la urbanización en zonas de alto riesgo y su impacto
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Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 9(21):1657 – 1673 2018
Memoria en extenso. XVII Congreso Internacional XXIII Congreso Nacional de Ciencias Ambientales
1657
La urbanización en zonas de alto riesgo y su impacto hidrológico cero, subcuenca el
Guayabo.
The urbanization in high risk zones and its zero hydrological impact, basin the
Guayabo.
§1Juan Luis Caro Becerra, 2Luz Adriana Vizcaíno Rodríguez, 3Paola Berenice Díaz Martínez, 3Vania Guadalupe Medina Muro.
1Docente Investigador de la Unidad Académica Ingeniería Civil, 2Docente Investigadora de la
Unidad Académica Ingeniería Biotecnología, 3Alumnas de la carrera de Ing. Civil de la Universidad
Politécnica de la Zona Metropolitana de Guadalajara. Domicilio Institucional: Universidad
Politécnica de la Zona Metropolitana de Guadalajara. Carretera Tlajomulco-Santa Fe km. 3.5 # 595,
Col. Lomas de Tejeda, Tlajomulco de Zúñiga, Jal. México C. P. 45640, teléfono (0133)30409910.
Autor para correspondencia: [email protected]
RESUMEN Los problemas ambientales del tipo urbanístico que afectan a la humanidad
están estrechamente relacionados al desarrollo tecnológico y las políticas desmedidas de
pretender privatizar el recurso hídrico que sin duda alguna ha aumentado y ampliado la
calidad de vida de una buena parte de la población. Los efectos negativos y positivos son
caras de la misma moneda, cuyo impacto fundamental en uno y otro caso se reparte
inequitativamente entre poblaciones de individuos ricos y pobres. El cambio de paradigma
visto desde el Impacto Hidrológico Cero (IHC) es resolver problemas ambientales
asociados a la contaminación y la explotación no sustentable de los recursos naturales del
planeta, con el objeto de disminuir uno de los problemas de índole global más preocupante
de los últimos tiempos: el Cambio Climático Global (CCG). Dicho concepto ha estado
tomando cada vez más fuerza en los Planes de Desarrollo Urbano en el municipio de
Tlajomulco de Zúñiga, ya que al realizar proyectos de índole urbano, de infraestructura, de
transporte o una combinación de estas y si no se presenta alguna modificación del ciclo
hidrológico se están cumpliendo con los lineamientos de IHC, entonces lo que se busca con
este concepto es crear un nuevo paradigma en los planes parciales de desarrollo, así como
en los proyectos del tipo urbanístico generando el menor impacto posible al Medio
Ambiente. El objetivo de este proyecto es determinar parámetros hidrológicos tales como
gastos picos hasta periodos de retorno Tr de 100 años, con el objeto de evaluar la magnitud
de los escurrimientos pluviales aguas abajo y como resultados presentar alternativas de
solución, tales como: rectificación del arroyo, obras de desazolve por medio de dragados,
con el objeto de disminuir las inundaciones periódicas anules que se presentan en el arroyo
“San Juanate” caso de estudio del presente trabajo.
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Palabras claves: Impacto Hidrológico Cero, Contaminación, Cambio Climático Global,
Inundaciones.
INTRODUCCIÓN
La Zona Metropolitana de Guadalajara (ZMG) ha experimentado un notable desarrollo y
crecimiento a partir de la década de 1940 y acelerado a partir del año 1985, esto ha
propiciado que se modifique el cambio y uso de suelo siendo originalmente destinado a la
agricultura con altos rendimientos y con densa vegetación de algunos bosques, ahora
urbanizados y pavimentados (Torres, 2013).
Estos cambios en el uso de suelo han originado importantes alteraciones en el ciclo
hidrológico, principalmente la disminución de infiltraciones naturales de agua pluvial al
subsuelo y como consecuencia alrededor de 200 puntos vulnerables a las inundaciones en la
ZMG, por consiguiente se presentan problemas del tipo ambiental en la parta baja de la
cuenca siendo la mayor parte zonas de uso habitacional, dado que muchos cauces o arroyos
naturales han sido modificados, invadidos o incluso desaparecidos (Ramírez, 2012).
Si bien el hecho de invadir el espacio natural de una cuenca hídrica producirá un efecto que
la modifique de una u otra forma, uno de los ejes principales del Impacto Hidrológico Cero
(IHC) es precisamente crear una nueva forma de planeación en los proyectos de desarrollo
urbano, generando el menor impacto posible al Medio Ambiente. Actualmente notamos que
el crecimiento de la ZMG es permanente y cada vez se construyen más fraccionamientos
que convierten amplias zonas de terrenos de estado natural en nuevas zonas pavimentadas,
lo cual provoca un cambio en el comportamiento de los escurrimientos pluviales.
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Figura 1. Un claro ejemplo de los efectos de la urbanización en zonas de altos riego, donde más de
200 familias se encuentran asentadas de manera irregular en el cerro del cuatro y como
consecuencia se presentan avenidas máximas en su estado de Urbanización tradicional. Fuente:
www.informador.com
Otro problema que se presenta en la misma zona son las constantes inundaciones que se
producen en las colonias aledañas en época de lluvias, aun sin desbordamientos, ya que los
bordos perimetrales constituyen una barrera en el escurrimiento del agua superficial y es
hacia donde se encauza el drenaje natural, cabe señalar que los ingresos de avenidas al
arroyo San Juanate son totalmente por gravedad, pero cuando se presentan avenidas
máximas la capacidad de la sección hidráulica y como consecuencias se presentan graves
afectaciones a la población.
La subcuenca El Guayabo, forma parte del municipio de Tlajomulco de Zúñiga, entre las
coordenadas geográficas 103° 25´ de longitud y 20° 31´ de latitud a una altura media de
1555 msnm (Chávez, 2015) atraviesa como sus puntos sociales y económicos de mayor
relevancia el poblado de San Sebastián El Grande, en cuanto a sus servicios básicos el 90%
de la población cuenta con servicios de infraestructura hidráulica asimismo cuenta con el
arroyo de mayor importancia por sus características fisiográficas únicas de la región: el
arroyo “San Juanate”, precisamente uno de los objetivos principales de este trabajo se
centra en mitigar con planes parciales de desarrollo y con medidas estructurales, los
problemas que ocasionan las primeras tormentas de cada temporal de lluvias en la
subcuenca Presa El Guayabo, además de proponer una metodología para determinar los
procesos de lluvia-escorrentía como lo es el Hidrograma Unitario Triangular (HUT) con el
objeto de estimar los las avenidas máximas con un periodo de retorno Tr de desde 2 hasta
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100 años, así como evaluar los cambios de los caudales que se tendrán con el cambio de
uso de suelo, en los terrenos adyacentes a la presa El Guayabo.
Aspectos Naturales
La subcuenca del Guayabo se divide en dos microcuencas, de acuerdo al Programa de
Ordenamiento Ecológico Local de Tlajomulco: arroyo Seco-San Juanate con una superficie
de 49.37 km² (como se indica en los resultados de este estudio) y la Culebra-Colorado con
una extensión de 39.57 km². La primera recoge los escurrimientos de los arroyos que le dan
el mismo nombre y termina en la confluencia con el arroyo Seco y sus afluentes, integra las
aguas provenientes de la microcuenca y desembocan en la Presa El Guayabo, mientras que
la microcuenca La Culebra-Colorado contiene aún una proporción relevante de áreas no
urbanizadas. La microcuenca Arroyo Seco-San Juanate al contar con las partes más bajas
de la subcuenca contiene las localidades de Santa Anita, San Agustín y San Sebastián, estas
tres localidades concentran la mayor parte de la población, tal como se muestra en la figura
2. (ibid)
Figura 2. Caracterización de la subcuenca El Guayabo para el aprovechamiento de agua pluvial en
el desarrollo urbano. Fuente: Aguilera-Cortez, 2015
Problema de estudio
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El problema de nuestro trabajo se centra en el estudio hidrológico de la subcuenca Presa El
Guayabo y la identificación de puntos vulnerables a las inundaciones, así como la
propuestas de obras hidráulica tales como: obras de control de inundaciones principalmente
vasos reguladores, en la parte baja de la cuenca en las colonias San José del Valle, Unión
del Cuatro y los poblados de San Sebastián El Grande y San Agustín, dichos escurrimientos
de estos poblados a su vez desembocan en el arroyo San Juanate.
Antecedentes
En los últimos años a nivel internacional debido a los efectos del Cambio Climático Global,
las precipitaciones cada vez de mayor intensidad han ocasionado innumerables
inundaciones en todo el planeta, lluvias que no presentaban en la última década con
intensidades en cortos lapsos de tiempo, es por eso que el tema cada vez está tomando más
fuerza e interés por la sociedad civil, impartiendo talleres a la población sobre el manejo
sustentable de la aguas pluviales, esto se observa con claros avances sobre el tema en la
CDMX y la ciudad de Guadalajara las dos metrópolis más importantes del país. La
iniciativa surge con el fin de lograr un manejo adecuado de las escorrentías superficiales y
así, de esta manera lograr controlar las posibles inundaciones en la parte baja de la cuenca,
de los escurrimientos provocados aguas arriba y el aumento de las avenidas máximas en la
parte baja de la cuenca
La implementación del control y manejo de las escorrentías, se debe principalmente a una
expansión desordenada de la ZMG, tal claro ejemplo es el municipio de Tlajomulco de
Zúñiga, el segundo municipio con mayor densidad de población en el país (INEGI, 2000),
estos malos planes de planificación urbana, ha llevado la introducción del concepto IHC, el
cual se implementó bajo la idea de que el incremento de áreas impermeabilizadas dentro de
la ciudades, no debe de aumentar los caudales pico dentro de lo permitido y estimado, por
lo que si estos se controlan, se pueden evitar inundaciones en terrenos aguas debajo de la
cuenca.
Identificación de zonas de alto riesgo
Las zonas de riesgo fueron definidas tomando puntos topográficos más bajos de la cuenca y
de la información climatológica de precipitación de los últimos 25 años, en un primer paso
se calcularon los tiempos de concentración y gastos picos para periodos de retorno de 50
años que escurren por el afluente arroyo San Juanate, por otra parte los caudales se
clasifican de riesgo medio los valores comprendidos entre 2.5 y 5 m³/seg y de riesgo alto
todos aquellos que superen los 5 m³/seg (Aguilera-Cortez, 2015).
1. Estado del Arte (Desarrollo del Marco Teórico)
Urbanización con bajo impacto hidrológico. El nuevo paradigma
Existen muchas maneras de controlar los efectos de la impermeabilización al respecto de
los caudales de escorrentía generados, es solo pensar un poco y aparecen miles de formas
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de realizar procesos de Retención-Detención de las aguas de lluvia, obviamente todas estas
ideas deben ser valoradas desde el aspecto técnico y pasar de una medida no estructural que
es la planeación correcta del sistema de evacuación de las aguas de lluvia a las medidas
estructurales que consta de las obras de control de Retención-Detención las cuales son
básicamente necesarias inclusive indispensables para disminuir el caudal pico del
hidrograma de las avenidas que se producen y se acumulan aguas abajo. Sin embargo en
algunos sitios donde se producen precipitaciones de larga duración es necesario evaluar el
volumen de precipitación para saber si nuestra obra logra bajar el pico máximo del
hidrograma o solo lo retrasará, ya que las obras de drenaje son previstas para que logren
evacuar el caudal máximo de la tormenta de diseño, y si este es superado estaríamos
teniendo las consecuencias ya conocidas debido a los fenómenos hidrometeorologicos
extremos. (Ponce, 2008).
La urbanización es un fenómeno que se aceleró en las últimas décadas (se espera que en los
próximos años el 90% del total de la población de América Latina se concentre en ciudades
medianas y metrópolis) y eso implica una exacerbada concentración de la utilización de los
recursos naturales, combustibles y materias primas, así como la eliminación de grandes
cantidades de residuos sólidos y una mala calidad del aire por la circulación vehicular, por
citar algunos ejemplos (Bárcena, 2001).
Los efectos de la urbanización acelerada, sin la debida planificación y resolución de los
problemas, tiende a aumentar la degradación ambiental y como consecuencia mayor
vulnerabilidad a los desastres naturales (Mancilla, 2010), con terribles consecuencias para
la población, por lo que la urbanización afecta el ciclo hidrológico debido a que incrementa
el volumen y la velocidad de escurrimiento superficial en el área afectada, tal incremento
provoca una mayor intensidad del escurrimiento en el área urbana, en corrientes receptoras
y en zonas aguas debajo de la cuenca en estudio.
Es común que los planes de desarrollo de una ciudad no estén ligados a los resultados de un
estudio hidrológico en particular, para tomar las medidas concernientes al problema de las
inundaciones, lo cual es una situación de alerta. Los problemas que se presentan a los
cambios observados son:
Un incremento de un 50% del coeficiente de escurrimiento medio anual
Un incremento de un factor de casi 3 veces de la avenida media anual (pico
instantáneo)
Una reducción de 3 veces en el tiempo de retraso del Hidrograma Unitario
Triangular
Un incremento de 3.5 veces en el gasto pico, también del HUT
La solución del problema es un sistema de drenajes pluviales que resuelva en forma integral
las posibles aportaciones debidas al crecimiento de una ciudad, los subsistemas de drenaje
son parte del gran sistema ambiental urbano. Idealmente el manejo de aguas pluviales y el
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control de las avenidas máximas que se generan en la subcuenca presa El Guayabo deben
tomar en consideración todas las interrelaciones importantes, además de considerar la
calidad y la cantidad del escurrimiento.
Previo a la urbanización, una gran parte del total de las precipitaciones contribuye a la
humedad del suelo y a la recarga de las aguas subterráneas a través de la infiltración y la
percolación, o es detenida en forma de almacenamiento superficial. Generalmente el
escurrimiento directo representa del 25% al 30% o menos del total de la tormenta en una
zona natural. Después de la urbanización se incrementan repentinamente tanto en volumen
como en la velocidad del escurrimiento, lo cual trae como consecuencias daños
irreversibles a la infraestructura hidráulica.
Por otra parte, en los proyectos de generación y control de avenidas generalmente la
preocupación inmediata es que hacer con el agua aportada que genera inundaciones locales
en las partes más bajas, ya que afloran y brota por las alcantarillas de manera paulatina por
los drenajes sanitarios y pluviales; pero finalmente lo que se logra es solamente trasladar el
problema de un lugar a otras aguas abajo, que en un futuro muy corto se encontrará en las
mismas circunstancias que el actual.
En la práctica se han empeorado las condiciones de inundación en áreas abajo del punto de
interés y se han requerido la construcción de costosos sistemas de conducción subterránea.
Por otro lado, las medidas de control que se han usado como zonas de infiltración,
almacenamiento en azoteas, estacionamientos y lagos recreativos urbanos han sido
insuficientes debido a que el escurrimiento en cuencas urbanizadas se incrementa hasta un
200%.
La planeación efectiva del control de avenidas se debe basar en la cuenca como una unidad
del tipo sistémico, es decir se debe estudiar desde el enfoque de manejo de cuencas, en
otras palabras preparar a la cuenca para un proyecto de drenaje maestro que incorpore al
sistema de drenaje completo, es decir un sistema que sea capaz de manejar los eventos de
periodo de retorno Tr desde 2 años hasta 5 años, este consiste en un sistema de tuberías de
diámetros comerciales y económicos y otro que consistirá en un drenaje que maneje
periodos de retorno hasta de 100 años que consiste en un sistema de colectores, canales y
emisores, ya sea en forma subterránea o superficial, ya que la falta de coordinación en la
planeación urbana y el cambio de uso de suelo obliga a muchas ciudades a emprender
programas costosos para el control de avenidas.
Descripción de un sistema de alcantarillado
La mayoría de los sistemas de drenaje pluvial son de ramas convergentes o sistemas de
alcantarillado tipo árbol. Un sistema de drenaje de lluvia consiste de un gran número de
conductos, uniones, alcantarillas, aportaciones adicionales con accesorios de regulación u
operación como compuertas, válvulas, presas, vertedores, vasos reguladores y estaciones de
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bombeo, a su vez dichas instalaciones dividen hidráulicamente el sistema en varios
subsistemas (Rivera, 2000).
Los factores involucrados en el diseño de drenaje pluvial son la determinación de
diámetros, pendientes y elevaciones de brocal para cada tubería del sistema, desde un punto
de vista ingenieril el problema del drenaje se puede dividir en dos principales aspectos:
predicción del escurrimiento y diseño del sistema. Actualmente se han desarrollado
esfuerzos considerables para predecir el escurrimiento en áreas urbanas. El segundo aspecto
consiste en utilizar la metodología del diseño y estimación con base en los modelos lluvia-
escurrimiento aplicados a cuencas del territorio nacional, los tipos de enfoque son
prácticamente modelos del tipo hidráulico y de optimización (ibid).
Para la determinación de los diámetros en los drenajes se han usando sólo consideraciones
del tipo hidráulico, la forma de los sistemas de drenaje ha sido predeterminada de que la
pendiente hidráulica se asume que será igual a la del terreno, estos conceptos básicos son
necesarios para determinar el tamaño mínimo de un conducto que sea capaz de conducir el
gasto de diseño a la máxima capacidad, bajo condiciones de flujo totalmente por gravedad.
La cuantificación de los gastos pluviales se lleva a cabo comúnmente con el método
racional o también si se cuenta con datos adicionales al proyecto como coeficiente de
escurrentía del terreno en zona urbanizada y no urbanizada se utiliza el modelo lluvia-
escurrimiento asociado a cuencas en el territorio nacional.
Finalmente se puede decir que actualmente es necesario tomar conciencia de que es urgente
tomar medidas de planeación en el crecimiento de una ciudad que estén ligadas a las
condiciones hidrológicas de la zona, que permitan un crecimiento ordenado y poder estar en
condiciones de resolver los problemas por inundaciones sin recurrir a acciones que solo
retarden o agraven un problema más grave.
METODOLOGÍA
Una vez recopilada la información cartográfica e hidrológica del arroyo San Juanate, se
procedió a implementar en nuestro caso de estudio el modelo lluvia-escurrimiento para la
estimación de eventos futuros probables tales como la generación del tránsito de avenidas,
lo cual trae como consecuencias inundaciones en la parte baja de la subcuenca.
Análisis hidrológico para 2, 5, 10, 25, 50 y 100 años de periodo de retorno (Tr)
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El conocimiento de los efectos de una avenida a lo largo de un río, permite tener una
base para tomar las medidas preventivas más convenientes, en caso de que se tenga la
ocurrencia de algún evento hidrológico extraordinario extremo que pueda ocasionar
problemas por inundación debido al desbordamiento del cauce, de esta manera se
tendrán los elementos necesarios para determinar las soluciones más adecuadas que
mejoren el comportamiento hidráulico del río o arroyo en cuestión, los resultados son el
cálculo y diseño del hidrograma que se presentan en el arroyo “San Juanate”, esto es
para distintos periodos de retorno, así como para diferentes subcuencas en virtud de la
ubicación de las zonas con evidencias de inundación.
El método consiste en determinar una altura de precipitación base, la cual está asociada a
una duración de 1 h y periodo de retorno de 10 años. A partir de ésta se determina la
altura de precipitación específica de la cuenca de estudio, para lo cual la precipitación
base es afectada por 3 factores que están relacionados con la duración de la tormenta, el
área de la cuenca y el periodo de retorno que se haya elegido para extrapolar los datos.
Tales factores se estimaron después de varios análisis, cuya finalidad era establecer una
relación congruente entre la cantidad de agua precipitada y los volúmenes de agua
escurridos, su aplicación es parte de la bondad del método por lo que sus valores se han
ordenado en un rango práctico, como se indica en la Tabla 1 y en la representación
gráfica del Hidrograma Sintético (Gráfico 2).
Figura 3. Carta topográfica F13D65, donde se muestra una perspectiva sombreada del relieve y la
conectividad con la Presa El Guayabo. Fuente: www.inegi.org
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Características fisiográficas de la cuenca
La cuenca en estudio se localiza en la provincia fisiográfica del Eje Neovolcánico, en la
parte central de la sub-provincia de Guadalajara, los tipos de suelo en su mayor parte son
urbanos de alta a media densidad.
Área de la cuenca
Se define como la superficie, en proyección horizontal, delimitada por el parteaguas, la
superficie es considerada el parámetro fisiográfico más importantes, se extrae por medio de
planímetros o a partir de la delimitación de mapas topográficos como el uso de los Sistemas
de Asistencia por Computadora tales como: Computer Asistance Desing (Autocad), el valor
resultante para nuestra cuenca de estudio fue de 49.37 km2.
Parteaguas
La longitud del parteaguas de la subcuenca El Guayabo fue obtenida también por el uso del
software Autocad, el resultado fue 31.77 km, donde se ilustra en la figura 3 una perspectiva
sombreada del relieve de las faldas del cerro Las Latillas.
Pendiente de la corriente principal
La pendiente del cauce principal es uno de los indicadores más importantes del grado de
respuesta de una cuenca a una tormenta (Aparicio, 2007). Para obtener la pendiente media
se calcula una pendiente promedio del río, similar a la de un canal uniforme que tenga igual
longitud y tiempo de viaje (Campos, 1998) y se define con la siguiente ecuación:
𝑠
= (∑ 𝑙𝑖𝑛
𝑖=1
∑𝑙𝑖
√𝑠𝑖𝑛𝑖=1
)
2
𝑒𝑐𝑛. (1)
En la siguiente tabla se puede apreciar tanto la longitud del cauce principal como la
pendiente por cada segmento, que para este caso fueron escurrimientos propios que capta la
presa El Guayabo.
Tabla 1. Datos de la pendiente por segmento en el arroyo San Juanate, para obtener la
pendiente equivalente constante S3 por el método de Taylor-Schwarz.
Cotas intervalo
de clase
(msnm)
diferencia de
cotas (m)
distancia horizontal
entre curvas de nivel
(m)
√𝑠𝑖 ∑𝑙𝑖
√𝑠𝑖
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1590-1580
1580-1570
1570-1560
1560-1550
1550-1540
1540-1530
19
10
19
10
10
10
712.002
2669.38
1836.263
1238.562
1358.562
525.847
8368.369
0.01403
0.00374
0.00536
0.00807
0.00736
0.01901
6015.483
43612.964
25433.799
13786.597
15835.041
3813.195
108497.08
Fuente: elaboración propia.
Gráfico 1. Perfil longitudinal del arroyo San Juanate, obtenida con el método de Taylor-Schwarz.
Fuente: Elaboración propia
La pendiente media del arroyo San Juanate que alimenta a la presa El Guayabo aguas abajo
es de 0.005949 lo que equivale 5.949‰ respectivamente, como se muestra en el gráfico 1.
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Modelo lluvia-escurrimiento para 2, 5, 10, 25 y 50 años de periodo de retorno Tr
Para determinar los gastos picos de avenidas máximas, como primer paso se calcula el
tiempo de concentración que es el tiempo que transcurre entre el inicio de la lluvia y el
establecimiento del gasto de equilibrio y equivale al tiempo que tarda el agua en pasar del
punto más alejado hasta la salida de la cuenca (Aparicio, 2012).
𝑡𝑐 = 0.0003245 (𝑙𝑐
√𝑆)
0.77
𝑒𝑐𝑛. (2)
dónde:
tc: tiempo de concentración (hrs)
lc: longitud del cauce principal (m)
S3: pendiente equivalente constante (adimensional)
𝑡𝑐 = 0.0003245 (8368.369
√0.005949)
0.77
= 2.44 ℎ𝑟𝑠 ∴ 𝑠𝑒 𝑠𝑢𝑔𝑖𝑒𝑟𝑒 2.50 ℎ𝑟𝑠.
El siguiente paso tiene que ver con el cálculo de la precipitación de diseño asociados a
periodos de retorno de 2, 5, 10, 25 y 50 años. Una vez asignados los periodos de retorno a
la precipitación de diseño, es necesario hacer extrapolaciones a partir de las precipitaciones
máximas anuales registradas (como se indica en la tabla 2) para factores de ajuste tales
como: área de la cuenca, duración de la tormenta y periodo de retorno, pues rara vez el
periodo de retorno designado para los análisis es menor al de los datos.
Tabla 2. Factores para ajustar la precipitación de diseño. Fuente: Gerencia Regional de
Aguas del Valle de México (GRAVAMEX)
Para la duración de la tormenta Para el área de la cuenca Para el periodo de retorno
Duración de
la tormenta Factor
recomendado Área (km²) Factor
recomendado Periodo de
retorno (años) Factor
recomendado
0.50 0.79 1.00 1.00 2 0.67
1.00 1.00 10.00 0.98 5 0.88
2.00 1.20 20.00 0.96 10 1.00
8.00 1.48 50.00 0.92 25 1.15
24.00 1.50 100.00 0.88 50 1.25
200.00 0.82 100 1.38
500.00 0.70 1.64
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Una vez calculada la precipitación de diseño para los periodos propuestos, el siguiente paso
consiste en convertir la lámina de lluvia en escurrimiento, determinando un coeficiente de
escorrentía (Ce) y el gasto pico unitario (qp), con base en las ecuaciones que se indican a
continuación:
𝑞𝑝 =0.555 𝐴𝑐
𝑡𝑏 =
0.555 ∗ 49.37
8.223= 3.332 𝑚3/𝑠𝑒𝑔/𝑚𝑚 𝑒𝑐𝑛. (3)
𝐶𝑒 = 𝐶𝑛𝑢 ∗ 𝐴𝑛𝑢
𝐴𝑐+
0.45 ∗ 𝐼𝑢 ∗ 𝐴𝑢
𝐴𝑐 𝑒𝑐𝑛. (4)
𝐶𝑒 = 0.15 ∗ 34.559
49.37+
0.45 ∗ 0.80 ∗ 14.811
49.37= 0.213
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El conocimiento de los efectos de una avenida a lo largo de un río, nos permite tener la base
para tomar medidas de mitigación más convenientes, en caso de que se tenga la ocurrencia
de algún evento hidrológico extraordinario que pueda ocasionar problemas de inundación
debido al desbordamiento del cauce, de esta manera se tendrán los elementos necesarios
para determinar soluciones que mejoren el comportamiento hidráulico del arroyo San
Juanate (Caro-Becerra, 2017), los resultados son el cálculo y diseño del Hidrograma
Unitario Triangular que se presentan en el arroyo San Juanate los cuales son: gastos picos
para periodos de retorno desde 2 hasta 50 años de periodo de retorno Tr afectado por los
factores de ajuste: área de la cuenca, duración de la tormenta y periodo de retorno, los
cuales se muestran en la tabla 2 y en el gráfico 2.
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Gráfico 2. Hidrograma Sintético para la subcuenca presa El Guayabo para una zona urbanizada con
un periodo de retorno Tr de 50 años y sin modificar el ciclo hidrológico del agua IHC. Fuente:
Elaboración propia
Tabla 3. Determinación de tormentas y avenidas de diseño, metodología modelo lluvia-
escurrimiento.
Subcuenca “Presa El Guayabo”
Precipitación máxima en 24 hrs para un periodo de retorno Tr de 50 años, Estación
Climatológica Tlajomulco de Zúñiga
Pmax (dt, Tr) = Pmax (1 hr, 50 años) = 64.866 mm
Factor de ajuste para una duración de 1 hr = 1.00
Factor de ajuste para una duración de 24 hrs = 1.50
Pmax (dt, Tr) = Pmax (1 hr, 50 años) = (1.00/1.50) * 64.866 = 43.244 mm
Precipitación máxima para la duración de la tormenta y periodo de retorno de50 años
Se considera que la duración de la tormenta es igual al tiempo de concentración (tc)
Duración de la tormenta, se tomará igual que tc = 2.50 hr
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Factor de ajuste por duración = 1.223
Pmax (dt, Tr) = Pmax (1 hr, 50 años) = 1.223 * 43.244 = 52.90 mm
Precipitación máxima para la duración de la tormenta y periodo de retorno de 50 años,
asociado al Área de la Cuenca
Área total de la cuenca de aportación (Ac) = 49.37 km2
Factor de ajuste por área = 0.9208
Pmax (dt, Tr, Ac) = Pmax (1hrs, 50 años) = 0.9208 * 49.37 = 45.461 mm
Periodo de
retorno
(años)
Factor de
ajuste
por Tr
Precipitación
de diseño
(mm)
Precipitación
en exceso
(mm)
Gasto pico de la avenida de diseño
Calculado
(m3/seg) Redondeado
(m3/seg)
2 0.67 30.45 6.48 21.59 21.60
5 0.88 40.00 8.52 28.38 28.40
10 1 45.46 9.68 32.265 32.26
25 1.1 50.00 10.65 35.48 35.50
50 1.25 56.82 12.10 40.31 40.31
100 1.38 62.73 13.36 44.51 44.51
CONCLUSIONES
La necesidad de contar con un inventario de los recursos naturales en la cuenca, además de
elaborar mapas territoriales correspondientes a uso de suelo, cobertura vegetal, hidrografía,
densidad de población, etc. se integrarán por tres subsistemas: condiciones físicas, recursos
naturales y asentamiento urbanos. Las condiciones físicas ofrecen información climatología
de la región, localización y magnitud de los recursos geológicos, cambio de uso de suelo,
vegetación, características fisiográficas de la cuenca (morfología), en cuanto a los recursos
naturales nos ofrece información tanto en calidad como en cantidad de los
aprovechamientos hidrológicos. La información hidrológica aborda información de aguas
subterráneas y superficiales esto con el objeto de contar con un balance hídrico en la
subcuenca Presa El Guayabo. El conocimiento del balance de humedad en el suelo es
importante en actividades como la agricultura, estudios hidrológicos, conservación de los
suelos, drenaje, riesgos, repoblación y actividades en parques y jardines; mientras que la
cartografía de los paisajes hidrológicos permite conseguir una caracterización detallada de
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las zonas funcionales de las cuencas hidrográficas. En la subcuenca presa El Guayabo el
área de captación-transporte abarca un 50% de su área total, que es donde se encuentran los
cursos de agua, sus materiales sedimentos y nutrientes.
Para dar alternativas de solución a esta problemática, consistirá en la determinación del
gasto máximo ordinario en una corriente y demarcar el cauce en zonas federales de un sitio
o tramo específico, por lo cual será necesario hacer un análisis cuidadoso de la información
disponible, hidrométrica o pluvial y fisiográfica de la cuenca. La información hidrométrica
o climatológica debe ser consistente, es decir tener en cuenta la existencia o no de obras
hidráulicas que modifiquen el régimen de la corriente a la fecha que se haga el estudio y en
su caso ajustar debidamente los datos. La determinación del gasto máximo ordinario es el
método estadístico presentado y complementado con el de la curva de duración de gastos-
periodo de retorno empíricos o algunos otros de los probabilísticos conocidos con el fin de
asignar al gasto su correspondiente periodo de retorno que la practica ha indicado que 50
años es un buen índice, si el régimen de la corriente es perenne, es decir que transporta
agua todo el año.
En las zonas con régimen natural de escurrimiento intermitente es conveniente que la
muestra de gastos sea amplia para el mejor conocimiento del comportamiento de la
corriente, ya que puede haber gastos grandes y gasto nulos. Si la muestra es pequeña es
conveniente hacer un estudio adicional usando modelos lluvia-escurrimiento.
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