalses y presas para un aprovechamiento con un impacto ambiental mitigable. Ante tal situación, como se sabe se ha buscado fuentes alternativas para riego, entre los que destaca, son el re-uso del agua municipal y agua de drenaje. En cualquier caso, el uso del agua reciclada puede tener efectos adversos para la salud pública y el medio ambiente. Esto dependerá de la aplicación/uso que se le dé a esta agua reciclada, características y limitaciones de suelo, condiciones climáticas y prácticas agrícolas. Por lo tanto, es imprescindible que todos estos factores sean tenidos en cuenta en la gestión del agua reciclada. Realizando un previo análisis de calidad de agua, según lo establecido por la NOM-127-SSA1-1994, el cual establece Límites permisibles de calidad y tratamientos a que debe someterse el agua para su potabilización. El sistema de abastecimiento de agua potable es un subsistema del sistema hidráulico urbano y está integrado por los siguientes elementos (Figura 4.22): fuente, captación, conducción, regulación y distribución. A continuación se describe la función de cada uno de los componentes del sistema de abastecimiento de agua potable.
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Figura 4.22. Configuración general de un sistema hidráulico
4.11.2. Captación Las obras de captación son obras civiles y equipos electromecánicos que utilizan para reunir y disponer adecuadamente del agua superficial o subterránea de la fuente de abastecimiento. Dichas obras varían de acuerdo a la naturaleza de la fuente de abastecimiento, su localización y magnitud. Algunos ejemplos de obras de captación se esquematizan en la Figura 4.23. El diseño de la obra de captación debe ser tal que se prevean las posibilidades de contaminación del agua, para evitarlas Es necesario desglosar el término general de “obras de captación” en el dispositivo de captación propiamente dicho y las estructuras complementarias que hacen posible su buen funcionamiento.
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Figura 4.23. Esquema representativo de las principales obras de captación
4.12. Tipos de Almacenamientos y sus características Un vaso de almacenamiento sirve para regular los escurrimientos de un río, es decir, para almacenar el volumen de agua que escurre en exceso en las temporadas de lluvia para posteriormente usarlo en las épocas de sequia o estiaje, cuando los escurrimientos son escasos (Aparicio, 2001). En la Figura 4.24 Se muestra de manera esquemática, el hidrograma anual de escurrimiento en un rio y una demanda. En este caso, la demanda de agua, constante durante todo el año, es mayor de lo que aporta el rio en los meses de diciembre a junio, pero menor de lo que aporta de julio a noviembre. Es necesario, entonces, almacenar el volumen sobrante para poder satisfacer la demanda cuando el escurrimiento en el rio no es suficiente, para lo cual se requiere un vaso de almacenamiento.
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Figura 4.24. Esquema de hidrograma anual de escurrimiento en un rio y demanda Un vaso de almacenamiento puede tener uno o varios propósitos, como se mencionan a continuación: a) b) c) d)
Irrigación Generación de energía eléctrica Control de Avenidas Abastecimiento de agua potable
e) Navegación f) Acuacultura g) Recreación h) Retención de sedimentos
4.12.1. Principales componentes de un Vaso de Almacenamiento
4.12.1.2.
Nivel de Aguas Mínimas (N.A.Mín.)
El NAMINO (Nivel de Aguas Mínimas de Operación) es el nivel más bajo con el que se puede operar la presa. Cuando ésta es para irrigación el NAMINO es llamado también NAMin (Nivel de Aguas Mínimas), el cual coincide con el nivel al que se encuentra la entrada de la obra de toma. El volumen muerto es aquel que queda abajo del NAMin; es un volumen del que no se puede disponer. El volumen de azolves es aquel que queda abajo del nivel de la toma y se reserva para recibir el acarreo de sólidos por el río durante la vida útil de la presa. Es conveniente hacer notar que el depósito de sedimentos en una presa no se produce como se muestra en la Figura 4.25, con un nivel horizontal sin que los sedimentos se reparten a lo largo del embalse, teniéndose los más gruesos al principio del mismo y los más finos cerca de la cortina. De hecho, en algunos casos existe movimiento de los sedimentos depositados dentro del vaso, fenómeno que se conoce como corriente de densidad.
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Figura 4.25. Principales componentes de una presa
4.12.1.3.
Nivel de Aguas Normales (N.A.N.)
La operación de la presa se lleva a cabo entre el NAMín y el NAMO (Nivel de Aguas Máximas Ordinarias o de Operación). El N.A.M.O. también conocido como N.A.N. (Nivel de Aguas Normales), es el máximo nivel con que puede operar la presa para satisfacer la demanda; cuando el vertedor de excedencias (estructura que sirve para desalojar los volúmenes excedentes de agua que pueden poner en peligro la seguridad de la obra) no es controlado por compuertas, el N.A.N. coincide con su cresta o punto más alto del vertedor. En el caso, de que la descarga por el vertedor esté controlada, el N.A.N. puede estar por arriba de la cresta e incluso puede cambiar a lo largo del año. Así, en época de estiaje es posible fijar un N.A.N. mayor que en épocas de avenidas, ya que la probabilidad de que se presente una avenida en la primera época es menor que en la segunda. El volumen que se almacena entre el N.A.N. y el N.A.Mín. se llama volumen o capacidad útil y es con él se satisface la demanda.
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4.12.1.4.
N.A.M.E. (Nivel de Aguas Máximas Extraordinarias)
Es el nivel más alto que debe alcanzar el agua en el vaso bajo cualquier condición. El volumen que queda entre este nivel y el NAMO, llamado súper almacenamiento, sirve para controlar las avenidas que se presentan cuando el nivel en el vaso esta cercano al NAMO. El espacio que queda entre el NAME y la máxima elevación de la cortina (corona) se denomina borde libre y está destinado a contener el oleaje y la marea producidos por el viento, así como a compensar las reducciones en la altura de la cortina provocadas por sus asentamientos. Según Aparicio, los cuatro volúmenes principales en toda presa que es necesario determinar para diseñar el vaso: 1) Volumen de Azolves 2) Volumen muerto 3) Volumen Útil 4) Volumen de Súper almacenamiento
4.13. REQUERIMIENTO DE RIEGO El uso consuntivo es la cantidad de agua que usan las plantas para crecer, desarrollarse y producir económicamente. El uso consuntivo está constituido por el agua que transpiran las plantas a través de las hojas, el agua que se evapora directamente del suelo y el agua que constituye los tejidos de las plantas. En virtud de que los 2 primeros componentes constituyen casi el 99% del uso consuntivo, es común y además correcto, mencionar el término “evapotranspiración real” al hacer referencia al uso consuntivo. Penman (1948), citado por Aguilera (1996), afirmó que la cantidad de agua que consume un cultivo de talla baja y uniforme, que cubre totalmente el suelo y que siempre está previsto de humedad aprovechable. Lógicamente, la cantidad de agua por este concepto será mayor que la de uso consuntivo. Indudablemente que todos estos factores influyen en la cantidad de agua que usan los cultivos; pero los de mayor influencia son: la temperatura, la humedad relativa, los vientos, la latitud del lugar, la luminosidad y el cultivo.
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4.14. Reconocimiento Preliminar La primera fase de la caracterización de las cuencas, es el reconocimiento físico de la misma y esto se realiza de acuerdo a su tamaño. Si es pequeña, el reconocimiento se puede hacer a pie o en vehículo terrestre; si es de grandes proporciones, se tendrá que echar mano de todos los medios con que se cuente, como vehículos terrestres y aéreos y la utilización de los materiales cartográficos compilados. Como resultado de este reconocimiento y con la información acopiada, se delimitará la cuenca mediante la definición de su parteaguas, la hidrografía y la configuración topográfica con lo que se tendrá una buena aproximación del parteaguas del desarrollo de la hidrografía y las características físicas de la cuenca.
4.15. Compilación de la Información Al decidir realizar el estudio de una cuenca hidrológica, es necesario, como punto de partida, compilar la información existente referente al área de estudio, como la geográfica, geodésica, cartográfica, climatológica, hidrológica y de estudios realizados anteriormente, si existen. El material cartográfico se refiere a material existente como mapas, fotografía aérea y/o satelital. En nuestro país mucha de esta información la produce el Instituto Nacional de Estadística Geografía e Informática, INEGI. 4.15.1. Hidrografía La hidrografía se puede determinar en primer lugar, o en forma simultánea, observando la configuración del terreno representada por las curvas de nivel o isolíneas de nivel, siguiendo el desarrollo de los cauces de sistema hidrográfico desde su punto de salida o de cierre, hasta alcanzar los cauces más pequeños sin ramificación marcándolos de alguna manera, (Figura 4.26).
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Parteaguas
Hidrografía
Figura 4.26. Definición de la hidrografía y el parteaguas en una cuenca hidrológica
4.15.2. Topografía En el caso de los estudios de delimitación y caracterización hidrológicos de cuencas, la información más importante es la topografía, ya que nos muestra la configuración de la superficie del terreno, orográfica, geológica, hidrológica y social que ocurren en ella. Una de las fuentes de información disponible en este aspecto, son las cartas topográficas elaboradas por INEGI. De acuerdo al sitio de estudio y al tamaño de la cuenca que se estudia, se recomienda para cuencas grandes cartas con una escala de 1:250,000 y 1:50,000 para cuencas chicas y medianas. En ellas las curvas de nivel están trazadas a diferentes equidistancias verticales, (20, 50, 100 m) con las que se representa la configuración del terreno, cauces de escurrimientos superficiales y parteaguas de la cuenca y sus subcuencas. Sin embargo actualmente, se cuenta con Modelos de Elevación Digitales de todo el territorio a escalas 1:250,000 y 1:50,000, que permiten utilizar las modernas tecnologías que brindan los sistemas de información geográfica.
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Por otra parte, es de importancia la topografía del vaso de almacenamiento, ya que a partir de ella, se obtienen ciertos datos que facilitan estimar parámetros necesarios para realizar o diseñar las dimensiones de la presa, y esta es posible a partir de la construcción de la grafica áreas-capacidades del vaso de almacenamiento, necesaria para estimar el volumen útil de la presa.
4.15.3. Elaboración de mapas de cuencas a partir de Información Cartográfica Algunas de las veces se pueden obtener mapas que cubran el área en estudio. Los mapas de las cuencas se obtienen de diferentes maneras de acuerdo al tamaño, tipo de estudio y disponibilidad de información cartográfica. En general, los mapas de las cuencas se pueden elaborar con cartografía existente, como las cartas topográficas impresas en papel o en forma digital que elabora el Instituto Nacional de Geografía Estadística e Informática, INEGI, en diferentes escalas, 1:50,000, 1:250,000, etc., utilizando fotografías aéreas para estudios fotogramétricos, fotografías satelitales y en último caso realizando levantamientos topográficos Planimétricos y Altimétricos específicos.
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5. RECORRIDO DE CAMPO Y SELECCION DEL SITIO Tomando como base los resultados del estudio “Continuación del Inventario de Unidades de Riego en el Estado de Morelos”, elaborado en el 2010 por la propia CONAGUA, donde se identificaron diversos sitios para la construcción de obras de almacenamiento de agua a lo largo de la barranca y en sus afluentes; como se aprecia en la Figura 5.1, en la parte alta se identificaron 4 sitios, de los que, de común acuerdo con el personal técnico y director de la CONAGUA, se decidió realizar visitas de reconocimiento a los sitios Zentuyuca, Tequesquipa, Barranca Tenango y AltoAmatzinac, para que de manera conjunta con los beneficiados, definir los sitios más convenientes a considerar en este estudio.
Sitio Alto Amatzinac
Figura 5.1. Ubicación de los sitios de presas propuestas A continuación se describen de manera general las características que presenta cada uno de los sitios propuestos.
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5.1.1.
Sitio 1. Barranca Zentuyuca
Se localiza en la localidad de Hueyapan, a 3 km. de la barranca Amatzinac (margen izquierda) y presenta las siguientes características: Longitud
Latitud
Coordenadas de la boquilla
-98°41’17.73’’
18°53’53.22’’
Área de cuenca:
59 ha.
Perímetro de la cuenca
3.4 km
Volumen estimado:
1,000,000 m3
Paraje:
Zentuyuca
Altitud (m.s.n.m.) 2,416
Afluente: Comunidad beneficiada:
Hueyapan
Sup. Beneficiada:
Solo beneficia parte del ejido de Hueyapan
Inconvenientes:
volumen insuficiente para riego al resto del ejido de Hueyapan
Conclusión:
No viable
5.1.2.
Sitio 2. Tequesquipa
Se localiza en la localidad de Tetela del volcán, cuyo afluente pertenece a la barranca Amatzinac (margen derecha) y presenta las siguientes características:
Coordenadas de la boquilla
Longitud
Latitud
-98°44’0.56’’
18°52’47.83’’
Área de cuenca:
198 ha.
Perímetro de la cuenca
7.7 km
Volumen estimado:
1,000,000 m3
Paraje:
Tequesquipa
Altitud (m.s.n.m.) 2,112
Afluente: Comunidad beneficiada:
Tetela del Volcán
Sup. Beneficiada:
Beneficia parte del ejido de Tetela del volcán
Inconvenientes:
volumen insuficiente para riego al resto del ejido de Tetela
Conclusión:
No viable
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5.1.3.
Sitio 3. Barranca Tenango
Se localiza en la localidad de Tetela del volcán,
Coordenadas de la boquilla
Longitud
Latitud
-98° 42’ 3.33’’
18°54’46.63’’
Altitud (m.s.n.m.) 2,299.70
Área de cuenca:
369 ha.
Perímetro de la cuenca
11.18 km
Volumen estimado:
1,900,000 m
Altura máx. de cortina
65 mts.
Paraje:
Barranca Tenango
Afluente:
Confluye con la barranca Amatzinac
Comunidad beneficiada:
Tetela del Volcán
Sup. Beneficiada:
Beneficia parte del ejido de Tetela del volcán
Inconvenientes:
volumen insuficiente para riego al resto del ejido de Tetela
Conclusión:
No viable
5.1.4.
3
Sitio 4. Alto Amatzinac
Se localiza en la localidad de Tetela del volcán, en el paraje El Gallo, misma que se encuentra sobre la barranca Amatzinac a 1.5 km aproximadamente, camino que va hacia la cascada El Salto. Longitud
Latitud
Altitud (m.s.n.m.)
18°54’13.38’’
2,209
Coordenadas de la boquilla
-98°42’18.64’’
Área de cuenca:
37, 742 ha.
Perímetro de la cuenca
47.18 km
Volumen estimado:
14.8 millones de m³
Altura máx. de cortina
80 mts.
Paraje:
El Gallo
Afluente:
barranca Amatzinac
Comunidad beneficiada:
Tetela del Volcán y Hueyapan
Sup. Beneficiada:
Beneficiar parte del ejido de Tetela y Hueyapan
Inconvenientes:
Volumen suficiente para el resto de los ejidos
Conclusión:
No viable
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Como se aprecia en la Figura 5.2, en dichos recorridos participan personal técnico, directivo del Organismo Cuenca Balsas, autoridades ejidales, representantes de usuarios de las comunidades de Tetela del volcán y Hueyapan, y personal técnico de la Universidad Autónoma Chapingo. Sitio 1
Sitio 2
Sitio 3
Sitio 4
Figura 5.2.Recorrido de campo a los diferentes sitios propuestos Posterior a los recorridos efectuados se definió profundizar los estudios en los sitios Barranca Tenango y Alto-Amatzinac., a partir de las ventajas y desventajas definidas por cada sitio. Se estudiaron en total cuatro alternativas de sitios de localización de boquilla, dos de ellas se desecharon por cuestiones técnicas de capacidad de almacenamiento del vaso, por lo que se presentan a detalle 2 sitios: 3) Barranca Tenango y 4) Alto-Amatzinac. En las últimas dos alternativas se hicieron los estudios topográficos correspondientes, con el fin de conocer el vaso de almacenamiento, por lo que, la barranca Tenango tiene una capacidad de 1,900,000 m³ y un área inundada de 7.6 ha, con una altura de cortina de 65 m y 110 m de longitud de corona.
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Mientras que, para el sitio Alto Amatzinac se tiene una capacidad de almacenamiento de 14.8 millones de m³, aproximadamente con un área inundada de 37.0 ha. Datos obtenidos de la Gráfica Áreas - Capacidades del estudio Topográfico realizado en la zona de estudio, que en capítulos más adelante se menciona.(Anexo 1, se incluye el plano Topográfico del vaso de almacenamiento Alto Amatzinac) Por lo tanto, la mejor alternativa es Alto Amatzinac, por lo que se efectuaron los estudios correspondientes, como son: descripción de la zona, uso actual del suelo e hidrológico, de los cuales se mencionan más adelante, con el fin de conocer la factibilidad hidrológica.
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6. DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO 6.1.1.
Localización Geográfica
La cuenca Alto-Amatzinac, se localiza en el cuadrante 19º 01’ 07’’ - 18º 40’ 17.5’’ de latitud Norte y 98º 42’ 45.81’’ - 98º 37’ 47.9’’ de longitud Oeste, en la región Oriente del Estado de Morelos en el municipio de Tetela del Volcán y limita con el estado de Puebla (Figura 6.1). La cuenca tiene como cauce principal parte de la barranca Amatzinac.
CUENCA
Figura 6.1. Localización de la cuenca Alto-Amatzinac En la Figura 6.2, se presenta la cuenca de captación, considerando como punto de salida, lugar donde se pretende construir la cortina.
El vaso de almacenamiento de la presa Alto Amatzinac se encuentra sobre la barranca Amatzinac en el estado de Morelos, en el límite de las comunidades de Tetela del Volcán y Hueyapan, en el paraje "El Gallo", cuyas coordenadas son: 18ᵒ 54' 13.74'' de latitud Norte y 98ᵒ 42' 17.55'' de longitud Oeste (Figura 6.2).
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Figura 6.2. Vista panorámica de la cuenca Alto Amatzinac
6.1.2.
Geología
Con respecto a su origen geológico, en la zona de estudio predominan materiales ígneos extrusivos básicos, los cuales pertenecen uno al sistema Neógeno y al sistema Cuaternario, como son las Andesitas, las Dacitas y las superficies de Piroclastos formando tobas y brechas. En la Figura 6.3 se ilustra la geología superficial.
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Figura 6.3. Geología en el área aledaña al sitio de construcción de la presa 6.1.3.
Relieve
De acuerdo a la fisiografía que presenta INEGI, el municipio pertenece al sistema formado por la cordillera del volcán Popocatépetl, cuya cima llega a los 5,452 metros. En cuanto, a las alturas más importantes localizadas en la zona de estudio, son:
El cerro del Zempoaltépetl, que tiene 5,250 metros; le siguen en importancia el cerro El Gallo, con 2,750 metros y el de La Mina, al norte de la cabecera municipal. Las zonas accidentadas abarcan aproximadamente el 70% de la superficie municipal, éstas se encuentran en la parte sur y sureste, así como en la parte oeste y noroeste, del municipio. Las zonas planas se localizan en la parte suroeste, así como en la parte oeste y noroeste del municipio.
El relieve en el área de influencia de la presa se aprecia en la Figura 6.4 donde se muestra el volcán y los cerros El Gallo, Atonteco, El Rodeo, Zagapechco y Tenango.
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DESCRIPCIÓN - 88 -
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Figura 6.4. Relieve en el área aledaña al sitio de construcción de la presa
6.1.4.
Edafología
Por otra parte, la edafología de la zona de estudio, de acuerdo a la clasificación del sistema FAO-UNESCO/1968, modificado por la Dirección General de Geografía del INEGI, los suelos predominantes son tipo Andosol húmico en la parte baja de cuenca de estudio, seguido de Regosol eutríco y Regosol distríco, mientras en la parte alta predomina el suelo Litosol. En la Figura 6.5 se muestra la distribución de los suelos presentes en la cuenca de estudio.
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Figura 6.5. Edafología en el área aledaña al sitio de construcción de la presa 6.1.5.
6.1.5.5.
Climatología Estaciones Climatológicas
Por otra parte, en el área de influencia de la cuenca, se identificaron 4 estaciones climatológicas del estado de Morelos, 7 del estado de México y 5 del estado de Puebla (Cuadro 6.1). Cuadro 6.1. Estaciones aledañas a la zona de estudio Clave 15007 15015 15060 15080 15103 15252 15288 17048 17068 21192 21193
Nombre
Estado
Amecameca de Juárez Amecameca e Juárez (SMN) Nepantla, Tepetlixtla Atlautla Repetidora T.V. S.Pedro Nexapa- Amecameca Atlautla Ecatzingo Puente de Ocuituco Achichipilco Huilango Tochimilco San Pedro B. Juárez
México México México México México México México Morelos Morelos Puebla Puebla
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Grados Decimales Longitud Latitud -98.76 19.13 -98.76 19.11 -98.83 18.98 -98.63 19.11 -98.73 19.08 -98.78 19.03 -98.76 18.96 -98.75 18.88 -98.81 18.95 -98.58 18.84 -98.55 18.94
Altura m.s.n.m 2,479 2,470 1,969 3,750 2,650 2,350 2,420 1,960 1,910 1,860 2,200
DESCRIPCIÓN - 90 -
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Clave
Nombre
21194 Santa Catalina 21195 Sta.C.Cuahutomatitla 21196 Tochimilco 1 Hueyapan 2 Tetela del Volcán Fuente: Elaboración propia
6.1.6.
Estado Puebla Puebla Puebla Morelos Morelos
Grados Decimales Longitud Latitud -98.54 18.88 -98.55 18.9 -98.55 18.85 -98.69 18.87 -98.71 18.87
Altura m.s.n.m 2,700 1,930 1,930 -
Precipitación
Este parámetro se determinó, hallando la media de las precipitaciones de todos los meses de todos los años disponibles de las estaciones aledañas, de las cuales se obtuvo el promedio anual. Los datos de precipitaciones que se extrajeron de la base de datos de ERIC III, cuyos datos comprenden los años 1942 a 2004, de los que algunas características generales se concentran en el Cuadro 6.2. Cuadro 6.2. Valores de precipitación (Pp) media anual de las estaciones obtenidas de ERIC III Clave 15007 15015 15060 15080 15103 15252 15288 17048 17068 21192 21193 21194 21195 21196 1 2
Nombre Amecameca de Juárez Amecameca e Juárez (SMN) Nepantla, Tepetlixtla Atlautla Repetidora T.V. S.Pedro NexapaAmecameca Atlautla Ecatzingo Puente de Ocuituco Achichipilco Huilango Tochimilco San Pedro B. Juárez Santa Catalina Sta.C.Cuahutomatitla Tochimilco Hueyapan Tetela del Volcán
Estado México México México México México México México Morelos Morelos Puebla Puebla Puebla Puebla Puebla Morelos Morelos
Pp (mm) 934.4 492.3 749.9 480.9 901.7 725.6 917.6 972.5 1054.5 846.1 784.3 1860.7 792.8 804.9 1,064.5 1,049.1
Fuente: Elaboración Propia.
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DESCRIPCIÓN - 91 -
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Con apoyo del software Arc Gis 9.3, los valores de precipitación media anual se interpolaron mediante el método Kriging y en la Figura 6.8 se muestra las Isoyetas que exponen la distribución de la precipitación de la cuenca, encontrándose que oscila entre los 1,040 mm en las partes bajas y 820 mm en las partes altas, presentándose en promedio anual de 988 mm. En la Figura 6.6 y 6.7 se muestran la variación anual de la precipitación media mensual y la variación de la precipitación media anual. 187.48
200
188.79
187.48 168.78
180 Precipitación (mm).
160 140 120 100
78.64
80
68.90
60 26.87
40 20
12.16
7.89
9.77
20.94 6.36
-
Figura 6.6. Variación anual de la precipitación media mensual en la cuenca En la Figura 6.6, se puede observar el comportamiento de la precipitación tras un año, presentándose los meses más lluviosos en Junio, Julio, Agosto y Septiembre. Mientras que Octubre, Noviembre, Diciembre, Enero, Febrero, Marzo y Abril, son los meses menos lluviosos, siendo esta la temporada de estiaje.
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DESCRIPCIÓN - 92 -
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1,800
Precipitación (mm.)
1,600 1,400 1,200 1,000 800 600 400 200 1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
Figura 6.7. Variación histórica de la precipitación media anual en la cuenca Como se puede observar en la Figura 6.7, la precipitación media anual que se presenta en la cuenca ha sido constante a lo largo del tiempo.
840mm. 880mm. 920mm. 960mm. 1,000m m.
1,040m m.
Figura 6.8. Isoyetas en la cuenca Alto Amatzinac
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DESCRIPCIÓN - 93 -
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6.1.7.
Temperatura
Este parámetro se determinó, hallando la media de las temperaturas de todos los meses de todos los años disponibles de las estaciones aledañas, de las cuales se obtuvo el promedio anual. Los datos de temperaturas que se extrajeron de la base de datos de ERIC III, cuyos datos comprenden los años 1942 a 2004, de los que algunas características generales se concentran en el Cuadro 6.3. Cuadro 6.3. Valores de Temperatura Media Anual (TMA) de las estaciones obtenidas de ERIC III Clave
Nombre
15007 Amecameca de Juárez 15015 Amecameca e Juárez (SMN) 15060 Nepantla, Tepetlixtla 15080 Atlautla Repetidora T.V. 15103 S.Pedro NexapaAmecameca 15252 Atlautla 15288 Ecatzingo 17048 Puente de Ocuituco 17068 Achichipilco 21192 Huilango Tochimilco 21193 San Pedro B. Juárez 21194 Santa Catalina 21195 Sta.C.Cuahutomatitla 21196 Tochimilco 1 Hueyapan 2 Tetela del Volcán
Estado
TMA (ºC)
México México
9.3 9.8
México México México
17.2 3.8 9.8
México México Morelos Morelos Puebla Puebla Puebla Puebla Puebla Morelos Morelos
9.1 10.4 14.8 19.7 14.2 12.3 20.8 12.6 14.4 15.4 16.7
Fuente: Elaboración Propia.
Usando el software Arc Gis 9.3 los valores de temperatura media anual se interpolaron mediante el método Kriging y en la Figura 6.11 se muestra las isotermas generadas que muestran la distribución de temperatura de la cuenca, encontrándose que fluctúa entre los 15°C en la partes baja y a los 12°C en las partes altas, presentándose en promedio anual de 13.5°C. En la gráfica 6.9 y 6.10 se muestran la variación anual de la temperatura media mensual y la variación de la temperatura media anual.
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DESCRIPCIÓN - 94 -
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20
Temperatura (°C)
15.21
15
11.27 12.06
16.05 15.77 15.06 15.09 14.81
13.03
13.89
12.74
11.38
10 5 -
Figura 6.9. Variación anual de la temperatura media mensual en la cuenca En la gráfica se muestra el comportamiento de la temperatura media mensual, presentando mayor temperatura los meses de Abril, Mayo, Junio, Julio y Agosto. Mientras que, el mes de Septiembre a Marzo se encuentran las temperaturas más bajas. 20
Temperatura (°C)
18 16 14 12 10 8 1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
Figura 6.10. Variación histórica de la temperatura media anual en la cuenca Como se puede observar en la gráfica anterior, la temperatura media anual que se presenta en la cuenca ha sido ascendente a lo largo del tiempo.
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DESCRIPCIÓN - 95 -
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12°C
13°C
14°C
15°C
Figura 6.11. Isotermas en la cuenca Alto Amatzinac 6.1.8.
Evapotranspiración
La evaporación directa es a partir del suelo y la transpiración tiene lugar de forma simultánea en la naturaleza, y no es fácil distinguir cuánto vapor de agua es producido por cada uno de los dos procesos. Por ello, se usa el término Evapotranspiración (ET) que engloba el proceso de transferencia de agua a la atmósfera tanto por acción de las plantas como por evaporación directa a partir del suelo. Para obtener la evapotranspiración de la cuenca se usó el Método de Turc (Ecuación 4.1); quien propuso en 1954 un método sencillo, basado en la temperatura y la precipitación. La metodología consistió en retomar los promedios anuales de cada una de las estaciones, tanto de, Precipitación como de, Temperatura y sustituir los valores en la ecuación, cuyos resultados se muestran en el Cuadro 6.4, los resultados de cada estación se interpolaron para obtener isolíneas de igual distribución. La Figura 6.12, arroja una variación de la Evapotranspiración (Etr) de 670 mm. a 580 mm., con una media de 625 mm.
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DESCRIPCIÓN - 96 -
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ET=
P 0.9 ( P L) 2
…………………………………………..….(4.1)
Donde: P = Precipitación Total Anual (mm) T = Temperatura Media Anual (ºC) L = 300 + 25 T + 0.05 T3 Cuadro 6.4. Valores obtenidos de Evapotranspiración (Etr) Clave 15007 15015 15060 15080 15103 15252 15288 17048 17068 21192 21193 21194 21195 21196 1 2
Nombre Amecameca de Juárez Amecameca e Juárez (SMN) Nepantla, Tepetlixtla Atlautla Repetidora T.V. S.Pedro Nexapa- Amecameca Atlautla Ecatzingo Puente De Ocuituco Achichipilco Huilango Tochimilco San Pedro B. Juárez Santa Catalina Sta.C.Cuahutomatitla Tochimilco Hueyapan Tetela del Volcán
Estado México México México México México México México Morelos Morelos Puebla Puebla Puebla Puebla Puebla Morelos Morelos
Etr (mm) 489.9 346.2 583.5 333.2 498.9 512.3 441.4 612.5 795.2 585.8 501.7 732.6 541.6 572.6 686.4 720.8
Los valores que se obtuvieron se interpolaron a través de un SIG, siguiendo el mismo procedimiento al anterior; cuyos resultados se presentan en la Figura 6.12.
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580mm.
600mm.
620mm.
640mm.
660mm.
Figura 6.12. Evapotranspiración media anual de la presa Alto Amatzinac 6.1.9.
Clima
Según la clasificación climática de Köppen modificada por García (1981); el clima que se tiene en la cuenca de captación varía de templado subhúmedo a semifrío subhúmedo del grupo C, Figura 6.13. El clima semifrío subhúmedo (Cb´(w2)) presenta verano fresco largo, temperatura media anual entre 5 °C y 12 °C, temperatura del mes más frío entre -3 °C y 18 °C, temperatura del mes más caliente bajo 22 °C; con precipitación en el mes más seco menor de 40 mm, lluvias de verano y porcentaje de lluvia invernal del 5 al 10.2% del total anual y se encuentra en la parte alta de la cuenca. El clima C(w2) templado subhúmedo, se caracteriza por tener temperatura media anual entre 12 °C y 18 °C, temperatura del mes más frío entre -3 °C y 18 °C y temperatura del mes más caliente bajo 22 °C; la precipitación del mes más seco menor de 40 mm, lluvias de verano con índice P/T mayor de 55 y porcentaje de lluvia invernal del 5 al 10.2 % del total anual; y se ubica en la parte media de la cuenca.
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Figura 6.13. Clima en la cuenca Alto Amatzinac 6.1.10. Hidrología De acuerdo a la división de regiones hidrológicas y cuencas del país, la presa AltoAmatzinac y su cuenca se localizan en la Región Hidrológica Balsas (Región 18), que a su vez, se divide en las subregiones Hidrológicas Alto, Medio y Bajo Balsas; está integrada por las Cuencas Hidrológicas Libres Oriental, Alto Atoyac, Amacuzac, Bajo Atoyac, Mixteco, Tlapaneco y Nexapa. Como se muestra en la Figura 6.14, en esta última se localiza la cuenca Alto Amatzinac en la cuenca río Nexapa que comprende desde la vertiente oriental y sur del volcán Popocatépetl; tiene una superficie de aportación de 4,214.25 Km 2, y se encuentra delimitada por las siguientes regiones y cuencas hidrológicas: al norte por la cuenca hidrológica río Alto Atoyac y por la Región Hidrológica número 26 Pánuco; al sur y al este por la cuenca hidrológica río Bajo Atoyac; y al oeste por la cuenca hidrológica río Amacuzac.
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Cuenca de Captación Presa Alto Amatzinac
Figura 6.14. Ubicación de la cuenca de la presa Alto Amatzinac en las cuencas y subregiones hidrológicas
6.1.10.6.
Fuentes y Usos del Agua
La gran altura de este volcán determina que, por lo regular, la precipitación sea en forma de nieve, puesto que en verano hay nieve a partir de los 4,500 msnm y en invierno desde los 4,200 msnm (Dirección del Parque Nacional Izta-Popo, 2009). Los glaciares más importantes del Popocatépetl se encuentran en franca con orientación al norte, debido a que esa ladera recibe menos sol y más precipitaciones (Figura 6.15), causadas por los vientos húmedos, los Nortes que llegan del Golfo de México. Por lo que, los escurrimientos superficiales son intermitentes y aumentan su caudal durante la época lluvias. También se produce una cierta infiltración de agua que va a alimentar a corrientes subterráneas, ya que los ecosistemas efectúan el proceso que permite la recarga de acuíferos y mantos freáticos que abastecen buena parte de la zona; ya que afloran en forma de manantiales.
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Glaciar Noroccidental
Glaciar Ventorrillo
Figura 6.15. Glaciares del volcán Popocatépetl
6.2. Uso Actual del Suelo El uso del suelo está determinado por la vegetación natural del mismo: bosques, selvas y matorrales, que constituyen la categoría “primaria”. En las regiones donde una porción de la comunidad biológica ha sido explotada parcialmente o bien se está recuperando después de su remoción, la vegetación es calificada como “perturbada” o “secundaria” respectivamente. Se conoce como “cobertura antrópica” a aquellos lugares donde la vegetación ya es totalmente diferente de la original al ser modificada por el hombre; dentro de esta categoría se incluyen diferentes tipos de cubierta: agrícola, ganadera o urbana. Para determinar el uso del suelo en la cuenca de la presa, se tomó como base la caracterización presentada por INEGI, en su carta Uso actual del Suelo, escala 1:250,000, cuya discretización para ésta área se muestra en la Figura 6.16.
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Figura 6.16. Uso del suelo de la cuenca Alto Amatzinac según la carta de INEGI, escala 1:1,000,000 Apoyados en la información anterior, y con el interés de tener una mayor discretización en la cobertura, se descargaron y georreferenciaron imágenes de satélite de Google Earth; sobre las cuales se digitalizaron (Figura 42) las diferentes coberturas apreciables, las cuales se contrastaron con las presentadas por el INEGI para definir la constitución vegetal y uso del suelo en cada área, lo cual se verifico en los diversos recorridos de campo que se realizaron y cuyo resultado final se muestra en el Cuadro 6.5 y la distribución espacial de los diferentes usos se muestra en el plano Uso de Suelo (1/5), Anexo 1. Cuadro 6.5. Características generales de las coberturas del uso actual del suelo en la cuenca Uso Actual de Suelo Bosque Área Desnuda Cultivo Pastizal Bárbecho Total
Área (ha)
Porcentaje (%)
2880.52 364.03 297.44 175.70 35.33 3,753.03
77% 10% 08% 04% 01% 100%
Fuente: Elaborado a partir de imágenes de satélite Google earth.
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En el uso de suelo principal en la cuenca, está dado por el bosque, con una cobertura aproximada del 77% seguido del área desnuda con 8.1% y otros usos que cubren el restante 15%; en seguida se seguida se da una descripción general de la condición y constitución de cada tipo de cobertura, así como imágenes que lo ilustran. 6.2.1.
Área de Bosque
La principal vegetación esta constituida principalmente por una asociación de PinoEncino, la cual está caracterizada por la abundancia de ciertas especies géneros Pinus y Quercus (Figura 6.17) respectivamente. Este se desarrolla a altitudes entre los 1,600 y 3,000 msnm, donde el clima es templado subhúmedo con lluvias en verano, con temperaturas que oscilan entre los 16 y 20°C y son propicias a descender y con precipitaciones que varían entre 700 y 1,500 mm. Este tipo de bosque se puede encontrar sobre distintos tipos de rocas : ígneas, metamórfica, y sedimentaria; mientras que los suelos sobre los que se asienta son delgados y poco desarrollados, siendo Litosol, Regosol y Cambisol los principales; pero también se encuentra sobre suelos originados por ceniza volcánica como el Andosol. La asociación de Pino y Encino está dada por las siguientes especies: Pinus montezumae, P. leiophylla, P.teocote, P. pringlei, P. oocarpa, P. lawsoni, P. michoacana f. Cornuta, Quercus rugosa, Q. Obtusata, Q. Laurina, Q. castanea y Q. crassifolia.
Figura 6.17. Uso de suelo: bosque 6.2.2.
Área Desnuda
En cuanto al área desnuda que presenta la cuenca, está se encuentra en la parte más alta, entre una altitud de 4,500 m.s.n.m. a 5,020 m.s.n.m. ya que esta forma parte del glaciar del volcán Popocatépetl, pues resulta imposible el establecimiento de vegetación en esas condiciones climatológicas. Sin embargo, también existen áreas desnudas por desmonte, en las cual posteriormente se desarrollan actividades agrícolas (Figura 6.18).
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Figura 6.18. Uso de suelo: área desnuda 6.2.3.
Área de Agricultura
En cuanto a esto refiere, la agricultura que se desarrolla en la zona de estudio es de temporal, en su mayor porcentaje en la parte baja, en la cual existen zonas de pendientes fuertes en el que se cultiva Aguacate, Durazno y Ciruela principalmente (Figura 6.19).
Figura 6.19. Uso de suelo: agricultura
6.2.4.
Área de Pastizal
Estos ecosistemas están constituidos por comunidades herbáceas en las que predominan las gramíneas, en algunos casos son de origen natural, pero en otros, obedece a condiciones de perturbación por sobrepastoreo. Este tipo de vegetación se distribuye en pequeñas superficies, principalmente en climas calidos y semicálidos subhúmedos, con mayor presencia en estos últimos; se localiza en terrenos planos o de lomerío, sobre sustratos geológicos de naturaleza ígnea o sedimentaria, en suelos de tipo feozem principalmente, aunque también crece en suelos Regosoles, Acrisoles y Vertisoles (Boyás 1992). Las especies más
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frecuentes que conforman este tipo de vegetación son Hilaria cenchroides, Cynodon dactylon, Buchloe dactyloides, Settaria lutescens, Microchloa kunthii, Panicum obtusum, Sporobolus poiretti, Paspalum notatum y Bouteloa curtipendula (COTECOCA 1979, citado por CEAMA, 2007).
Figura 6.20. Uso de suelo: pastizal
6.2.5.
Área de Barbecho
Esto refiere en que existen tierras que continuamente año con año se encuentran en producción, afectando la fertilidad del suelo, ya que éste pierde nutrientes y como consecuencia a eso, baja la productividad. Por ello, los productores toman la decisión de dejar descansar la tierra (o barbechar), con el fin de que la tierra recupere sus nutrientes, por lo que no hay vegetación alguna (Figura 6.21).
Figura 6.21. Uso de suelo: barbecho
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7. MATERIALES Y MÉTODOS 7.1. Recopilación de Información Como primera actividad se recopiló la información disponible en la CONAGUA, tales como estudios y proyectos realizados en el área de la barranca Amatzinac, los cuales se elaboraron con afines de un mejor uso, manejo y aprovechamiento racional del agua; de dichos estudios se describe enseguida. Cuadro 7.1. Estudios y proyectos consultados Año
2010
Nombre del proyecto
Uso
Continuación del Inventario de Unidades de Riego en el Estado de Morelos”
Proyectos Ejecutivos para la Planeación Integral de la Tecnificación del Riego de la barranca Amatzinac, Morelos” 2009
Elaboración del inventario de la infraestructura hidroagrícola, georreferenciación y caracterización, de las Unidades de Riego de la región oriente del estado de Morelos
2008
La elaboración de Proyectos Ejecutivos de las líneas de conducción y de los sistemas de distribución parcelaria de las presas "Socavones" y "Amilcingo" del municipio de Temoac, del estado de Morelos
2008
Estudios básicos complementarios y proyecto ejecutivo de la presa de almacenamiento Picacho y su zona de riego, mpio. de Zacualpan de Amilpas, estado de Morelos
2008
Formulación del plan director y del inventario de la infraestructura, integración del padrón de usuarios y de los planos parcelarios y elaboración del reglamento de las unidades de riego que se abastecen de la barranca de Amatzinac, del estado de Morelos
Conocer la superficie y cultivos establecidos en las comunidades de Tetela del volcán y Hueyapan. Conocer las Unidades de Riegos establecidos en la barranca Amatzinac y su operación. Conocer la ubicación de la infraestructura hidroagrícola de las Unidades de Riego. Conocer la distribución de las presas Socavones y Amilcingo de la parte media de la barranca Amatzinac, así como su volumen disponible. Conocer la distribución de las presa Picacho de la parte media de la barranca Amatzinac, así como su volumen disponible. Conocer el padrón de usuarios de cada una de la Unidades de Riego de Amatzinac, así como su superficie.
Fuente: Elaboración Propia.
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Por otra parte, se retomo información diversa generada por distintas dependencias, las cuales se describen en el siguiente Cuadro 7.2. Cuadro 7.2. Información consultada a las diferentes fuentes de información USO
TIPO
FUENTE BANDAS 2008
ND
ERIC III
ND
INEGI
Local
INEGI
1:50,000
INEGI
1:50,000
Archivos de formato Raster
INEGI
1:1,000,000
Capas tipo Vectorial
INEGI
1:1,000,000
Imágenes de Satélite
Google Earth Pro
Variable
Consulta de datos hidrométricos. Consulta de las estaciones climatológicas aledañas a la zona de estudio. Cuadernos estadísticos Municipales de Tetela del volcán. Cartas topográficas de la zona de estudio. Cartas Uso Actual del Suelo de la zona de estudio. Modelos de Elevación Digital. Capas de tipo: Uso actual del Suelo, Hidrológico, Cuencas y subcuencas, Tipo de Suelo, Geológico. Digitalización del uso actual del suelo de la zona de estudio.
ESCALA
Base de datos
Cartografía
Fuente: Elaboración Propia.
7.2. Caracterización Fisiográfica de la Cuenca 7.2.1.
Delimitación de la Cuenca
Existen varias formas de delimitar una cuenca, una de ellas es por medio de una carta topográfica, la cual muestra las curvas de nivel del relieve que presenta, según sea la sitio, trazando una línea alrededor de la red hidrográfica tomando en cuenta la orografía, o bien a través de una tableta digitalizadora. Por otra parte, también se puede llevar a cabo a través de modelos hidrológicos como la herramienta Hidrology en el Arc Gis 9.3, que entre muchas de sus aplicaciones, permite realizar la definición de la hidrografía y la delimitación de las cuencas y subcuencas a partir de Modelos de Elevación Digital, en escalas 1:250,000 y 1:50,000 que proporciona el INEGI.
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7.2.2. Parámetros de Forma Después de delimitar la microcuenca y definir su hidrografía y parteaguas, se procedió a su caracterización fisiográfica, calculando los parámetros fisiográficos más importantes que complementan su descripción y que a su vez hacen posible la caracterización de la misma, y que a continuación se presentan:
7.2.2.1. Área de la Cuenca (Ac) El área de la microcuenca o área de drenaje Ac, para este caso se calculó aplicando el software Arc Gis 9.3.
7.2.2.2. Índice de forma (If) La forma de la cuenca se determinó buscando el parecido de esta con algunas formas conocidas. Por otro lado, el índice de forma, se cálculo aplicando el Método de Hortón, es decir, la Ecuación 2, la cual se describe y enuncia en apartados anteriores.
7.2.2.3. Coeficiente de Sinuosidad (Ks) Este parámetro se calculó aplicando la Ecuación 3, determinando la distancia que hay desde el punto de inicio del cauce hasta el punto de la salida de la cuenca, por lo que se consideró que la corriente es prácticamente una recta.
7.2.2.4. Parámetro de forma (Pf) El cálculo de este parámetro se hizo aplicando la Ecuación 4 para lo cual se cálculo la longitud del parteaguas en km con la ayuda del software Arc Gis 9.3.
7.2.2.5. Longitud de la cuenca (Lc) La longitud de la cuenca se determinó aplicando el software especializado Arc Gis 9.3, por lo que dicha longitud, se cálculo asumiendo regular la cuenca en estudio.
7.2.2.6. Ancho máximo de la cuenca (Bmáx) El ancho máximo Bmáx se calculó con el software Arc Gis 9.3, midiendo la longitud de la perpendicular más grande a la línea de longitud Lc obtenida en el inciso anterior.
7.2.2.7. Ancho medio de la cuenca (Bmed) El ancho medio de la cuenca se determinó aplicando la Ecuación 5, de donde el área drenada se consideró igual al área de la cuenca.
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7.2.2.8. Coeficiente de asimetría de la cuenca (Cac) El coeficiente de asimetría de la cuenca se determinó aplicando la Ecuación 6 y el cálculo de las áreas de aportación a la derecha y a la izquierda de la cuenca se determinó con el software ARC GIS 9.3, el cálculo de dichas áreas se hizo tomando como base el cauce principal de la cuenca.
7.2.2.9.
Relación de elongación (Re)
El cálculo de la relación de elongación de la cuenca, se hizo aplicando la Ecuación 7, la cual se describió en el apartado de revisión de literatura.
7.2.2.10. Coeficiente de compacidad (Kc) El coeficiente de compacidad de la cuenca, se determinó aplicando la Ecuación 11, la cual se definió y describió en apartados anteriores. 7.2.3.
Parámetros de Relieve
7.2.3.1. Pendiente del cauce principal (Scp) La pendiente del cauce principal se determinó utilizando el método de la relación Distancia – Elevación y aplicando la Ecuación 12, para lo cual se construyó una gráfica en la que en el eje de las abscisas se registraron las distancias horizontales que se midieron desde la boquilla hasta cada curva de nivel y en el eje de las ordenadas, se graficaron las correspondientes elevaciones de las curvas de nivel, por lo que también se tabularon dichos valores en una tabla.
7.2.3.2. Pendiente media del cauce principal (Scp) La pendiente media del cauce principal se determinó por el método de la regla de Taylor y Schwarz, dividiendo en diez segmentos iguales al cauce principal, y asi se obtuvo la pendiente de cada tramo. Una vez obtenidas todas la pendientes de los tramos del cauce principal, la pendiente de éste se cálculo aplicando la Ecuación 13, la cual se mencionó en capítulos anteriores.
7.2.3.3. Pendiente media de la cuenca (Sc) El cálculo de la pendiente media de la cuenca para este caso, se determinó aplicando los métodos de Alvord y de Horton; la información y datos necesarios para dicha determinación se describen a continuación para cada uno de éstos métodos.
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A. Método de Alvord Para este caso la determinación de la pendiente media de la cuenca se hizo apliacndo la Expresión 19, para lo cual se calcularon las pendientes, las áreas y longitudes existentes entre cada una de las curvas de nivel, considerando a éstas como el desnivel existente entre dichas curvas. Todos los cálculos antes mencionados y necesarios para la estimación de la pendiente media de la cuenca por el método de Alvord, se determinaron con la información topográfica en formato digital obtenida del INEGI y con el software Arc Gis 9.3. Para el cálculo de los parámetros antes mencionados, sólo se consideraron las curvas de nivel a cada 100 m.
B. Método de Horton Para la estimación de la pendiente media de la microcuenca con el método de Horton, se trazó una malla sobre el área de la cuenca en estudio. Una vez definida la malla, se midió la longitud de cada línea comprendida dentro de la cuenca y se contaron las intersecciones y tangencias de cada una de éstas con las curvas de nivel. La pendiente media de la curva en cada dirección de la malla se determinó con las Expresión 23. El cálculo de los parámetros antes mencionados para la estimación de la pendiente media de la cuenca por el método de Horton, se hizo con la información topográfica en formato digital obtenida del INEGI y con el software Arc Gis 9.3. De manera similar que en el punto anterior, para este caso sólo se consideraron las curvas de nivel a cada 100 m.
7.2.3.4. Elevación media de la Cuenca (Em) La Elevación media de la Cuenca (Em), se obtuvo mediante una malla generada sobre el plano topográfico de la cuenca y por interpolación se obtuvieron las cotas o coordenadas Zi de cada una de ellas, por lo que solamente se requirió obtener el promedio entre los puntos de la malla para determinar la pendiente de la cuenca, por lo que la Em se calculó aplicando la Expresión 24, dividiendo el total de intersecciones entre la elevación acumulada.
7.2.3.5.
Elevación máxima (Emáx)
La elevación máxima de la cuenca se determinó con el sofware Arc Gis 9.3, en base a la información topográfica de los archivos vectoriales obtenidos del INEGI.
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7.2.3.6.
Elevación mínima (Emín)
De manera similar, la elevación mínima de la cuenca se determinó con información topográfica de los archivos vectoriales, definiendo el punto de salida de la microcuenca como la cota del punto más bajo de la misma.
7.2.3.7.
Curva hipsométrica
La construcción de la curva hipsométrica se hizo graficando en el eje de las abscisas, el porcentaje del área acumulada, mientras que en el eje de las ordenadas, el valor de la cota (elevación), es decir, la curva representa una distribución de área acumulada vs elevación. 7.2.4.
7.2.4.1.
Parámetros de Drenaje Orden de corrientes (i)
Siguiendo la metodología de la literatura citada, se calculó el número de orden de la cuenca, considerando como corrientes de orden 1 a aquellas que no tuvieran ningún tributario, de orden 2 a las que sólo tienen tributarios de orden 1, a las de orden tres a las que sólo tienen tributarios de orden 2 y así sucesivamente hasta determinar el orden de la cuenca.
7.2.4.2. Hidrografía En base al número de orden (NO), longitud y desnivel de todos y cada uno de sus cauces de concentración o tributarios, se determinó la hidrografía de la cuenca.
7.2.4.3. Longitud de tributarios y del cauce principal La determinación de la longitud de los tributarios así como la del cauce principal, se determinó con base al modelo digital de elevaciones obtenido del INEGI y con apoyo del software especializado Arc Gis 9.3, con lo cual se generaron tablas de cada una de las subcuencas de los tributarios, indicando de esta forma la longitud de cada unos de éstos, así como un nombre especifico a cada subcuenca para su mayor comprensión y exposición.
7.2.4.4. Relación de Bifurcación (Rbu) La relación de bifurcación se determinó con el método de Horton, es decir, aplicando la Ecuación 25, dividiendo el número total de cauces de un orden, entre el número de cauces del siguiente orden, así sucesivamente.
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7.2.4.5. Coeficiente de desarrollo de la línea del Parteaguas (mp) El cálculo de este parámetro se hizo aplicando la Ecuación 26, para lo cual se considero el área de la cuenca igual al área drenada.
7.2.4.6.
Densidad de corrientes (DC)
El cálculo de este parámetro se hizo aplicando la Ecuación 27; para determinar el número de corrientes sólo se consideraron las perennes e intermitentes, la corriente principal se contó como una desde su nacimiento hasta su desembocadura. Por lo tanto se tiene que:
7.2.4.7.
Densidad de drenaje (Dd)
El cálculo de este parámetro se realizó aplicando la Ecuación 28. La estimación de la longitud total de las corrientes se hizo considerando las corrientes perennes e intermitentes.
7.2.4.8. Longitud promedio del flujo superficial (Lc) La longitud promedio del flujo superficial se determinó aplicando la Expresión 29, y con el software Arc Gis 9.3 se calcularon las longitudes del cauce más largo y la del cauce principal datos que son necesarios para la determinación de éste parámetro. 7.2.5.
7.2.5.1.
Parámetros de Energía Tiempo de concentración de la cuenca (tc)
El tiempo de concentración de la cuenca se determinó aplicando la fórmula de Kirpich, es decir, la Ecuación 30, que se describió en apartados anteriores.
7.3. Hidrometría 7.4. Volumen Disponible La metodología a la cual se recurrió fue la establecida por la Norma Oficial Mexicana NOM-011-CNA-2000, Conservación del Recurso Agua - Que establece las especificaciones y el método para determinar la disponibilidad media anual de aguas nacionales en el Apéndice “A”- publicada en el Diario Oficial de la Federación el 2 de Agosto del 2001. Para determinar la disponibilidad de agua intervienen dos parámetros, como son: el Volumen de Escurrimiento Media Anual y el Volumen Anual Comprometido.
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El Volumen de Escurrimiento Media Anual está influenciado por el uso actual del suelo, tipo de suelo y la distribución de la precipitación en la cuenca. Se determinó bajo esta norma por que indica que en caso de que la cuenca en estudio no se cuente con suficiente información, se determinara el Volumen de Escurrimiento Medio Anual se aplicara el Método Indirecto denominado: Precipitación-Escurrimiento. Por lo tanto, el Vema se determinó a partir de la siguiente Expresión: Vema = (P) (At) (Ce)
(31)
Donde: Ve = Volumen de Escurrimiento Medio Anual (m3) P = Precipitación Anual Ce = Coeficiente de escurrimiento anual At = Área total de la cuenca (m2) Para la estimación del coeficiente de escurrimiento se utilizaron las siguientes Ecuaciones 32 y 33, en las cuales se tiene que obtener previamente el valor K, a partir de tablas y esta, depende de tres factores: el Tipo de Suelo (Cuadro 7.3), Uso del Suelo (Cuadro 7.4), y precipitación; procedimientos mencionados en apartados anteriores. Expresiónes para calcular el Factor K: Cuando K =< 0.15; Ce = K (P-250) / 2000
(32)
Cuando K > 0.15; Ce = K (P-250) / 2000 + (K-0,15) / 1.5
(33)
Cuadro 7.3. Características del tipo de suelo Tipo de suelo
Características
A
Suelos permeables, tales como arenas profundas y loess poco compactos. Suelos medianamente permeables, tales como arenas de mediana profundidad: loess algo más compactos que los correspondientes a los suelos A; terrenos migajosos. Suelos casi impermeables, tales como arenas o loess muy delgados sobre una capa impermeable, o bien arcillas.
B C
Fuente: NOM-011-CNA-2000.
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Cuadro 7.4. Valores de k, según el tipo de suelo y uso de suelo Uso de suelo
Tipo de suelo A
B
C
Barbecho, áreas incultas y desnudas. Cultivos
0.26
0.28
0.30
Legumbres o Rotación de Cultivos
0.24
0.27
0.30
Granos Pequeños
0.24
0.27
0.30
Más de 75% (Poco)
0.14
0.20
0.28
Del 50% al 75% (Regular)
0.20
0.24
0.30
Menos del 50% (Excesivo)
0.24
0.28
0.30
Cubierto más de 75%
0.07
0.16
0.24
Cubierto 50% al 75%
0.12
0.22
0.26
Cubierto 25% al 50%
0.17
0.26
0.28
Cubierto menos de 25%
0.22
0.28
0.30
Pastizales: % de suelo cubierto
Bosque
Zonas Urbanas
0.26
0.29
0.32
Caminos
0.27
0.30
0.33
Pradera Permanente
0.18
0.24
0.30
Fuente: NOM-011-CNA-2000.
7.5. Volumen aportado por Lluvia Por otra parte, la precipitación al ser componente de entrada del sistema hidrológico, en este caso de la cuenca Alto Amatzinac, se estimara el Volumen aportado por Lluvia, cuya la información fue procesado con el software Arc Gis 9.3 utilizando las capas del Uso Actual del Suelo y Precipitación.
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7.6. Volumen aportado por Manantiales Se considera a los manantiales como fuente de abastecimiento, ya que existen dentro del área de estudio, por lo que se dedujo su volumen a partir de los registros históricos arrojados por la estación Hidrométrica aledaña al área de estudio.
7.7. Volumen aportado por Glaciares La mayor parte que escurre en la barranca Amatzinac proviene de los deshielos glaciares, como ya se menciono en temas anteriores, por lo que se considero su volumen aportado, el se cuantificara de manera cuantitativa y cualitativamente.
7.8. Requerimiento de Riego Se estimo por medio del software RASPAWIN, el cual nos ayuda a determinar la cantidad de agua necesaria para el crecimiento y desarrollo de un cultivo; alimentándolo de datos como: características del suelo, temperatura, precipitación de la estación más cercana, así como también el coeficiente de desarrollo del cultivo, la eficiencia del riego, entre otros.
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8. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 8.1. Delimitación de la Cuenca La delimitación del parteguas de la cuenca de captación se realizó con la herramienta Hydrology, a partir del software ArcGis 9.3, obteniendo así, el área de estudio.
Figura 8.1. Delimitación del área de estudio El punto de salida de la cuenca fue ubicado en campo y a partir de él se determinó su área de captación (Anexo 1).
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8.2. Caracterización Fisiográfica de la Cuenca A continuación se presenta de manera resumida los valores obtenidos de los parámetros de forma, relieve, drenaje y energía (Cuadro 8.1). Cuadro 8.1. Resumen de resultados de la caracterización de la cuenca PARÁMETROS
VALOR
UNIDAD
FORMA Área(A) Perímetro(P) Índice de Forma Coeficiente de Sinuosidad Parámetro de Forma Longitud de la Cuenca Longitud de la Cuenca Ancho Máximo de la Cuenca (Bmax) Ancho medio de la cuenca (Bmed) Margen Derecha Margen Izquierda Proporción de Elongación Coeficiente de Compacidad
37.42 km2 47.18 km 0.15 Adim 1.22 Adim 1.26 Adim 14.65 km irregular 14.35 km regular 4.76 Km 2.55 km 1,776.08 Ha 1,965.88 Ha 0.47 Adim 2.16 Adim RELIEVE
Pendiente del Cauce Principal Pendiente Cauce Principal Pendiente Media de la Cauce Principal (Taylor) Pendiente Media de la Cuenca (Método Alvord) Pendiente Media de la Cuenca (Método Horton) Altura Media de la Cuenca Cota Mayor Cota Menor Curva Hipsométrica DRENAJE Clasificación de Corrientes Longitud Cauce principal (Lc) Relación de Bifurcación (rb med) Coeficiente de Desarrollo de la Línea del Partea Aguas
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18.15 14.5 12 41 26 3,051.46 5,040 2,210 adim
% % % % % m m m adim
17 Corrientes 47.18 km 8 Adim 2.17 Adim
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PARÁMETROS Longitud total de cauces Densidad de Corrientes Densidad de Drenaje Longitud promedio del flujo superficial ENERGIA Tiempo de Concentración de una Cuenca
VALOR 47.93 0.45 1.28 0.39
UNIDAD km Corr/Km2 Corr/Km2 Adim
0.2
horas
De acuerdo a los parámetros obtenidos se tiene que la superficie de la cuenca Alto Amatzinac es de 37.42 km2, con un perímetro de total de 47.18 km, siendo esta una microcuenca. En base a lo anterior, y de acuerdo a los parámetros de forma se tiene que la microcuenca es alargada en forma de basto, es decir ovalada-oblicua, de la cual la margen izquierda es quien mayor cantidad de agua aporta con respecto a la derecha. Por otro lado, presenta una topografía fuertemente accidentada, ya que su pendiente media de la cuenca, según el método de Horton es de 26%, de acuerdo literatura citada anteriormente. En el Anexo 1, se incluye el plano Parámetros de forma de la cuenca (2/5). En cuanto, a su drenaje se dedujo que es de tipo dendrítico, por la distribución de los cauces; por otro lado se tiene un cauce principal de 47.18 km, el cual alimenta 8 corrientes principalmente. Además un dato importante en la caracterización de una cuenca es su densidad de drenaje y tiempo de concentración, ya que a partir de este, se pueden deducir varios parámetros. Ya que si el tiempo de concentración es lenta la forma de la cuenca es alargada e irregular; por lo tanto la densidad de drenaje que se obtuvo es de 1.28 corrientes por km2, esto se entiende, que en la cuenca tiene una red de drenaje lenta, es decir que la cuenca presenta una densidad media. Este dato puede ser corroborado con el tiempo de concentración, ya que es de 0.20 horas el tiempo que tarda en salir el agua, desde el punto más lejano hasta la boquilla. Por otra parte, en el Anexo 1 se incluye el plano Características del cauce principal y corrientes (3/5).
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8.3. Hidrometría La estación hidrométrica más cercana, en este caso fue la estación Alpanocan, que se encuentra localizada entre las coordenadas Latitud Norte: 18° 52’ 30’’ y una Longitud: 98° 43’ 00’’; esta presenta registros de gastos de 1959-2005 y está ubicada dentro del municipio de Tochimilco, en el estado de Puebla, a 400 metros al oeste de Alpanocan, Pue., a 2.5 al suroeste de Hueyapan, Mor. y a tres kilómetros al sureste de Tetela del Volcán, Mor. El propósito, de manera particular de esta estación, es medir los escurrimientos que bajan del volcán Popocatepetl, con una dirección inicial hacia el sur, pasando por el poblado de Hueyapan, de donde muy cerca hacia aguas abajo, el Departamento del Distrito Federal tiene instalada la estación; Esta toma datos del rio Amatzinac, la cual pasa por un terreno boscoso y encajonado; y más abajo por Tlacotepec, Temoac, Jantetelco y Tetetilla, Mor., para finalmente contribuye al río Nexapa por la margen derecha de este. Por ello, es de importancia analizar sus datos, ya que en base a ello se conocerá la cantidad de agua que escurre y así, estimar la cantidad de agua que pueda almacenar.
38.7
2004
2002
2000
1998
1996
1993
1991
1989
1987
1985
1983
1981
1979
1976
1974
1972
1970
1968
1966
1964
1962
7
1960
45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
1958
Volumen de EScurrimientos media Anual (Mm³)
Los Gastos que presenta la estacion Alpanocan son datos registrados de 1959 al 2005; los datos se analizaron a través de una gráfica la cual relaciona el volumen contra tiempo (Figura 8.2).
Años
Figura 8.2. Volumen de escurrimiento en el periodo 1959-2005 en la estación Alpanocan En la grafica se muestra que en el año 2005 hubo un escurrimiento de 7.37 Mm 3, siendo este el último dato registrado se deduce que la presa podrá retener o almacenar esta cantidad de agua proveniente únicamente de Escurrimiento.
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8.4. Volumen de Escurrimiento medio anual Una vez obtenido los valores K, se obtuvo el promedio ponderado de K y se calculó el Coeficiente de escurrimiento con las ecuaciones antes mencionadas y posteriormente se obtuvo el Volumen de escurrimiento medio anual que se muestra en Cuadro 8.2. Cuadro 8.2. Valores de K por área identificada Valor Área K (ha.) Área Desnuda Área Desnuda 0.28 0.59 Área Desnuda Área Desnuda 0.28 363.44 Barbecho Barbecho 0.28 7.64 Barbecho Barbecho 0.28 20.01 Barbecho Barbecho 0.28 4.67 Barbecho Barbecho 0.28 3.01 Bosque Cobertura (25 - 50%) 0.26 158.00 Bosque Cubertura (25 - 50%) 0.26 1,093.41 Bosque Cubertura (25 - 50%) 0.26 12.77 Bosque Cubertura (50 - 75%) 0.22 519.31 Bosque Cubertura más 75% 0.16 771.06 Bosque Cubertura más 75% 0.16 36.14 Bosque Cubertura menos 25% 0.28 285.79 Bosque Cubertura menos 25% 0.28 4.05 Cultivo Rotación 0.27 100.11 Cultivo Rotación 0.27 196.33 Cultivo Rotación 0.27 1.00 Pastizal Regular 0.24 102.40 Pastizal Regular 0.24 29.43 Pastizal Regular 0.24 41.79 Pastizal Regular 0.24 2.06 Promedio Ponderado 0.23 3,753 Uso de Suelo
Tipo Vegetación
Se aplicó la Ecuación 33, ya que el valor de K es mayor a 0.15, como sigue: Ce = K (988-250) / 2000 + (0.23-0,15) / 1.5 =0.135 = 0.14 Por lo tanto, el coeficiente de escurrimiento es de 0.14; y de acuerdo a éste, la cuenca Alto-Amatzinac tiene un Volumen de escurrimiento media anual de 5.37Mm3, lo que representa aproximadamente una quinta parte del río Amatzinac, según estudios antes realizados.
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8.4.1.
Volumen aportado por Lluvias
El volumen aportado por lluvia se obtuvo a partir de la información procesada de la precipitación, registrada en las estaciones meteorológicas indicadas en el Cuadro 6.1, obteniendo así el siguiente Cuadro 8.3. Cuadro 8.3. Valores obtenidos de volumen llovido por área Uso Suelo Área Desnuda Área Desnuda Barbecho Barbecho Barbecho Barbecho Bosque Bosque Bosque Bosque Bosque Bosque Bosque Bosque Cultivo Cultivo Cultivo Pastizal Pastizal Pastizal Pastizal
Tipo Vegetación
Pp. (mm.)
Área Desnuda Área Desnuda Barbecho Barbecho Barbecho Barbecho Cobertura 25 - 50% Cobertura 25 - 50% Cobertura 25 - 50% Cobertura 50 - 75% Cobertura más 75% Cobertura más 75% Cobertura menos 25% Cobertura menos 25% Rotación Rotación Rotación Regular Regular Regular Regular
1,080 825 950 1,000 1,050 1,080 900 1,000 1,050 1,000 950 1,000 900 900 1,000 1,050 1,080 900 950 1,000 1,050 SUMA
Área (ha.) 0.59 363.44 7.64 20.01 4.67 3.01 158 1,093.41 12.77 519.31 771.06 36.14 285.79 4.05 100.11 196.33 1 102.4 29.43 41.79 2.06 3,753
Vol. Llovido (m3) 6,372 2,998,380 72,580 200,100 49,035 32,508 1,422,000 10,934,100 134,085 5,193,100 7,325,070 361,400 2,572,110 36,450 1,001,100 2,061,465 10,800 921,600 279,585 417,900 21,630 36,051,370
Por otro lado, en la cuenca Alto Amatzinac existe un volumen de lluvia de 36 Mm 3. 8.4.2.
Volumen aportado por Manantiales
Sin embargo a partir del cálculo de volumen de escurrimiento media anual, se obtuvo el volumen que aportan los manantiales y éste, se dedujo al realizar un análisis cualitativo y cuantitativo de los datos proporcionados por la estación hidrométrica de Alpanocan; ya que muestran el volumen de escurrimiento en el periodo comprendido de1959 hasta 2005 (Figura 8.3).
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45,000
Volumen anual de escurrimientos (miles de m³)
40,000
38,723
35,000 30,000 25,000 20,000 15,000
7,372
10,000 5,000 0 1955 1957 1959 1961 1963 1965 1967 1969 1971 1973 1975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005
Años
Figura 8.3. Tendencia de los escurrimientos de la parte Alto-Amatzinac La Figura 8.3 anterior, nos muestra la tendencia de los escurrimientos, puesto que esta disminuye año con año, ya que inicialmente en el año 1959 nos muestra un volumen de escurrimiento de 38.72 Mm3, mientras que en el año 2005 registra un volumen de escurrimiento de 7.37 Mm3 (más adelante se explica la razón de la tendencia de la disminución en los escurrimientos). Este comportamiento de la Figura 8.3 se atribuye principalmente a las extracciones irregulares que se realiza desde hace años en el río Amatzinac, así mismo al aumento de proliferación de usuarios por parte de los pobladores de Tetela del Volcán y Hueyapan, como ya se explicó en apartados anteriores. Sin embargo, el régimen de lluvia histórica que presenta la estación, en este caso Alpanocan (Figura 8.3) nos ayuda a justificar y deducir que el volumen aportado por manantiales potencialmente (Ecuación 34), si este no se viera afectado por el gran número de tomas Irregulares.
VAMPotenc . VEsc.(1959) VELl
……(34)
Donde: VAMPotenc = Volumen Aportado por Manantiales Potencialmente VEsc (n año)= Volumen de Escurrimiento (n año) VELl = Volumen de Escurrimiento por Lluvia
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Por lo tanto: VAMPotenc 38.72 Mm 3 año 5.37 Mm 3 año 33.35 Mm 3 año
Y con respecto al Vol. Aportado por Manantiales (Ecuación 35) es necesario estimar a partir del Vol. Esc. del 2005, puesto es el último registro reciente; posteriormente se utilizará para estimar el Volumen Disponible.
VAM VEsc.(2005) Vema
……….(35)
Donde: VAM= Volumen Aportado por Manantiales VEsc (n año)= Volumen de Escurrimiento (n año) Vema = Volumen de Escurrimiento Media Anual Por lo tanto:
VAM 7.37 Mm 3 año 5.37 Mm 3 año 2.0 Mm 3 año
Por otra parte, es importante explicar la razón de la línea de tendencia que presenta la gráfica, como se puede observar el escurrimiento disminuye, una manera de corroborarlo es obtener una diferencia del Vol. Esc. de 1959 con respecto al 2005, la cual es de 31.35 Mm3. Desde hace 46 años la población de Tetela de Volcán y Hueyapan comenzaron con la extracción de agua en el río de Amatzinac con el propósito de abastecer de agua sus campos agrícolas, disminuyendo así el caudal año con año, esto se ve reflejado en la Figura 8.3; y este argumento es justificable con el proyecto titulado “Continuación del Inventario de Unidades de Riego en el edo. Morelos”, en el cual se estimó el volumen de extracción de tomas irregulares, la cual fue de 33.63 Mm3. Por lo que la diferencia entre estos resultados varia poco, siendo confiable. Otra manera que se corroboró la tendencia de los escurrimientos (estación Alpanocan) fue al analizar el comportamiento de la precipitación de la Estación de Tetela del Volcán y Hueyapan durante el mismo periodo, ya que por lógica, si disminuye la precipitación disminuye los escurrimientos y viceversa, sin embargo la tendencia que se observa al graficar la precipitación en ambas estaciones se obtuvo como resultado una línea de tendencia constante (Figura 8.4 y 8.5).
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1,600 1,400
Precipitación (mm)
1,200 1,000 800 600 400 200 0 1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
Año
Figura 8.4. Comportamiento y tendencia de la precipitación de la Estación Tetela del Volcán 1,600 1,400
Precipitación (mm)
1,200 1,000 800 600 400 200 0 1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
Año
Figura 8.5. Comportamiento y tendencia de la Precipitación de la Estación Hueyapan
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8.4.3.
Volumen aportado por Glaciares
El deshielo del glaciar Ventorrillo es quien mantiene la corriente perenne del río Amatzinac, sin embargo es necesario conocer el volumen que este aporta, por lo que se deduce a través de un Balance de agua superficial, como se muestra en la siguiente Ecuación 36.
VAG VAMPontenc VInf
…………(36)
Donde: VAG = Volumen Aportado por Glaciar VAMPotenc = Volumen Aportado por Manantiales Potencialmente VInf= Volumen Infiltrado Por lo que:
VInf VALl Vema VEtr
……….. (37)
VInf= Volumen Infiltrado VALl = Volumen Aportado por Lluvia Vema = Volumen de Escurrimiento Media Anual VEtr = Volumen de Evapotranspiración El volumen evapotranspirado se obtuvo a partir del Método de Turc, procedimiento antes mencionado, obteniendo así un volumen de 21 Mm3. Es decir: VInf 36Mm 3 5.37Mm 3 21Mm 3 9.63Mm 3
Por lo tanto, la diferencia entre Volumen Infiltrado y Volumen aportado por Manantiales Potencialmente es igual a lo que aporta el deshielo glaciar Ventorrillo.
VAG 33.35Mm3 9.63Mm3 23.72Mm3
8.5. Volumen Comprometido El volumen comprometido es aquel que depende del volumen demandado aguas debajo de la cuenca en cuestión; por ello, se describen a continuación.
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8.5.1.
Demanda Aguas Abajo
La barranca Amatzinac distribuye agua a municipios que se encuentran en la parte alta, media y baja de la barranca, en la que cada uno de ellos, cuenta con una UR, dedicadas a distribuir el agua equitativamente. Sin embargo, la cantidad de agua que es extraída por los usuarios irregulares de la parte alta no permite, realizar tal distribución, afectando a los habitantes de la parte media y baja. Puesto que, la cantidad del recurso demandado de riego para cada una de las partes de la barranca se muestra en la Cuadro 8.4. Cuadro 8.4. Volumen requerido por cada UR Unidad de Riego
Superficie (ha)
Alta Media Baja
80.8 291.8 1032.4 1,450
Lamina Bruta (m) 1 1 1
Volumen Requerido (m3) 808,000 2,918,000 10,324,000 14,050,000
Fuente: CONAGUA, 2009.
8.5.2.
Volumen Concesionado
Es importante analizar la cantidad y distribución del agua disponible en toda la cuenca del rio Amatzinac, pues al construir una presa de almacenamiento en la parte Alta, es necesario conocer el impacto que este tendrá aguas abajo, ya que se cuentan con obras hidráulicas que abastecen las comunidades de la parte media y baja (Figura 8.5). Por ello, es necesario conocer las zonas y características del río Amatzinac; esta se divide en tres partes: Alta, Media y Baja, en las cuales cada una de ellas cuenta con una Unidad de Riego (UR) respectivamente. En el Anexo 1, se incluye el plano 4/5., el cual contiene la ubicación de la infraestructura hidroagrícola presente en el sistema Amatzinac.
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Figura 8.5. Parte alta, media y baja de la cuenca río Amatzinac.
La Unidad de Riego parte Alta como se menciono anteriormente, debido a su ubicación es la primera en aprovechar las aguas que escurren por la barranca y en donde más tomas Irregulares se encuentran. Conocida coloquialmente como Unidad de Riego Parte Media es llamada “Usuarios de Agua de Riego de la Barranca Amatzinac de Tlacotepec A.C.”, es la asociación de más reciente creación ya que ésta se constituyo en el 2006 de forma independiente, ya que inicialmente estaba unida con la UR Parte Baja (CONAGUA, 2010). En la UR Parte Media se integra únicamente del ejido y fundo legal de la comunidad de Tlacotepec, Mpio. de Zacualpan de Amilpas, particularmente por los campos, La Alcantarilla, El Barrial, Tlamascache, El Garbanzal y el fundo legal de Tlacotepec que en suma acumulan un total de 415 usuarios y 291.80 ha aproximadamente. En esta UR se encuentran 2 de las principales obras hidráulicas Sistema Amatzinac, que son de la margen derecha, La Presa Derivador Ferrerías con su canal principal que lleva el mismo nombre y la Presa Derivadora Tlacotepec con el canal principal que también lleva el mismo nombre, en la margen izquierda (CONAGUA, 2010).
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Su fuente de abastecimiento es exclusivamente de la corriente del río Amatzinac, la cual es derivada a cada margen de las presas ante mencionadas, y conducidas en un tramo muerto a los bordos de almacenamiento y regulación, los cuales son: Mariano Escobedo, La Ampliación, La Era y Chicomocelo en margen izquierda; mientras que El Sitio en margen derecha; de las cuales cada una de ellas presenta diferente capacidad de almacenamiento como se muestra en el Cuadro 8.5. Cuadro 8.5. Características de los bordos de almacenamiento de la Unidad de Riego de la parte media Nombre Bordo Mariano Escobedo Bordo La Ampliación Bordo La Era Bordo Chicomocelo Bordo El Sitio Suma
Capacidad de almacenamiento (miles m3) 150.00 60.00 300.00 30.00 100.00 640.00
Campo regado Fundo Legal Ampliación Ampliación Tlamascache y El Barrial El Garbanzal Las Alcantarillas
Fuente: CONAGUA, 2010
En cuanto, a la UR Parte baja llamada “Barranca de Amatzinac, parte baja, A.C.”, se constituyo el 31 de agosto de 2002 y en la actualidad la integran 10 ejidos y 5 fundos legales de los Mpios. de Zacualpan de Amilpas, Temoac, Huazulco, Popotlán, Amilcingo, Jantetelco, Amayuca, Chalcatzingo, Tenango y Jonacatepec; las cuales en suma acumulan 1, 572 usuarios y 1, 032.43 ha aproximadamente (CONAGUA, 2010). Al igual que las UR parte alta y media, su fuente de abastecimiento de agua para riego, ha sido históricamente, el escurrimiento superficial del río Amatzinac; sus principales obras de cabeza, igual que para la UR de la Parte Media, son la presa Derivadora Ferrerías que mediante el Canal Principal Ferrerías y 11 bordos de almacenamiento y regulación, abastecen a parte de la margen izquierda de la UR y las presas Barreto, Amilcingo, Zocavones, Jantetelco, y Abrevadero, que abastecen de manera independiente a ejidos y fundos ubicados también en la margen derecha de la UR y una pequeña parte que integra un ejido de la margen izquierda (CONAGUA, 2010). Operativamente, esta UR se integra por 13 secciones de riego, cuyas obras de almacenamiento son directamente el Canal Ferrerías, alguno de los 11 bordos o alguna de las 5 presas mencionadas antes y construidas sobre la barranca: en 8 de estas secciones se cuenta con algún grado de tecnificación en la distribución del agua en las parcelas, pues tienen entubada la distribución y cuentan con hidratantes parcelarios; así también existen 5 secciones que son consideradas como criticas, ya
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que no cuentan con la infraestructura hidroagrícola ex profeso para almacenar, regular y distribuir el agua y año con año padecen escases de la misma y en algunas áreas de estas secciones tienen entre 20 y 30 años sin poder ser regadas, dichas secciones son: Huazulco, Jonacatepec, Chalcatzingo, Popotlán y el Fundo legal de Zacualpan (CONAGUA, 2010). En la margen izquierda de esta UR se cuentan con 11 bordos para almacenar el agua derivada de la barranca en la presa Derivadora Ferrerías y 5 presas construidas sobre la barranca para almacenar las aguas broncas presentes en el periodo de lluvias, estas tienen capacidad para almacenar un volumen útil de aproximadamente 2.4 Mm3/año, de acuerdo al Cuadro 8.6, en contraparte, el requerimiento de agua de los cultivos es de 12.9 Mm3/año, teniendo una eficiencia global aproximada de 42%; lo que implica déficit en la satisfacción del requerimiento de 20%; por otro lado, las condiciones de dichos almacenamientos, en la mayoría de los casos son desalentadores, ya que, presentan la necesidad de rehabilitar las estructuras y el desazolve de sus vasos de almacenamiento, en otros casos, los bordos presentan agrietamientos que provoca fugas, propiciadas por su abandono, tal es el caso de los bordos de Amilcingo y Amayuca (CONAGUA, 2010). Cuadro 8.6. Características de los bordos de la Unidad de Riego parte baja Nombre Bordo San Andrés 1 Bordo San Andrés 2 Bordo San Andrés 3 Bordo Piedra Silleta Bordo Amilcingo Bordo Los Arcos Bordo Santa Cruz Bordo El Tecolote Bordo Los Amates Bordo Tenango Bordo Los Sauces Bordo Barreto Bordo Amilcingo Bordo Socavones Bordo Jantetelco Bordo Abrevadero Total Fuente: CONAGUA, 2010
Capacidad útil de Almacenamiento (m3) 150,000 80,000 40,000 200,000 s/d 300,000 s/d s/d 100,000 33,000 150,000 266,000 146,000 132,000 95,990 740,000 2,432,990
Por lo tanto, una vez analizanda la capacidad de almacenamiento que presenta la infraestructura de cada una de la UR, tanto en la Parte Alta, Media y Baja, se tiene
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que es de 7.49 Mm3, sin embargo hay que tomar en cuenta el Vol. de Irregulares, el cual es de 3.56 Mm3; por lo que, la suma de estos seria igual al vol. concesionado, y este es de 11.05Mm3.
8.5.3.
Gasto Ecológico
Se denomina Caudal Ecológico, al volumen mínimo de agua por unidad de tiempo que puede escurrir en forma superficial por un curso fluvial, capaz de garantizar la conservación de la vida acuática fluvial actual y los usos ya establecidos (Jay O’Keeffe, 2010). El período de registro de la estación se calcularon los caudales medios anuales, medios mensuales y se determinó el período de estiaje y avenidas. Con esta información se calcularon los caudales ecológicos empleando el método Tennant modificado para México, cuyo desarrollo matemático y su base de cálculo adaptado para México se desarrolló en el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (García, et al., 1999, citado por Santacruz y Aguilar, 2009). El método Tennant establece los siguientes criterios:
El 10 % del caudal medio anual es el mínimo recomendable para mantener un hábitat que permite en un corto plazo la sobrevivencia de la mayoría de las formas de vida acuática. El 30 % del caudal medio anual es recomendable para mantener un hábitat adecuado para la sobrevivencia de las diversas formas de vida acuática. El 60 % del caudal medio anual es recomendable para generar un hábitat de características excelentes a excepcionales para la mayoría de las formas de vida acuática, durante los períodos de crecimiento iniciales (García, et al., 1999; Maunder & Hindley, 2005; Pyrce, 2004).
En este sentido, el método Tennant identifica diferentes niveles de caudales recomendados como adecuados para la vida acuática con base en diversas proporciones de los caudales medios (Acreman & Dunbar, 2004; Moore, 2004; Smakhtin, 2001; Stewardson, 2005; citado por Santacruz y Aguilar, 2009), proporciona de manera rápida y económica una aproximación de los caudales ecológicos, considerando a éstos como un porcentaje del caudal medio anual (Pyrce, 2004; citado por Santacruz y Aguilar, 2009).
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Cuadro 8.7. Valores de gastos ecológicos medio mensual ENE
FEB
MAR
ABR
MAY
JUN
JUL
AGOS
SEP
OCT
NOV
DIC
MEDIA
0.88
0.65
0.68
7.86
3.59
11.97
7.72
8.10
27.77
5.80
1.79
1.41
% ACEPTABLE
0.10
0.10
0.10
0.30
0.30
0.30
0.30
0.30
0.30
0.10
0.10
0.10
GASTO ECOL.*
0.07
0.06
0.06
0.08
0.11
0.29
0.26
0.21
0.34
0.18
0.10
0.07
3
Nota: (*) los gastos en m /seg. Fuente: Elaboración Propia
8.6. Volumen Disponible Para conocer la disponibilidad de agua es necesario realizar un balance de agua superficial, en la cual se especificaran entradas y salidas del sistema Amatzinac; para ello, es necesario mencionar que el volumen escurrido de toda cuenca es de 25 Mm3/año, mientras que en la parte Alto Amatzinac hay un escurrimiento de 5.37 Mm3/año, sin embargo las características que presenta las corrientes son tipo perenne, gracias a los deshielos del glaciar que provienen del volcán Popocatépetl, el cual aporta 23.72 Mm3/año, por otro lado, también existe la infiltración, el cual es de 9.63 Mm3/año y el afloramiento de agua por medio de manantiales (2.0 Mm 3/año). Por lo tanto, la disponibilidad de agua es igual a siguiente Ecuación:
Vol.Disp. Agua Entradas Salidas
…………(38)
Vol.Disp. Agua (Vema VAM VAG ) (Vol.Concesionado) Vol .Disp. Agua (5.37 2.0 23.72) (11.05) 20Mm 3
8.7. Determinación de Gasto máximo Para conocer el gasto diseño de la obra, se empleo el modelo de precipitaciónescurrimientos como el Método racional. Y análisis estadístico de probabilidades de los gastos medidos en la estación hidrométrica Alpanocan. En el Cuadro 8.8 se presenta el registro histórico de la estación Hueyapan, las que se utilizaran en el cálculo del gasto máximo por los diferentes periodos planteados.
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Cuadro 8.8. Registro histórico de precipitaciones máximas de la estación Hueyapan Año 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 8.7.1.
Pp máx 24 h Año (mm) 38.5 35.0 57.3 20.0 98.3 38.5 51.5 59.5 47.5 45.0 41.6 Promedio 52.3 Desv. Estandar 102.5
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2007
Pp max 24 h (mm) 92.7 48.0 68.4 54.5 47.3 60.0 57.5 84.6 61.5 50.0 57.04 20.53
Método Racional
Para la estación escogida se realizo la tormenta sintética en la cual se obtuvo la precipitación máxima en 24 horas del periodo de registro que se cuenta en cada una de ellas, posteriormente mediante la prueba de bondad de ajuste se determinó que la distribución que mejor se ajusta a la serie histórica siendo esta la Gumbel. Se obtuvo la tormenta sintética para la cuenca, al multiplicar los coeficientes de la tormenta sintética tipo II por la precipitación máxima correspondiente. A continuación en el Cuadro 8.9 se muestra los gastos máximos. En el Anexo 2 se muestran los cálculos de Tormentas sintéticas para los distintos periodos de retorno. Cuadro 8.9. Intensidades máximas correspondientes al tiempo de concentración Tiempo de retorno (Tr) 5 10 20 50 100 500 1,000 10,000
Intensidad máx. (mm) 24.9 29.6 34.1 39.9 44.3 54.4 58.7 73.1
Q (m3/seg) 36.209 43.048 49.608 58.099 64.462 79.166 85.487 106.476
Debido a que la cuenca es pequeña se considero un gasto máx. de 106.47m 3/seg con un periodo de retorno de 10,000 años, según (A Fuentes, 1996).
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8.8. Diseño Hidráulico La factibilidad en construcción de la presa de almacenamiento depende de los beneficios posibles con el embalse potencial, de tal manera que es necesario conocer el volumen de almacenamiento a diferentes alturas de boquilla o cortina, al mismo tiempo diseñar o dimensionar la presa, el cual abarca la obra de excedencias, el NAME, el NAN, NAmin y el NMO, así como la superficie de afectación; lo cual se resume en una gráfica áreas-capacidades (Figura 8.7) del vaso de almacenamiento que con una simple lectura rápida se obtienen los beneficios y afectaciones para distintas alturas de cortina.
VOLUMEN ALMACENADO (Millones de m3)
ELEVACIÓN (m. s. n. m.)
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
16.0
18.0
20.0
2,305.0 2,300.0 2,295.0 2,290.0 2,285.0 2,280.0 2,275.0 2,270.0 2,265.0 2,260.0 2,255.0 2,250.0 2,245.0 2,240.0 2,235.0 2,230.0 2,225.0 2,220.0 2,215.0 2,210.0 2,205.0 2,200.0
22.0
24.0
26.0
ÁREAS VOLÚMENES
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
45.0
50.0
55.0
60.0
65.0
ÁREA INUNDADA (ha)
Figura 8.7. Gráfica áreas-capacidades de la presa Alto Amatzinac En el Anexo 3, se incluyen los Cuadros para la construcción de la gráfica ÁreasCapacidades.
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8.8.1.
Sección de la Obra de Excedencias 3 2
Usando la Ecuación de Francis para vertedores: Q C L H . Para vertedores tipo cimacio, C = 2, y del hidrograma proporcionado obtenemos que el Q pico = 106.47 m3/s para un periodo de retorno de 10,000 años. Se retomo el gasto máximo de 106.47 m3/s, con el fin de que exista una mínima probabilidad de una avenida máxima superior a la tomada, ya que al llegar a suceder perjudique a los habitantes de las zonas aledañas a la presa causando una catástrofe de gran magnitud, ya que según A Fuentes, dice: “La selección del final del periodo de retorno para una estructura en particular interviene el criterio del Ingeniero, tomando en cuenta los riesgos de la vida humana”. Por tanto en este proyecto se considero un periodo de retorno grande puesto que existen comunidades en el cauce aguas abajo donde se pretende colocar el muro de la cortina. Para obtener la longitud de la cresta despejamos L de la Ecuación de Francis: L
Q 3
CH 2
Se propuso una carga de H=1.20 m, obteniendo una longitud de:
Ahora calculamos el gasto con dicha carga y la longitud obtenida:
Debido a que la cantidad del gasto obtenida en la Expresión anterior es mayor que el volumen máximo extraordinario se consideró la sección del vertedor como óptima. Quedando como resultantes las siguientes características constructivas del vertedor: L = 41 m, HVertedor = 1.20 m 8.8.2.
Nivel de Aguas Máximo Extraordinario (N.A.M.E.)
A partir de la gráfica elevación-áreas-capacidades se consideró como nivel de aguas máximas extraordinarias la cota 2,268 msnm, considerada como la cota máxima de embalse de la presa. 8.8.3.
Nivel de Aguas Normales (N.A.N.)
Para la obtención del nivel de aguas normales se consideraron las características de la obra de demasías y la cota del N.A.M.E. con la siguiente Expresión:
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La capacidad que corresponde al nivel de aguas normales según gráfica elevaciones áreas-capacidades es de 8.291 millones de m3. 8.8.4.
Capacidad de Azolvamiento (CAZ) y Nivel de Aguas Mínimas (N.A.MÍN)
El nivel de aguas mínimas (N.A.mín) es el nivel de almacenamiento que es proporcionado por la capacidad muerta CM, donde la capacidad muerta es la suma del volumen de capacidad de azolves, más la suma del volumen de cría de peces, más otros. La capacidad de azolves se determina por la siguiente Expresión:
C AZ K AZ N A Ve Donde: CAZ: Capacidad de azolves, en m3. KAZ: Coeficiente de almacenamiento (adimensional), 0.0015 para presas pequeñas y 0.001 para presas medianas. NA: Vida útil de la presa, en años. 25 años para presas pequeñas; 50 años para presas medianas y 100 años para presas grandes. Ve: Volumen medio escurrido anual, en m3. Para calcular el Ve se usa la Expresión siguiente:
Ve Ce pm Ac Donde: Ve: Volumen medio escurrido anual, en m3. Ce: Coeficiente de escurrimiento medio anual, adimensional. pm: Precipitación media anual, en m. Ac: Área de la cuenca, en m2. En este caso;
Ve 0.14 0.988 37,420,840.0 5,176,050.59m³
Si consideramos una presa mediana por tener una altura de 70 m; KAZ=0.001 y NA=50 años, sustituyendo valores obtenemos el valor de CZA
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Con este dato determinamos en la gráfica de áreas-capacidades la elevación que le corresponde, la cual será la elevación del N. A. min. Interpolando tenemos que la elevación es de 2,218 msnm. Sin embargo únicamente se considero como portador de sedimentos al escurrimiento por precipitación, ya que las aportaciones por manantial y deshielo son mínimas puesto que escurren por cauces bien definidos. 8.8.5.
Nivel Mínimo de Operación (N. M. O.)
Como es necesario que se satisfaga el gasto normal en la obra de toma, requerimos el almacenamiento mínimo de operación (AM), que se obtiene de:
AM CM 0.1CU Donde: CM: Capacidad muerta, en m3 Cu: Capacidad útil, en m3 Como ya se sabe CM = 258,802.53 m3 y de acuerdo a
CTA CM CU Donde: CTA: Capacidad total de almacenamiento en m3, CTA = 8,290,016 m3. CM: Capacidad muerta en m3, CM = 258,802.53 m3 Cu: Capacidad útil, en m3. Al sustituir los valores en la Expresión de CTA y despejando Cu tenemos:
CU CTA CM 8,290,016m3 258,802.53m3 CU 8,031,213.47m3 Sustituyendo valores en la Expresión de Almacenamiento Mínimo de Operación;
AM CM 0.1CU 258,802.53m3 0.1 8,031,213.47m3 AM 1,061,923.87m3 Para obtener el nivel mínimo de operación se debe ubicar este volumen en la curva Áreas-Capacidades, el cual servirá para compararlo y seleccionarlo con el que exige la obra de excedencias de acuerdo a sus dimensiones hidráulicas. N. m. o. inicial = 2,218 msnm
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En el Cuadro 8.10 se muestra en resumen las características del diseño de la presa Alto Amatzinac. Cuadro 8.10. Características de diseño de la presa Características Área de la cuenca N.A.M.E. N.A.N. N.M.O. N.A.Mín. Elevación de la corona Capacidad de super almacenamiento Capacidad Útil Capacidad de azolves Longitud de la cresta del vertedor Capacidad del vertedor Altura máxima de la cortina
Cantidad 37.42 2,269.20 2,268.00 2,231.00 2,218.00 2,270.20 259,984.00 8,290,016.00 258,802.53 41.00 106.48 70.20
Unidad km2 m.s.n.m m.s.n.m m.s.n.m m.s.n.m m.s.n.m m³ m³ m³ m m³/s m
Fuente: Elaboración Propia.
2,270.20 msnm
2,269.20 msnm 2,268.00 msnm
2,231.00 msnm 2,218.00 msnm 258,802.53 m3
Figura 8.8. Vista lateral del proyecto de presa para la zona alta de la barranca Amatzinac
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8.9. Estudio Agrologico y Calidad del Agua Se definió a partir de la altura de la obra de toma, la cual es de 2,210 m.s.n.m. y siguiendo la Curva de Nivel se identificó la potencial zona de riego, cuya superficie se retomó del estudio “Continuación del Inventario de Unidades de Riego en el estado de Morelos”, realizado por la propia CONAGUA. Puesto que, el proyecto en cuestión pretende regar 1,000 ha., 700 ha. para la comunidad de Tetela del volcán y las 300 ha restantes para Hueyapan (Figura 8.9). En el Anexo 1, se incluye el plano 5/5: zona de riego. Una vez definido el área, se establecieron puntos de muestreo de los cuales se realizaron a tres profundidades diferentes: 0-30 cm, 30-60 cm, 60-90 cm y 90-120 cm. En el Cuadro 8.11 muestra la ubicación de cada uno de los sitios. Esto con el fin de conocer las características de textura e hidrodinámicas del suelo. Cuadro 8.11. Coordenadas de los puntos de muestreo Clave 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Nombre Sitio 1 Sitio 2 Sitio 3 Sitio 4 Sitio 5 Sitio 6 Sitio 7 Sitio 8 Sitio 9 Sitio 10 Sitio 11 Sitio 12 Sitio 13 Sitio 14 Sitio 15
Longitud 98°42'44.64'' 98°43'28.92'' 98°43'17.76'' 98°43'19.2'' 98°44'2.04'' 98°44'2.4'' 98°44'55.32'' 98°43'49.08'' 98°44'26.88'' 98°44'44.52'' 98°41'43.8'' 98°42'23.04'' 98°42'41.76'' 98°42'34.2'' 98°42'59.76''
Latitud 18°53'16.44'' 18°52'52.68'' 18°52'30.36'' 18°51'55.8'' 18°52'28.2'' 18°51'49.32'' 18°51'16.2'' 18°51'0.72'' 18°51'18'' 18°50'48.12'' 18°51'43.2'' 18°52'1.56'' 18°51'12.6'' 18°51'41.4'' 18°51'28.8''
Elevación (m.s.n.m.) 2,183.98 2,176.29 2,116.93 1,989.80 2,146.25 2,190.47 2,049.88 1,935.97 2,092.66 2,056.61 2,155.87 2,130.63 2,066.46 2,181.58 2,033.06
Fuente: Elaboración propia
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Tetela del volcán
Hueyapan
Figura 8.9. Área de muestreo de suelo El análisis fue llevado a cabo por el laboratorio de aguas y suelos del departamento de Irrigación de la Universidad Autónoma Chapingo para su respectiva caracterización (texturas y los niveles de humedad). Determinado los siguientes parámetros para conocer el requerimiento de riego, mediante las siguientes metodologías: a) Textura: Bouyucos b) Capacidad de.Campo: (0.3 atm): Olla de presión. c) Punto de Marchitamiento Permanente: (15 atm): Membrana de presión. d) La Densidad Aparente: se estimó con probeta. Es de gran importancia conocer estos factores para la planeación del riego, ya que estos indican por ejemplo, el límite superior de agua aprovechable o disponible para el desarrollo y crecimiento de las plantas, aclarando que toda agua que no esté fuertemente retenida en el suelo está disponible para el crecimiento de las plantas.
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A continuación en el Cuadro 8.12 se muestra el resumen de los resultados obtenidos. Cuadro 8.12. Parámetros de humedad y densidad aparente Profundidad (m) 0 - 0.3 0.3 – 0.6 TOTAL
CC (%) 46.54 41.3
PMP (%) 23.54 22.96
Da (g/cm³) 1.04 1.13
Lámina (cm) 7.18 6.22 13.39
Por lo tanto, el suelo representativo de la zona de estudio es Franco, ya que el 66.1% de las profundidades muestreadas es de esta textura.
8.9.1.
Calidad de Agua
En cuanto a la calidad de agua para riego, de acuerdo al convenio de colaboración SGIH-OCB-UACH-MOR-09-MD-080-RF-CC de la CONAGUA con la Universidad Autónoma Chapingo, en su Anexo 1. (Manual de operación); indica que con los resultados obtenidos en las determinaciones y utilizando la metodología propuesta por el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA, por sus sigla en inglés) para la clasificación de tipos de agua de riego, el laboratorio reportó la clasificación correspondiente. De esta manera el agua utilizada en la parte alta (Tétela del Volcán y Hueyapan), resultó ser del tipo C2S1, lo cual indica que presenta bajo nivel en sodio y nivel leve en sales, por lo que el agua no es dañina para el suelo si esta se sigue empleando como agua para riego.
8.10. Programación Agrícola 8.10.1. Cultivos Propuestos Actualmente en el área de estudio se establecen distintos cultivos principalmente frutícolas, asi como también hortalizas en minoria; sin embargo se consideran y proponen establecer los siguientes cultivos, como son: Durazno (Prunus pérsica L.), Aguacate (Persea americana), Ciruelo (Punnus salicina), Pera (nombre científico), ya que presenta un alto rendimiento y precio, en comparación de otros, por lo tanto son los más viables, según el estudio “Continuación del Inventario de Unidades de Riego”, elaborado por CONAGUA (Figura 8.10).
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Durazno
Ciruela
Aguacate
Pera
Figura 8.10. Cultivos establecidos en la zona de estudio
8.11. Sistemas Productivos Los sistemas productivos de los cultivos establecidos en la parte alta de la Barranca Amatzinac, como lo es en este caso Tétela del Volcán y Hueyapan, están basados principalmente a las condiciones climáticas de la zona riego, con una temperatura media anual de 15.43 °C, una precipitación anual 1,081 mm/año y una altura de 2,276 msnm. Las labores culturales que los productores realizan en sus parcelas son más que nada derivadas de la experiencia; las limpias no son completas en la parcela solo se limpia un poco al pie de las plantas, debido a que ellos prefieren dejar maleza para alojar mas humedad y que esta se pueda aprovechar; se practica la poda para rejuvenecimiento y para alzar la producción, en esta parte se utiliza el follaje cortado para incorporar materia orgánica; la fertilización para ellos es una etapa importante y crucial para el cultivo para la producción al igual que el riego; las plantas utilizadas son injertos para que la calidad y producción por planta sea alta.
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Es claro que con un clima favorable, agua disponible para riego y de buena calidad, así como suelos y niveles característicos de humedad aceptable y labores de cultivo adecuados, hacen que el sistema de producción de cada uno de estos cultivos garantice su rentabilidad. Cuadro 8.13. Características de productividad de los cultivos del mpio. Tetela del Volcán Superficie Sembrada Cultivo (Ha) Aguacate 715.04 Ciruela 38.32 Durazno 216.88 Pera 29.76 Total 1,000.00 Fuente: CONAGUA, 2010.
Producción Rendimiento (Ton) 6,699.94 268.22 2,212.17 238.1 9,418.42
(Ton/Ha) 9.37 7 10.2 8 34.57
Precio Medio Rural ($/Ton) 10,538.36 3,789.39 8,266.95 7,800.00 30,394.70
Valor Producción (Miles de Pesos) 70,606.38 1,016.39 18,287.87 1,857.16 91,767.80
8.12. Requerimiento de Riego En el Cuadro siguiente se muestra el requerimiento de riego para cada uno de los cultivos que actualmente Teniendo en cuenta las lámina bruta de cada uno de los cultivos y la superficie a beneficiar; se tiene que el volumen total de agua ocupado para un ciclo agrícola de estos cultivos ya antes mencionados seria de 7,446,248.18 m³. Cuadro 8.14. Volumen requerido por cultivo en un ciclo agrícola Cultivo Aguacate Durazno Pera Ciruela Promedio Total
Lamina Bruta (cm) 67.64 90.38 102.22 90.08 87.58 350.32
Volumen (m³/ha) 6,764.23 9,038.00 10,221.54 9,008.31 8,758.02 35,032.08
Superficie (ha) 715.04 216.88 29.76 38.32 250.00 1,000.00
Volumen (m³) 4,836,707.95 1,960,153.02 304,214.94 345,172.26 1,861,562.04 7,446,248.18
Fuente: Elaboración propia
Por lo tanto, la cantidad de agua demandada se satisface con el volumen útil de la presa. Sin embargo, existe un sobrante de aproximadamente un 1 Mm 3, con el fin realizar aprovechamientos piscícolas en futuros años, ya que existen antecedentes de estas prácticas en la zona.
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9. CONCLUSIONES
La microcuenca presenta corrientes perennes, es decir escurre agua durante todo el año, en la que el periodo aprovechado corresponde a la época de estiaje. Existen tres diferentes fuentes de agua, el aportado por lluvias, por manantiales y deshielo del glaciar del volcán Popocatépetl.
La principal fuente de agua que escurre por la microcuenca es por el deshielo del glaciar “Ventorillo” el cual aporta un volumen de 23Mm3.
El principal aprovechamiento que se le dan a los escurrimientos superficiales del Alto Amatzinac es para riego agrícola.
De acuerdo a las fuentes de agua disponibles se puede captar un total de 20Mm3.
La cantidad de agua potencial para almacenar es de 26 Mm3, de acuerdo a la grafica áreas-capacidades.
El volumen útil de la presa tendrá una capacidad total de 8,290,016 m3. Cuya longitud de la cortina será de 211 m con una altura 70.20 m.
La superficie beneficiada es de 1,000 ha, de las cuales 700 ha pertenecen a Tetela del volcán y las 300 restantes a Hueyapan.
Los principales cultivos son Durazno, Aguacate, Ciruela y Pera, de los cuales demandan un volumen de agua para su crecimiento y desarrollo de 7,446,248.18 m3.
Existe factibilidad hidrológica para el establecimiento almacenamiento para ser utilizado con fines de riego agrícola.
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del
vaso
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de
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10.
RECOMENDACIONES
Para la construcción de la obra es necesario realizar un estudio de geológico para conocer las características morfológicas del material parental que existe en la zona, esto con fines de que no existan fallas geológicas que permitan la filtración del agua.
Realizar un estudio geotécnico con el fin de conocer las características físicas del material parental y así saber su disponibilidad para fines de construcción y/o empotramiento de la cortina.
Realizar una Manifestación de Impacto Ambiental en la modalidad que más convenga, siguiendo el reglamento de la Ley General en Equilibrio y Protección al Ambiente (LGEEPA) en Materia de Impacto Ambiental.
Para la distribución equitativa del recurso hídrico entre los productores de las comunidades de Tetela del volcán y Hueyapan, se sugiere ser llevada por la organización Unidad de Riego de la parte alta, misma que ya está establecida.
Realizar una simulación de la función de la presa con el propósito de conocer su comportamiento durante el ciclo agrícola.
Las parcelas que se encuentran dentro del área inundada se les indemnizara de acuerdo quien lleve la ejecución del proyecto, en caso de ser una Instancia Gubernamental, se les redituará según lo estimado por la Comisión de Avalúos de Bienes Nacionales (CABIN); o bien, se les indemnice por otra vía, es decir, el establecimiento de alguna actividad de recreación, ya que la construcción de una presa se derivan varias actividades, entre una de ellas el ecoturismo.
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RECOMENDACIONES - 144 -
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11.
LITERATURA CONSULTADA Aparicio, M. F. 1992. Fundamentos de Hidrología de Superficie. Ed. LIMUSA. México D.F. pp. 303. CONAGUA. 2009. Rio Amatzinac: Ciclos de la Vida. Edit. SEMARNAT, México. pp. 100. Rodriguez T., F. 1981. Elementos del Escurrimiento Superficial. Departamento de Irrigación. Escuela Nacional de Agricultura-UACH. Chapingo, México. pp. 224. CONAGUA. 2010. Estudios y Proyectos Ejecutivos para la planeación Integral de la Tecnificación del Riego de la Barranca Amatzinac, Morelos. Chapingo, México. Pp. 181. CONAGUA. 2010. Proyecto: Continuación del Inventario de Unidades de Riego en el Edo. Morelos. Chapingo, México. pp. 160. CONAGUA. 2009. Elaboración del inventario de la infraestructura hidroagrícola, georreferenciación y caracterización, de las Unidades de Riego de la región oriente del estado de Morelos. Chapingo, Mexico. CONAGUA. 2008. La elaboración de Proyectos Ejecutivos de las líneas de conducción y de los sistemas de distribución parcelaria de las presas "Socavones" y "Amilcingo" del municipio de Temoac, del estado de Morelos. Chapingo, Mexico. CONAGUA. 2008. Formulación del plan director y del inventario de la infraestructura, integración del padrón de usuarios y de los planos parcelarios y elaboración del reglamento de las unidades de riego que se abastecen de la barranca de Amatzinac, del estado de Morelos. Chapingo, Mexico. Arteaga, T., E. 1985. Normas y Criterios Generales que rigen el proyecto de un Bordo de Almacenamiento. Departamento de Irrigación. Universidad Autónoma Chapingo. Chapingo, México. pp. 265. Floyd, E. Dominy. (1980). Desing of small Dams. United States Department of the Interior. Ed. CONTINENTAL S.A. México, D.F. (Traducido por José Luis Lepe). A Fuentes, M. y F. Victor. 1996. Manual de Ingeniería de ríos: Estudio Hidrológico para Obras de Protección. Gerencia de Aguas Superficiales e Ingeniería de Ríos, Comisión Nacional del Agua. México, D.F.
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LITERATURA CONSULTADA - 145 -
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Diario Oficial de la Federación. 2011. Acuerdo por el que se dan a conocer los estudios técnicos de aguas nacionales superficiales de la Región Hidrológica número 18 Balsas. (Miércoles 26 de enero de 2011). NOM-011-CNA-2000. Conservación del recurso agua - Que establece las especificaciones y el método para determinar la disponibilidad media anual de las aguas nacionales. Disponible en: http://www.cna.gob.mx/ (Consulta: 17Junio-2011). Delgado H. y Brugman.1993. Monitoreo de los Glaciares del Popocatépet. pp. 221 a la 225. Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO), 2006. Evapotranspiración del cultivo “Guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos”, Rome. pp. 322. Wendor C. M. 1998. Hidrología para estudiantes de Ingeniería Civil. Lima, Perú. 2da. Impresión. pp. 201. Aldama R. y C. . Desarrollo sustentable, el Agua y la Tecnología en el Estado de Morelos. pp. 111 a la 128. Fallas, J. 2007. Modelos Digitales de Elevación: Teoría, métodos de interpolación y aplicaciones. México. Pp. 86. Breña P., A. F. y J. V. Marco Antonio. (2006). Principios y fundamentos de la hidrología superficial. Coordinación General de Vinculación y Desarrollo Institucional. Universidad Autónoma Metropolitana. México, D.F. pp. 209. O’Keeffe, Jay. 2010. Como conservar los ríos vivos: guía sobre los caudales ecológicos. World Wide Fund for Nature (WWF) (Traducción por Ana Lucía). pp. 48. Comisión Nacional de Aéreas Naturales Protegidas (CONANP). 2008. Glaciares de México. Dirección del Parque Nacional Iztaccíhuatl-Popocatépetl, Disponible en: http://iztapopo.conanp.gob.mx/glaciares.php. (Consultada 17Junio-2011). SÁNCHEZ T. (nd). El Amatzinac: un río de vida. Pueblos, haciendas y viveros. Conflicto y poder en la región oriente de Morelos. Disponible en: http://132.248.35.1/bibliovirtual/Tesis/Sanchez/A4.pdf (Consulta: 13-Junio-11 )
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LITERATURA CONSULTADA - 146 -
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LITERATURA CONSULTADA - 147 -