INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERíA Y ARQUITECTURA UNIDAD TICOMÀN
MODELACIÓN DE LA DINÁMICA HIDROLÓGICA Y EROSIVA EN BARRANCOS DE LA CUENCA DEL RÍO NAZAS – RODEO MEDIANTE UN SIG
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL GRADO DE
MAESTRO EN GEOCIENCIAS Y AMINSTRACIÒN DE RECURSOS NATURALES
PRESENTA:
MARÍA DEL ROSARIO JIMÉNEZ RUGERIO
DIRECTORES DE TESIS: M. EN C. RODRIGO MONDRAGON GUZMÁN DR. MARCO ANTONIO MORENO IBARRA
MÉXICO, D.F. Febrero 2011
RESUMEN
Uno de los problemas que más afectan a la sociedad se relaciona directamente con desastres naturales originados por eventos como las inundaciones y la erosión. El análisis de estos eventos se basan en el estudio de la geomorfológía, en el caso de esta tesis nos enfocaremos a la hidrología superficial y sus componentes como las cuencas y el drenaje.
Recientemente, se han incorporado los denominados Sistemas de Información Geográfica (SIG), que de forma general, dan soporte para el almacenamiento, manipulación, analisis y visualización de datos geográficos. Esta clase de sistemas permite realizar de forma (semi)automática algunos de los análisis que tradicionalemente se han realizado de forma manual. Logrando importantes ventajas con respecto a los enfoques previos
La presente tesis está enfocada en la modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un Sistema de Información Geográfica, con el propósito de aprovechar las ventajas de dichas herramientas.
ABSTRACT
One of the problems that affect the society is directly related to natural disasters originated by events such as flooding and erosion. The analyses of these events are based on the study of geomorphology, in the case of this thesis we are focus on surface hydrology and its components such as watersheds and drainage.
Recently, we have incorporated the so-called Geographic Information Systems (GIS) that, in general, support for the storage, handling, analysis and visualization of geographic data. This kind of system allows to semi-automatically analyzes some of which have traditionally been performed manually. Achieving important advantages over previous approaches.
This thesis is focused on modeling the hydrological and erosive dynamics of the Nazas - Rodeo River Basin with a Geographic Information System, in order to take advantage of these tools.
AGRADECIMIENTOS
Al finalizar un trabajo tan arduo como el desarrollo de una tesis es inevitable que te asalte un muy humano egocentrismo que te lleva a concentrar la mayor parte del mérito en el aporte que has hecho. Sin embargo, el análisis objetivo te muestra inmediatamente que la magnitud de ese aporte hubiese sido imposible sin la participación de personas e instituciones que han facilitado las cosas para que este trabajo llegue a un feliz término. Por ello, es para mí un verdadero placer utilizar este espacio para ser justo y consecuente con ellas, expresándoles mis agradecimientos.
Debo agradecer de manera especial y sincera al M en C. José María Ramos Rodríguez y al Dr. Marco Antonio Moreno Ibarra por aceptarme para realizar esta tesis bajo su dirección. Su apoyo, confianza en mi trabajo y su capacidad para guiar mis ideas han sido un aporte invaluable, no solamente en el desarrollo de esta tesis, sino también en mi formación. Las ideas propias, siempre enmarcadas en su orientación, han sido la clave del buen trabajo que hemos realizado juntos, el cual no se puede concebir sin su siempre oportuna participación. Les agradezco también el haberme facilitado siempre los medios suficientes para llevar a cabo todas las actividades propuestas durante el desarrollo de esta tesis.
A mis padres María Reyes Rugerio González y Epifanio Jiménez Trejo que me han enseñado a encarar las adversidades sin perder nunca la dignidad ni desfallecer en el intento. Me han dado todo lo que soy como persona, mis valores, mis principios, mi perseverancia y mi empeño, y todo ello con una gran dosis de amor.
A mis hermanitos por compartir conmigo momentos tanto alegres como tristes, por tener siempre tendida su mano amiga, por escucharme, por su paciencia, inteligencia, generosidad por ser un ejemplo de valentía y superación.
A Marquito, por ser una persona admirable, porque en su compañía las cosas malas se convierten en buenas, la tristeza se transforma en alegría y la soledad no existe.
Gracias al Instituto Politécnico Nacional que me ha brindado mi desarrollo profesional.
ÍNDICE
RESUMEN ...... I
ABSTRACT ...... III
AGRADECIMIENTOS...... V
ÍNDICE ...... IX
ÍNDICE DE FIGURAS ...... XIII
ÍNDICE DE TABLAS...... XVII
CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN...... 1
1.1 Objetivo ...... 2
1.2 Metas...... 2
1.3 Hipótesis ...... 3
1.4 Organización del documento ...... 3
CAPÍTULO 2 ESTADO DEL ARTE ...... 4
2.1 Clases de modelos para evaluar la erosión ...... 4
2.2 Sistemas de Información Geográfica...... 8
2.3 Discusión sobre el estado del arte...... 14
CAPÍTULO 3 CARACTERIZACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO...... 15
3.1 Generalidades del área de estudio...... 15
3.1.1 Ubicación del área de estudio ...... 15 3.1.2 Municipios del área de estudio ...... 17
3.1.3 Clima ...... 20
3.1.4 Vegetación ...... 23
3.1.5 Fisiografia ...... 25
3.2 Marco Geológico ...... 29
3.2.1 Marco geológico del estado de Durango ...... 29
3.2.2 Geológía del área de estudio...... 32
3.2.3 Geología estructural del área de estudio ...... 41
3.2.4 Geología Histórica...... 46
3.2.5 Estratigrafía...... 48
CAPÍTULO 4 MODELACIÓN ...... 50
4.1 Parámetros morfométricos...... 50
4.1.1 Índices y parámetros morfométricos ...... 50
4.1.2 Cálculo de los parámetros morfométricos...... 52
4.1.3 Características morfométricas por subcuencas ...... 60
4.1.3.1 Subcuenca “a” Río Nazas - Rodeo ...... 60
4.1.3.2 Subcuenca “b” Río de San Juan...... 63
4.1.3.3 Subcuenca “c” Río del Peñon ...... 65
4.1.3.2 Subcuenca “d” Arroyo de Naitcha...... 67
4.1.3.4 Análisis de Reusltados de la cuenca Nazas - Rodeo...... 70
4.2 Estaciones Hidrométricas y Climatológicas ...... 72
X Similitud semántica entre sistemas de objetos geográficos aplicada a la generalización de datos geoespaciales
4.2.1 Estaciones hidrométricas para el estudio de riesgos y zonificación de la Cuenca Nazas-Rodeo ...... 72
4.2.2 Cálculo de gastos máximos anuales ...... 73
4.2.3 Estaciones climatológicas...... 78
4.2.3.1 Criterio de selección de estaciones climatológicas para el estudio de riesgo y zonificación de la cuenca Nazas - Rodeo...... 78
4.2.4 Probabilidad y estadística en Hidrológia, aplicada a modelos de precipitación de la Cuenca Hidrológica Nazas-Rodeo...... 84
4.2.5 Análisis de las precipitaciones máximas anuales ...... 92
4.2.6 Mapas de precipitaciones máximas anuales, ejemplo de la estación 10002 ...... 98
CAPÍTULO 5 PRUEBAS Y RESULTADOS ...... 100
5.1 Desarrollo del Sistema de Información Geográfica ...... 100
5.1.1 Mapa geológico ...... 102
5.1.2 Mapa hipsométrico y mapa de pendientes...... 103
5.1.3 Mapa de densidad de drenaje...... 104
5.1.4 Mapa de estaciones climatológicas e hidrométricas...... 105
5.1.5 Mapa de precipitaciones máximas en 24 hrs...... 105
5.1.6 Sobreposición: Análisis espacial de capas temáticas para la zonificación de riesgos ...... 108
5.1.7 Reinterpretación de las capas temáticas a partir de un mosaico de imágenes de satélite...... 109
5.2 Análisis de resultados ...... 113
CAPÍTULO 6 CONCLUSIONES ...... 122
Similitud semántica entre sistemas de objetos geográficos aplicada a la generalización de datos eoespaciales XI
REFERENCIAS ...... 127
XII Similitud semántica entre sistemas de objetos geográficos aplicada a la generalización de datos geoespaciales ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1 Descripción de objetos geográficos ...... 9
Figura 2.2. Capas temáticas de geo-información ...... 9
Figura 2.3. Consultas espaciales y descriptivas que realiza un GIS ...... 11
Figura 2.4. Primitivas de representación para el modelo vectorial ...... 11
Figura 2.5. Modelo de datos raster ...... 12
Figura 2.6. Abstracción de la realidad en ambos modelos...... 12
Figura 3.1 Mapa de localización del área de estudio ...... 16
Figura 3.2 Región Hidrológica No. 36 Nazas-Aguanaval...... 17
Figura 3.3 División municipal [INEGI, 2005] ...... 20
Figura 3.4 Mapa de Climas del Estado de Durango...... 21
Figura 3.5 Mapa de vegetación del Estado de Durango [Vegetación, 2009] ...... 25
Figura 3.6 Mapa de Fisiografía del Estado de Durango [INEGI Fisiografía, 2009] ...... 26
Figura 3.7 Mapa de Fisiografía del área de estudio...... 28
Figura 3.8 Mapa de Geología del Estado de Durango [INEGI Geología, 2009] ...... 32
Figura 3.9 Columna estratigráfica regional de la Cuenca Nazas-Rodeo...... 17
Figura 3.10 Sectores NW y NE de estructuras geológicas por edad...... 43
Figura 3.11 Sectores SW, SE y Centro (W-E) de estructuras geológicas por edad ...... 44
Figura 3.12 Distribución de estructuras geológicas por edades ...... 46 Figura 4.1 Tipos de Drenaje ...... 55
Figura 4.2 Orden de Corrientes con una red de drenaje dendrítica de 3er orden...... 56
Figura 4.3 Subcuenca Río Nazas-Rodeo...... 61
Figura 4.4 Subcuenca Río de San Juan ...... 63
Figura 4.5 Subcuenca Río del Peñón...... 65
Figura 4.6 Subcuenca Arroyo de Naitcha...... 68
Figura 4.7 Localización de estaciones hidrométricas en el área de estudio, Cuenca Nazas-Rodeo...... 73
Figura 4.8 a) Localización de la estación El Palmito, b) Gastos máximos anuales, estación El Palmito ...... 76
Figura 4.9 a) Localización de la estación Agustín Melgar, b) Gastos máximos anuales, estación Agustín Melgar...... 77
Figura 4.10 Localización de estaciones climatológicas en el área de estudio, Cuenca Nazas-Rodeo...... 82
Figura 4.11 Evento máximo de precipitación...... 83
Figura 4.12 Menú de acceso al programa AX...... 93
Figura 4.13 Listado de estaciones climatológicas por clave ...... 93
Figura 4.14 Base de datos de precipitaciones máximas anuales, estación 10002, Canatlán, Canatlán...... 93
Figura 4.15 Cuadro de dialogo de funciones...... 94
Figura 4.16 Cuadro de resultados de funciones de probabilidad...... 94
Figura 4.17 Cuadro de dialogo de funciones a seleccionar...... 94
xiv Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Figura 4.18 Curva de ajuste de la función Doble Gumbel ...... 95
Figura 4.19 Resultados de la tabla de ajuste...... 95
Figura 4.20 Rutina de extrapolación ...... 96
Figura 4.21 Mapa de isoyetas para el año 2010 ...... 98
Figura 4.22 Modelo de elevación de la precipitación máxima en 24 horas para un período de retorno de 10 años...... 99
Figura 5.1 Mapa hipsométrico en 3D...... 104
Figura 5.2 Mapa de densidad de drenaje...... 104
Figura 5.3 Mapa de estaciones climatológicas...... 105
Figura 5.4 Mapa de isoyetas para el año: a) 2015, b) 2020, c) 2025 y d) 2030 ...... 107
Figura 5.5 Mapa de infraestructura ...... 109
Figura 5.6 Mapa de resultados...... 110
Figura 5.7 Mapa de resultados...... 111
Figura 5.8 Mosaico de imágenes de satélite, con una combinación en falso color de las bandas RGB -7, 4, 2- con una sobreposición de la capa temática geología ...... 112
Figura 6.1 Mapa de rangos de peligrosidad de la Cuenca Nazas - Rodeo ...... 127
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG xv
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 3.1 Geología del Estado de Durango, con su porcentaje en superficie estatal ...... 31
Tabla 3.2 Ambientes de depósito de las rocas del área de estudio ...... 49
Tabla 4.1 Características físicas para el cálculo de los parámetros morfométricos ...... 52
Tabla 4.2 Parámetros morfométricos ...... 58
Tabla 4.3 Tabla comparativa de valores * ...... 59
Tabla 4.4 Características morfométricas de la Subcuenca R. Nazas-Rodeo ...... 60
Tabla 4.5 Características hidrográficas de la red de drenaje, Subcuenca “a”, R. Nazas- Rodeo ...... 61
Tabla 4.6 Características morfométricas de la Subcuenca R. de San Juan ...... 63
Tabla 4.7 Características hidrográficas de la red de drenaje, Subcuenca “b”, R. de San Juan ...... 64
Tabla 4.8 Características morfométricas de la Subcuenca R. del Peñón...... 65
Tabla 4.9 Características hidrográficas de la red de drenaje, Subcuenca “c”, R. del Peñón ...... 66
Tabla 4.10 Características morfométricas de la Subcuenca A. de Naitcha ...... 67
Tabla 4.11 Características hidrográficas de la red de drenaje, Subcuenca “d”, A. de Naitcha...... 68
Tabla 4.12 Resultados de las pendientes de los cauces principales...... 71 Tabla 4.13 Valores de Xn y Sn como constantes de la función n, según el modelo de Gumbel ...... 75
Tabla 4.14 Valores de n a Sm en función de f, para el cálculo de intervalos de confianza, según el modelo de Gumbel ...... 75
Tabla 4.15 Estaciones climatológicas...... 79
Tabla 4.16 Municipios y estaciones climatológicas ...... 80
Tabla 4.17 Precipitaciones máximas anuales, estación 10002 ...... 83
Tabla 4.18 Precipitaciones máximas anuales por estación...... 84
Tabla 4.19 Parámetros para muestras pequeñas de la distribución Gumbel...... 87
Tabla 4.20 Precipitaciones máximas anuales en 24 horas, estación 10002...... 92
Tabla 4.21 Resultados obtenidos para un período de retorno de 10, 15 y 20 años...... 97
Tabla 4.22 Resultados obtenidos para un período de retorno de 25, 30 y 35 años...... 97
Tabla 5.1 Matriz de Resultados ...... 115
Tabla 5.2 Porcentaje de población e infraestructura de la Cuenca Nazas-Rodeo ...... 121
Tabla 6.1 Rangos de Peligrosidad ...... 122
Tabla 6.2 Rangos de peligrosidad por subcuenca...... 124
xviii Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG
CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN
Uno de los problemas que más afectan a la sociedad moderna se relaciona directamente con desastres naturales originados por eventos como las inundaciones y la erosión. El análisis de estos eventos se basan en el estudio de la geomorfológía, en el caso de esta tesis nos enfocaremos a la hidrología superficial y sus componentes como las cuencas y el drenaje. Las cuencas actúan como sistemas de procesos y respuestas en donde los escurrimientos superficiales, son su respuesta más evidente, y tiene una relación directa con las inundaciones. Por otra parte la erosión del suelo es un proceso natural que conlleva la pérdida de suelo de un determinado lugar y que afecta a todos los terrrenos que se encuentran expuestos a la acción de la lluvia o el viento (Alcañiz 2008). Los ámbitos geográficos con climas áridos a semí-áridos son un caso muy notable en donde la circulación hídrica acontece como respuesta a precipitaciones que superan la intensidad y magnitud de lluvia.
Los modelos hidrológicos implementados mediante métodos numéricos, facilitan el manejo de diversos tipos de información sobre todo en grandes cuencas, debido a la extensión de estas; cumpliendo expectativas conformadas por una metodología de trabajo conjunto para realizar cálculos y cartografía de detalle, sin embargo, las simulaciones hidrológicas cuentan con deficiencias que son inevitables, ejemplo de esto son la gran cantidad de información, las diversas fuentes de datos, la carencia de datos con el nivel de detalle adecuado y los errores implícitos de las representaciones cartográficas.
Recientemente, se han incorporado los denominados Sistemas de Información Geográfica (SIG), que de forma general, dan soporte para el almacenamiento, manipulación, analisis y visualización de datos geográficos. Esta clase de sistemas permite realizar de forma Capítulo 1 – Introducción
(semi)automática algunos de los análisis que tradicionalemente se han realizado de forma manual. Logrando importantes ventajas con respecto a los enfoques previos. Además de facilitar la integración de multiples fuentes de datos, con lo que se puden lograr mejores resultados. Por tal motivo, la presente está enfocada en la modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un sistema de Información Geográfica, con el propósito de aprovechar las ventajas de dichas herramientas.
1.1 Objetivo
Desarrollar e implementar un modelo de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos utilizando un Sistema de Información Geográfica tomando como caso de estudio la cuenca del río Nazas – Rodeo.
1.2 Metas
Las metas planteadas para esta son:
• Calculo de las características físicas de la Cuenca Nazas-Rodeo y de las subcuencas que la conforman para obtener los parámetros morfométricos de las mismas. • Analisis de las precipitaciones máximas anuales en 24 horas y gastos máximos anuales de acuerdo a la información obtenida en las estaciones climatológicas e hidrométricas para el análisis integral del estudio. • Obtener los periodos de retorno de las precipitaciones y gastos máximos en donde estos eventos sean igualados o excedidos que generan afectaciones a la población. • Obtener de manera generalizada los resultados con base en los parámetros morfométricos: densidad de fracturamiento, densidad de drenaje, isoyetas (rango
2 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 1 – Introducción
de precipitación) y avenidas máximas de caudales, conjuntamente asociados con la población, de manera generalizada. • Implementar el modelo de la cuenca en un SIG, que integre la información involucrada al caso de estudio. • Comparar entre si a cada una de las subcuencas, clasificándolas en un rango de peligrosidad en base al análisis de riesgo para obtener el Mapa de Riesgos de la Cuenca Nazas-Rodeo perteneciente al Estado de Durango.
1.3 Hipótesis
La hipótesis planteada para esta tesis es:
• Con en el análisis de las características físicas de datos geográficos digitales es posible identificar la dinámica erosiva de las barrancas en la cuenca de río Nazas-Rodeo por medio de la implementación de un Sistema de Información Geográfica
1.4 Organización del documento
En el Capítulo 2 se presentan algunos trabajos del estado de arte en el área de investigación de la presente tesis, que incluye algunos modelos para evaluar la erosión y algunos fundamentos de Sistemas de Información Geográfica. Por otro lado, la caracterización del área de estudio y el marco geológico estatal aparece en el Capítulo 3. La modelación aparece en el Capítulo 4, es ahí donde se detallan las fases que componen el método propuesto. Los resultados experimentales, así como la discusión de los mismos, se presentan en el Capítulo 5; y en el Capítulo final, el 6, se exponen las conclusiones y recomendaciones para el trabajo futuro.
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 3
CAPÍTULO 2 ESTADO DEL ARTE
El desarrollo de la presente investigación se relaciona con diversos trabajos enfocados en la modelación del entorno geográfico. En este capìtulo se presentaran algunos trabajos relacionados con la modelación de la erosión así como algunos fundamentos de SIG.
2.1 Clases de modelos para evaluar la erosión
Actualmente los modelos disponibles para el estudio de la escorrentía y la erosión de cuencas se clasifican en dos tipos: agregados y distribuidos (Ibáñez et al., 1995; Valcárcel et al.,1999). Los primeros no consideran la distribución espacial de las variables de entrada, ni de los parámetros y ni de las variables de las ecuaciones que se usan para modelar los fenómenos físicos inherentes a los procesos simulados. Por otro lado, los distribuidos cosideran la incorpoción de datos referidos a la distribución espacial de variables y parámetros de entrada, así como de algoritmos que permiten evaluar la influencia que tienen las características espaciales sobre el comportamiento de los procesos simulados. De forma general, cuando se dispone de suficientes datos de entrada se considera que los modelos distribuidos son más idóneos; sin embargo, es frecuente que en la práctica, se obtengan buenos resultados con la aplicación de modelos globales agregados. Teniendo en cuenta las componente temporales del dominio geográfico, hay que destacar la distinción entre modelos de eventos y modelos continuos. Los modelos de eventos, se enfocan en simular la respuesta de un sistema natural tras un suceso o evento de Capítulo 2 – Estado del Arte precipitación determinado, lo que permite caracterizar la respuesta hidrológica de un segmento de paisaje tras una precipitación de intensidad y duración determinadas (minutos, horas, días). Mientras que los modelos continuos pretenden representar la evolución del sistema, sin interrupción, durante periodos más prolongados y sin tener en cuenta las características para cada tormenta o evento de lluvia, por lo que resulta más simple aplicarlo para modelar las situaciones que típicamente ocurren en una región. Entre los modelos físicos disponibles, revisados por diversos autores (Dafonte eta al., 1999a; Valcarcel, 1999) podemos mencionar los siguientes:
• WEPP (Water Erosion Prediction Project) es de tipo distribuido y de simulación basada en procesos físicos, diseñado para cuantificar el desprendimiento de las partículas de suelo, su transporte y sedimentación (Foster and Lane, 1987). Además puede ser usado tanto en modo continuo como para un evento simple y para dos escalas: cuenca y ladera.
• CREAMS (Chemical, Runoff and Erosion from Agricultural Magenment Systems) Propuesto por Knisel (1980), combina una componente hidrológica con la erosión- sedimentación y la concentración de nutrientes. Predice perdidad anuales o mensuales, aunque necesita muchos datos meteorológicos y condiciones de uso de suelo.
• KINEROS2 (A Kinematic Runoff and Erosion Model) Está diseñado para modelar la intercepción, la infiltración, la escorrentia superficial y la erosión que producirían eventos de lluvia individuales (Smith et al., 1995).
• EUROSEM (European Soil Erosion Model) simula eventos simples y permite predecir la erosión del suelo por el agua a escala de parcela o de cuenca, así como evaluar la eficacia de las medidas de protección del suelo (Morgan et al., 1993, 1998). Es un modelo físico parecido a KINEROS2 que simula eventos de escorrentía.
• USLE (Universal Soil Loss Equation), la ecuación universal de pérdidad de suelo fue propuesta por Wischmeir y Smith (1978) y resulta útil para tomar decisiones sobre el
6 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 2 – Estado del Arte
uso y la conservación del suelo. Considera seis factores y estima las pérdidads medias anuales de suelo a nivel de parcela agricola o laderas de pendiente moderada.
• LISEM (de Roo et al., 1995), es un modelo completamente integrado en un raster tipo SIG, permite simular los fenómenos hidrólogicos y el transporte de sedimentos durante e inmediatamente después de un evento de precipitación simple en una cuenca. Dicho modelo simula tanto escenarios en que se considera el uso actual del suelo como aquellos en que se introducen medidas de conservación. Estos modelos simulan una serie de procesos comunes: a) Hidrológicos: precipitación, interceptación, infiltración, almacenamiento superficial y flujo laminar o concentrado. b) Erosivos: disgregación por la energía cinética de la gota de lluvia, erosión por flujo superficial (entresurcos/flujo laminar); erosión concentrada (iniciación de surcos y evolución de los mismos), transporte y redistribución de sedimentos
A pesar de que todos los modelos tienen objetivos similares, presentan también algunas significativas diferencias. El dato más característico, y que se revela como el más importante para establecer una distinción entre estos los modelos antes mencionados es que LISEM están asociados a un SIG (Sistema de Información Geográfica) y opera discretizando el espacio por medio de celdas.
Las principales razones para usar un SIG son que la escorrentía y los procesos de erosión del suelo varían espacialmente, lo que se tiene en cuenta con el uso de celdas de tamaño adecuado. Por otra parte, la cantidad de datos de entrada que potencialmente se requieren, dado el gran número de celdas, del orden de 1,000 en que se divide la cuenca considerada, es enorme y no podrían introducirse fácilmente de forma manual, pero sí al usar un SIG.
Las ventajas de usar un SIG para esta clase de aplicaciones se sintetizan en:
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 7
Capítulo 2 – Estado del Arte
1) La posibilidad de modificar los datos de entrada rápidamente, en función de variables como los diferentes usos de la tierra o posibles medidas de conservación, para simular escenarios alternativos al actual, 2) la capacidad para modelizar cuencas mediante un gran número de celdas, lo que permite efectuar simulaciones con mayor detalle, y 3) la facilidad para visualizar los resultados mediante mapas. Se pueden producir una serie de mapas que muestren la variación con el tiempo de la distribución espacial de la erosión del suelo, la sedimentación y la escorrentía. Estos mapas se pueden comparar con otros como los mapas de producción, para analizar como afectan las medidas de control a la erosión y la redistribución de sedimentos dentro de la cuenca.
Entre los modelos actualmente disponibles para evaluar la erosión y la escorrentía, LISEM también es el que más posibilidades ofrece para calcular la infiltración, y por lo tanto evaluar el excedente de agua.
2.2 Sistemas de Información Geográfica
Un Sistema de Información Geográfica (SIG o GIS, por sus siglas en inglés), es un sistema computacional, que consiste en una base de datos que almacena información espacial y descriptiva de un entorno geográfico como parte del mundo real; además de permitir la entrada, mantenimiento, análisis, transformación, manipulación y presentación de datos espaciales, de algún punto geográfico en particular (Goodchild 1992). Podemos realizar una descripción de un entorno geográfico en particular, a partir de la identificación de un objeto geográfico en el espacio, tal como lo muestra la Figura 2.1.
8 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 2 – Estado del Arte
Figura 2.1 Descripción de objetos geográficos
Los objetos geográficos están compuestos por dos componentes principales: (1) Espacial. Consiste en proporcionar las coordenadas reales a partir de un sistema de referencia espacial, en donde puede localizarse un objeto geográfico. (2) Atributiva o Descriptiva. Proporciona información descriptiva del objeto o elemento geográfico; es decir, las características que posee cada entidad espacial. Una vez realizada esta consideración, los datos espaciales pueden ser almacenados digitalmente en una computadora. El mecanismo tradicional de representación del espacio geográfico ocupado por los datos espaciales, es a través de una serie de capas temáticas espaciales. Los modelos computacionales espaciales utilizan esta técnica de representación espacial (ver Figura 2.2). Este método ayuda a representar los datos espaciales en forma separada, con lo cual se pueden utilizar y combinar diferentes capas para realizar análisis espacial (Worboys y Duckham 2006).
Figura 2.2. Capas temáticas de geo-información
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 9
Capítulo 2 – Estado del Arte
Un SIG está compuesto por un conjunto de componentes básicos que permiten la implantación de este tipo de sistemas. Estos elementos son:
• Usuarios. Especialistas en el área para el desarrollo y manejo de aplicaciones-GIS; o bien, especialistas en la interpretación de datos espaciales de salida que proporciona la herramienta. • Hardware. Elemento básico para contar con una infraestructura de cómputo adecuada, ya que el procesamiento de la geo-información consume muchos recursos. • Software. Son las herramientas especializadas para el manejo, análisis y generación de datos espaciales. Este software puede ser diseñado por especialistas o en su defecto herramientas comerciales. • Datos. Es el elemento principal que utiliza una herramienta GIS, estos datos son utilizados para la generación de nueva geo-información que sirva para la toma de decisiones. • Métodos. Mecanismos diseñados para satisfacer las necesidades o requerimientos de los usuarios o de un ambiente en particular. Estos métodos pueden ser nuevos o formar parte del análisis espacial o estadístico.
Las consultas espaciales que realiza un sistema de información geográfica pueden ser de dos tipos: (1) Espaciales. Recuperan las formas geométricas (o propiedades de éstas) de algún elemento espacial por medio de un criterio de búsqueda. (2) Atributivas. Recuperan información descriptiva de una entidad geográfica, área o conjunto de elementos espaciales, por medio de un criterio de búsqueda. En la Figura 2.3 se muestran ejemplos de este tipo de consultas.
10 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 2 – Estado del Arte
Figura 2.3. Consultas espaciales y descriptivas que realiza un GIS
Los SIG pueden manejar dos tipos de modelos para la representación de la geo- información. Estos modelos son:
Modelo vectorial. En este modelo la información está relacionada a un conjunto de coordenadas y representa las características lineales de la geometría de los objetos del terreno, el cual se representa por las primitivas de representación que se muestran en la figura 2.4.
Figura 2.4. Primitivas de representación para el modelo vectorial
Modelo raster. En este modelo, la información se divide en una retícula regular (matriz) y la localización de cada celda se hace en términos de columnas y renglones por medio de un código numérico o alfanumérico. (ver figura 2.5) Por lo tanto: • Un punto corresponde a una celda. • Una línea es una sucesión de celdas contiguas con una determinada dirección. • Un polígono es una agrupación de celdas contiguas.
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 11
Capítulo 2 – Estado del Arte
Figura 2.5. Modelo de datos raster
Este tipo de modelos son complementarios, ya que en algunos casos es necesario utilizar ambos para conocer aspectos fundamentales que presenta la geo-información; así como para la realización de análisis espacial (Longley 2001). En la Figura 2.6 se muestra una abstracción de la realidad utilizando ambos modelos de representación de datos.
Figura 2.6. Abstracción de la realidad en ambos modelos
La información geográfica puede ser consultada, transferida, transformada, superpuesta, procesada y mostradas utilizando numerosas aplicaciones de software. Dentro de la industria empresas comerciales como ESRI, Intergraph, Mapinfo, Autodesk o Smallworld ofrecen un completo conjunto de aplicaciones.
El manejo de este tipo de sistemas son llevados a cabo generalmente por profesionales de diversos campos del conocimiento con experiencia en Sistemas de Información Geográfica (cartografía, geografía, topografía, etc.), ya que el uso de estas herramientas requiere una aprendizaje previo que necesita de conocer las bases metodológicas sobre las que se
12 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 2 – Estado del Arte fundamentan. Aunque existen herramientas gratuitas para ver información geográfica, el acceso del público en general a los geodatos está dominado por los recursos en línea, como Google Earth y otros basados en tecnología web mapping.
Hasta finales de los 90, cuando los datos del SIG se localizaban principalmente en grandes computadoras y se utilizan para mantener registros internos, el software era un producto independiente. Sin embargo con el cada vez mayor acceso a Internet/Intranet y a la demanda de datos geográficos distribuidos, el software SIG ha cambiado gradualmente su perspectiva hacia la distribución de datos a través de redes. Los SIG que en la actualidad se comercializan son combinaciones de varias aplicaciones interoperables y APIs.
Hoy en día dentro del software SIG se distingue a menudo seis grandes tipos de programas informáticos (WIKIPEDIA 2010):
• SIG de escritorio. Son aquellos que se utilizan para crear, editar, administrar, analizar y visualizar los datos geográficos. Entre ellos podemos encontrar ArcView, QuantumGIS y GvSIG. • Sistemas de gestión de bases de datos espaciales (SGBD espacial). Se emplean para almacenar la información geográfica, pero a menudo también proporcionan la funcionalidad de análisis y manipulación de los datos. En esta categoría aparecen PostGIS, OracleSpatial, MySQL spatial entre otros. • Servidores cartográficos. Se utilizan para distribuir mapas a través de Internet.Dentro de este grupo aparecen MapServer y Geoserver. • Servidores SIG. Proporcionan básicamente la misma funcionalidad que los SIG de escritorio pero permiten acceder a estas utilidades de geoprocesamiento a través de una red informática. • Clientes web SIG. Permiten la visualización de datos y acceder a funcionalidades de análisis y consulta de servidores SIG a través de Internet o intranet. Generalmente se distingue entre cliente ligero y pesado. Los clientes ligeros (por ejemplo, un navegador web para visualizar mapas de Google) sólo proporcionan una funcionalidad de visualización y consulta, mientras que los clientes pesados (por ejemplo, Google Earth
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 13
Capítulo 2 – Estado del Arte
o un SIG de escritorio) a menudo proporcionan herramientas adicionales para la edición de datos, análisis y visualización. • Bibliotecas y extensiones espaciales. Proporcionan características adicionales que no forman parte fundamental del GIS, ya que pueden no ser requeridas por el usuario promedio de este tipo de software. Estas nuevas funcionalidades pueden ser herramientas para el análisis espacial (por ejemplo, SEXTANTE), herramientas para la lectura de formatos de datos específicos (por ejemplo, GDAL y OGR), herramientas para la correcta visualización cartográfica de los datos geográficos (por ejemplo, PROJ4), o para la implementación de las especificaciones del Open Geospatial Consortium (por ejemplo, GeoTools). • SIG móviles. Se usan para capturar datos en campo a través de dispositivos móviles (PDA, Smartphone, Tablet PC,etc.). Con la adopción generalizada por parte de estos de dispositivos de localización GPS integrados, el software SIG permite utilizarlos para la captura y manejo de datos en campo. En esta categoría aparecen GvSig Movil y ARC PAD.
2.3 Discusión sobre el estado del arte
Del análisis de los trabajos presentados en este capítulo podemos resaltar algunos puntos:
• Se pueden modelar mediante Sistemas de Información Geográfica diversas variables ambientales para realizar análisis del dominio geográfcio • Hay una gran diversidad de SIG por lo que puede buscarse aquel que cumpla los propósitos de la investigación ya sea funcionales o tecnológicos • Mediante SIG se pueden integrar datos provenientes de diferentes fuentes con distinta escala, propósito, etc.
14 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG CAPÍTULO 3 CARACTERIZACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO
En este capitulo se hace una recopilación para dar un enfoque más preciso a la evaluación de riesgos, principalmente para establecer el parámetro de daño o alteración de la roca presente en el área de estudio.
3.1 Generalidades del área de estudio
3.1.1 Ubicación del área de estudio
El área de estudio corresponde a la cuenca Nazas-Rodeo, esta se encuentra al norte del país dentro del estado de Durango (Figura 3.1), el cual se localiza entre la Sierra Madre Occidental y la parte Oeste de la altiplanicie Mexicana. Durango tiene una extensión de 119,648 km2. Limita al norte con el estado de Chihuahua, al este con los estados de Coahuila y Zacatecas, al Sur con el estado de Nayarit y al oeste con el Estado de Sinaloa [Monografías INEGI, 2010] [INEGI, 2005].
Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio
Figura 3.1 Mapa de localización del área de estudio
La Cuenca Nazas-Rodeo pertenece a la Región Hidrológica 36, Nazas-Aguanaval [INEGI, 2000](Figura 3.2); con una extensión total de 11,853 km2 que corresponde al 10% de Durango. Geográficamente la Cuenca Nazas-Rodeo queda ubicada entre las coordenadas geográficas extremas: al Norte 25°47´, al Sur 24°07´, de latitud Norte; al Este 103°37´, al Oeste 105°02´ de longitud Oeste.
16 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio
Figura 3.2 Región Hidrológica No. 36 Nazas-Aguanaval
3.1.2 Municipios del área de estudio
El área de estudio cubre los municipios de: Canatlán, Coneto de Comonfort, Cuencamé, Guadalupe Victoria, Hidalgo, Indé, Nazas, El Oro, Pánuco de Coronado, Peñón Blanco, Poanas, Rodeo, San Juan del Río, San Luís de Cordero, San Pedro el Gallo y Nuevo Ideal (Figura 3.3). Algunas de las características y actividades que se realizan en los municipios involucrados son las siguientes [Municipios, 2009]:
• Canatlán: Principal actividad frutícola: manzana, perón, durazno. Hay ganadería. Cultivan maíz, frijol, cebada. Numerosa población menonita. Población en 1990, 34.773 habitantes. • Coneto de Comonfort: El municipio es eminentemente ganadero, la cría de ganado bovino es su principal actividad, destinándose su producción al abastecimiento del mercado interno y otra parte a la exportación. Población en 2005, 4.309 habitantes.
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 17
Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio
• Cuencamé: Limita con Coahuila y Zacatecas. Región plana con clima cálido muy seco. Centro minero, agrícola y ganadero. Cultivan maíz. Población en 1990, 34.697 habitantes. • Guadalupe Victoria: Limita con Zacatecas. Suelo plano, clima templado. Cultivan maíz, frijol, trigo y frutas. Tiene buenas comunicaciones. Población en 1990, 32.173 habitantes. • Hidalgo: La actividad agrícola constituye para el municipio, la segunda en importancia por la generación de mano de obra y de recursos humanos. Población en 2005, 10.244 habitantes. • Indé: Terreno llano situado en la meseta Central. Actividad minera, ganadera y agrícola, beneficada esta última por la presa del Palmito. Población en 1990, 8.446 habitantes. • Nazas: Su relieve es montañoso y plano. Sus condiciones climatológicas corresponden a la región semi-árida del estado, lo que unido a la formación caliza de las montañas produce la vegetación característica de la zona, que es la lechuguilla, el guayule, el ocotillo y el cardenche. Productos: maíz, algodón tabaco, cacahuate, lechuguilla y guayule. Población en 1990, 14.250 habitantes. • El Oro: Riqueza minera (oro) y ganadera. La agricultura es una de las actividades económicas de mayor importancia en el municipio, a ella se dedica el 41.6% de la población utilizando técnicas rudimentarias y riego de temporal en su mayoría, cultivan maíz, frijol, trigo, chile, cacahuate, papa y tabaco. Comercio activo. Población en 1990, 14.815 habitantes. • Pánuco de Coronado: Relieve con predominio de planicies. Entre los cultivos agrícolas destacan avena, cebada, chile verde, frijol, maíz, papa, sorgo, soya, trigo y girasol. Actividad ganadera. Población en 1990, 14.530 habitantes. • Peñón Blanco: Relieve montañoso y clima templado. La producción agrícola es dedicada principalmente al cultivo de variedades de maíz, frijol, forrajes y hortalizas. Explotación minera. Población en 1990, 10.979 habitantes. • Poanas: Relieve plano. Clima templado. Dadas las características climáticas y topográficas, este municipio ofrece las condiciones favorables para la explotación y manejo de la ganadería extensiva, por presentar pastizales naturales, que aseguran el
18 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio
buen desarrollo del ganado bovino, esto en una superficie de agostadero de aproximadamente 124,640 hectáreas. Población en 1990, 26.470 habitantes. • Rodeo: Relieve montañoso y plano. Clima cálido y templado. Productos: algodón, chile, tabaco, cacahuate, camote, maíz, trigo y frijol. También se cultiva avena forrajera, alfalfa, cacahuate, cebolla, sorgo y sorgo forrajero. Población en 1990, 14.208 habitantes. • San Juan del Río: Ubicado en el centro del estado. Región montañosa, cuenta con un cañón llamado ‘la catedral’. Es de gran importancia la producción de avena forrajera, chile, maíz y cebolla. En la ganadería se cría ganado bovino, porcino, ovino, equino y caprino, principalmente. Se explotan yacimientos de plata, plomo y zinc Población en 1990, 14.401 habitantes. • San Luís del Cordero: Este municipio se encuentra colocado ventajosamente para el desarrollo de la agricultura, ya que las características del suelo son excelentes, se tiene producción de orégano y se lleva a cabo la explotación de lechuguilla, pero no son explotados con una adecuada planeación y organización, sino más bien de una forma rústica y desordenada. De los cultivos destacan: maíz, frijol y sorgo. Población en 2005, 2.013 habitantes. • San Pedro del Gallo: En los cultivos destaca la avena forrajera, frijol, maíz forrajero, maíz grano, sorgo y trigo. La agricultura es pobre, ya que sólo mediante riegos con aguas broncas de los arroyos es como logran producir estas tierras semidesérticas. Población en 2005, 1.486 habitantes. • Nuevo Ideal: Localizado en la porción centro de la entidad. Sus habitantes se dedican a las labores agrícolas y ganaderas. Se cuenta con diferentes lugares propios para el turismo, como son: La Laguna de Santiaguillo, el Charco Azul, La ex- hacienda de la Magdalena y parajes de La Blanca en el ramal de la Sierra Madre Occidental. Población en 1990, 30.006 habitantes.
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 19
Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio
Figura 3.3 División municipal [INEGI, 2005]
3.1.3 Clima
Con base en la clasificación que utiliza el INEGI, propuesta por Copen en 1900 [INEGI Climas, 2009], la variedad climática del Estado de Durango se debe a la interacción de factores geomorfológicos originados por la Sierra Madre Occidental, tales como: la altitud, por lo general de 2000 m en adelante; el relieve irregular, sobre todo en sus porciones Occidental y Sur; la ubicación de la mayor parte de su territorio en la zona subtropical y su distancia con respecto a las masas de agua. Así, en orden por la extensión que cubren, se
20 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio presentan climas semisecos, templados, secos, muy secos, semifríos, semicálidos y cálidos (Figura 3.4).
Figura 3.4 Mapa de Climas del Estado de Durango
El clima que predomina en la mayor parte (26.05%) es el semiseco templado, se distribuye en forma de una franja que cruza la entidad del Norte-Noroeste al Este-Sureste; en estos terrenos se encuentran situadas las poblaciones de Santa Catarina de Tepehuanes, Santiago Papasquiaro, Ciudad Canatlán, Ciudad Guadalupe Victoria, Victoria de Durango y Vicente Guerrero, entre otras; su temperatura media anual varía de 12° a 18°C y su precipitación total anual va de 400 a 600 mm. Al Noreste de Ciudad Canatlán y al Oeste y Suroeste de Vicente Guerrero, se localizan dos áreas de clima semiseco semicálido, las cuales apenas suman 1.44% de la superficie estatal, presentan temperaturas medias anuales entre 18° y 22°C, y su rango de precipitación total anual va de 400 a más de 500 mm. En el Sur está ubicada una zona reducida de clima semiseco muy cálido y cálido (0.39%), en ella la temperatura media anual va de 22° a 26°C y la precipitación total anual es menor de 800 mm. En el lado occidente y sur de Durango el clima es semiseco templado, se extienden los terrenos que están bajo la influencia de clima templado subhúmedo con lluvias en verano. Los caueles representan el 22.01% del área total del estado; en estos, la temperatura
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 21
Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio media anual va de 12° a 18°C, la temperatura media del mes más frío va de -3° a 18°C y la precipitación total anual, desde 600 hasta 1500 mm.
Por otro lado, el noreste (parte del Bolsón de Mapimí y de la Comarca Lagunera) y Este, predomina el clima muy seco semicálido, el cual abarca 12.61% del territorio duranguense; en esta zona, lugar de establecimiento de las poblaciones Ceballos, Tlahualilo de Zaragoza, Gómez Palacio y Ciudad Lerdo, se reportan las precipitaciones totales anuales más bajas de la entidad, entre 100 y 300 mm, y la temperatura media anual varía de 18° a 22°C. En una proporción mucho menor, por lo que no se muestran en el mapa, se encuentran los climas muy seco muy cálido y cálido, localizado al Suroeste de Ciudad Lerdo y cuya temperatura media anual va de 22° a 24°C, y muy seco templado, al Oriente de Ceballos y con temperatura media anual entre 16° y 18°C; en ambos la precipitación total anual es menor de 300 mm.
Las porciones más elevadas de la zona serrana en el Occidente (12.29%), son las que presentan clima semifrío subhúmedo con lluvias en verano. Dichas porciones integran unidades discontinuas rodeadas por clima templado subhúmedo; en ellas la temperatura media anual va de 8° a 12°C y la precipitación total anual varía de 600 a más de 1 500 mm. En un área muy reducida, no representada en el mapa, al Poniente de la localidad El Salto, se distribuye el clima semifrío húmedo con abundantes lluvias en verano; en él la temperatura media anual va de 10° a 12°C y la precipitación total anual, de 1200 a 1500 mm.
El clima seco semicálido abarca 8.30% de la entidad, se localiza al Noroeste de la sierra El Rosario y en una franja que va del Noroeste de Rodeo a San Juan de Guadalupe. Estas áreas tienen temperaturas medias anuales entre 18° y 22°C, su precipitación total anual es de 300 a 400 mm. Al Norte y Noroeste de la localidad Rodeo, se encuentran las zonas de clima seco templado (4.55%), en estas la temperatura media anual es de 12° a 18°C, en tanto que la precipitación total anual varía entre 300 y 400 mm.
22 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio
En los terrenos contiguos al límite con los Estados de Sinaloa y Nayarit, pertenecientes a los cañones y cañadas de los Ríos Humaya-Colorado, San Lorenzo-San Gregorio, Los Remedios, Piaxtla, San Diego-Galindo y Mezquital, entre otros, en donde la altitud varía entre 1000 y 1200 mts. se distribuye el clima semicálido subhúmedo con lluvias en verano. Este comprende 8.14% de la superficie de Durango, lo caracterizan temperaturas medias anuales mayores de 18°C y con temperaturas medias entre -3° y 18°C y precipitaciones totales anuales entre 800 y 1500 mm.
Las zonas más bajas de los cañones y cañadas de los ríos mencionados en el párrafo anterior, cuya altitud es menor de 1000 m y que representan 3.99% del área estatal, tienen clima cálido subhúmedo con lluvias en verano. Ahí, la precipitación total anual va de 700 a 1500 mm, este último valor, principalmente al Suroeste del municipio El Salto; la temperatura media anual comprende un rango entre 22° y 26°C, mientras que la temperatura media del mes más frío es mayor a 18°C [INEGI Climas, 2009].
3.1.4 Vegetación
Los tipos de vegetación en el Estado de Durango presentan un marcado contraste, consecuencia de la compleja relación que existe entre una serie de factores geomorfológicos, como son: la orografía, la altitud, la latitud, el clima, el suelo, etc. La Sierra Madre Occidental (de la cual una porción se presenta al Poniente de la entidad), actúa como una barrera natural que atrapa los vientos húmedos provenientes del Océano Pacífico y provoca la marcada aridez en la región interior del continente.
El tipo de vegetación más abundante es el bosque, que cubre 47% de la superficie estatal; en las cañadas y profundos cañones de la sierra se distribuye la Selva cubriendo menos del 5%; al pie de la vertiente oriental de la sierra, existen considerables extensiones de pastizal, importante recurso para la ganadería, ocupa cerca de 15%; en la porción Centro y Noreste del Estado de Durango la cubierta vegetal consta de diversos tipos de matorral de zonas áridas que cubren 21% del territorio; la agricultura se desarrolla en lugares llanos con escasa pendiente, el altiplano presenta suelos profundos y medianamente profundos ocupando 10% de la superficie; el resto del área estatal (2%) está cubierto por otro tipo de
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 23
Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio vegetación menos representativa en cuerpos de agua y manchas urbanas.bLos bosques en la entidad ocupan la mayor parte de la Sierra Madre Occidental donde se distribuyen ampliamente masas arboladas de Pinus spp. (pino) y Quercus spp. (encino), la mayor parte de ellas están dominadas por pinos y por comunidades mixtas de pinos y encinos; en las cañadas más profundas de la sierra, sobre todo en las de la vertiente del Pacífico, se desarrolla la selva baja caducifolia, cuenta con árboles no mayores de 15 m de altura y la mayor parte de ellos pierde el follaje durante la época seca del año; los pastizales naturales forman una franja de transición entre los bosques templados y la vegetación de zonas áridas, este tipo de vegetación es objeto de un intenso pastoreo, generalmente desordenado y sin control de los hatos de ganado lo que propicia que la gran mayoría de los agostaderos presenten un marcado sobrepastoreo; por su parte el pastizal natural está dominado por gramíneas, especialmente de Bouteloua spp. (pasto navajita, banderilla) y Muhlenbergia spp. (zacatón liendrilla); el matorral, que se distribuye ampliamente en la parte árida del estado, está conformado principalmente por matorral desértico micrófilo que prospera en lugares planos sobre suelos profundos de origen aluvial, se caracteriza por tener elementos arbustivos con hojas pequeñas con o sin espinas, es frecuente el predominio de Larrea spp. (gobernadora) en estos lugares, las cactáceas son también elementos comunes, el matorral desértico rosetófilo ocupa las laderas de cerros y lomeríos de la altiplanicie interior, sobre suelos delgados y pedregosos, fisonómicamente se caracteriza por presentar especies arbustivas de hojas largas y angostas agrupadas en roseta, como el Agave spp.(maguey).
Los terrenos dedicados a la agricultura en el Estado de Durango se concentran sobre todo al pie de la sierra, en el Centro y Este del estado donde se realiza agricultura de temporal y de riego y hacia el Noreste, en la Comarca Lagunera donde los terrenos cuentan con infraestructura para riego. En Durango es importante la producción de maíz, frijol, sorgo, alfalfa y manzana. La figura 3.5 señala el tipo de cobertura vegetal del Estado de Durango.
24 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio
Figura 3.5 Mapa de vegetación del Estado de Durango [Vegetación, 2009]
3.1.5 Fisiografía
Existen varias clasificaciones del territorio mexicano en grandes unidades, realizadas con criterios principalmente geomorfológicos, a las que han denominado provincias fisiográficas. La clasificación del territorio mexicano en provincias geomorfologicas parte de una subdivisión en cuatro unidades principales: sistemas montañosos, altiplanos, planicies y depresión intermontaña.
El Estado de Durango se encuentra dentro de 4 provincias fisiográficas, clasificadas según Raisz (1964) en: a) Sierra Madre Occidental, con 4 subprovincias: • Gran Meseta (Suroeste) faja occidental y Cañones chihuahuenses (Suroeste) • Sierra (Noroeste) y Llanura de Durango (faja central del Noreste)
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 25
Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio
• Gran Meseta y Cañones Duranguenses • Mesetas y cañadas del Sur b) Sierras y Llanuras del Norte • Bolsón de Mapimí en la parte Noreste c) Sierra Madre Oriental, con 2 subprovincias: • Sierra de la Pila (Noreste) • Sierra Transversal (Oriente) d) Mesa del Centro • Sierra y lomerío de Aldama y Rió Grande • Sierras y Llanuras del Norte
Figura 3.6 Mapa de Fisiografía del Estado de Durango [INEGI Fisiografía, 2009]
En el área de estudio se identifican las siguientes provincias:
26 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio
- Sierra Madre Oriental, con la subprovincia de las Sierras Transversas. - Sierra Madre Occidental, con la subprovincia Sierras y Llanura de Durango. - Sierras y Llanuras del Norte, con la subprovincia del Bolsón de Mapimí. - Mesa del Centro, con las subprovincias Sierras y Lomeríos de Aldama y Río Grande y la subprovincia Sierras y Llanuras del Norte.
En la parte Noroeste de la Cuenca Nazas-Rodeo predominan sierras paralelas y prominencias aisladas, así como de un lomerío ligado entre sí, todos estos elementos guardan una orientación Noroeste-Suroeste. En la parte media de la cuenca se presentan extensas llanuras, como los que rodean a los poblados de Nazas y San Pedro del Gallo; así como valles aluviales en el poblado de Rodeo.
Se presenta un escalonamiento desde la parte Suroeste con una disminución general de pendientes, provenientes de las regiones más altas de la Sierra Madre Occidental, que se hacen notar con la presencia de valles y pequeñas cuencas endorreicas, de tal manera que en el Suroeste de los valles de los Ríos San Juan y Peñón Blanco tienen una elevación promedio de 1500 metros. En la parte Sureste de la Cuenca Nazas-Rodeo se hace presente parte de la provincia Mesa del Centro, que abarca sectores de la cuenca hidrológica; donde existen sistemas de topoformas; bajadas con lomeríos y llanuras aluviales interrumpidas por lomeríos de la parte Sureste.
La mayor parte de las corrientes que drenan el área son intermitentes con excepción del río Nazas que es permanente. El patrón de drenaje predominante es el dendrítico; caracterizado por mostrar una ramificación arborescente, en la que los tributarios se unen a la corriente principal formando ángulos agudos. Su presencia indica suelos homogéneos, y generalmente se presenta en áreas de rocas sedimentarias blandas (areniscas, conglomerados), rocas volcánicas (riolitas, andesitas, basaltos etc.) depósitos glaciales y antiguas llanuras costeras. Otro tipo de drenaje que existe en el estado, pero menos predominante es el de tipo rectangular, el cual es una variación del drenaje dendrítico; y el drenaje de tipo pinnado, que tiene la forma de nervación de ciertas hojas, en el que los tributarios se juntan formando ángulos casi rectos que se van agudizando aguas arriba.
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 27
Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio
Figura 3.7 Mapa de Fisiografía del área de estudio
3.2 Marco Geológico
28 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio
3.2.1 Marco geológico del estado de Durango
En este apartado se hace una descripción general de la geología del estado de Durango y otra más detallada del área de estudio: Cuenca Hidrológica Nazas-Rodeo. En el estado afloran rocas cuya edad tentativa abarca desde el Paleozoico hasta el Cenozoico. Al Paleozoico lo forman rocas del Carbonífero y Pérmico, al Mesozoico rocas del Triásico, Jurásico y Cretácico; mientras que al Cenozoico lo constituyen rocas del Terciario y Cuaternario. Las rocas más antiguas que afloran son de tipo metamórfico del Triásico (225 ma.) se sitúa en el municipio de Mezquila con 0.1% de la superficie estatal; las rocas sedimentarias del Jurásico (180 ma.) ocupan el 0.3%, se localizan en el extremo Este, en los municipios de San Juan de Guadalupe; en el Cretácico (135 ma.) con rocas sedimentarias (10.7%) e ígneas extrusivas (2.7%) se ubican en el extremo Oeste colindando con el Estado de Sinaloa y en una faja de unidades litológicas con orientación Norte-Oriente; los 3 períodos descritos pertenecen a la Era Mesozoica. La Era del Cenozoico, ocupa el 86.2% de la superficie estatal. El período Terciario se manifiesta en la porción Occidental y media de una orientación Noreste-Suroeste, las rocas ígneas extrusivas de este período abarcan 57.1% y las rocas sedimentarias ocupan el 4.7%, en el Cuaternario las rocas se ubican al Centro del estado y al Noreste principalmente, las rocas ígneas extrusivas el 4.3% y el suelo cubre el 20%. a) Paleozoico:
Las rocas más antiguas del estado de Durango son del Carbonífero y están representadas por esquistos de muscovita, pizarras y areniscas con metatobas y calizas metamorfizadas. En estas rocas existen vetas de Ag (argentita), Pb (galena) y Ba (barita). El Pérmico está representado por una unidad metamórfica constituida por pizarras y areniscas intercaladas que están plegadas y falladas. Dichas rocas llegan a contener vetas y yacimientos de Ag (argentita), Pb (galena) y Zn (esfalerita). b) Mesozoico:
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 29
Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio
El Mesozoico en el estado inicia con rocas del Triásico Superior, que están formadas por una secuencia de lavas interestratificadas con tobas, lutitas, limolitas, areniscas y conglomerados rojos. Al Jurásico Inferior lo constituye un conglomerado polimíctico de fragmentos angulosos y subangulosos de cuarcita, pizarra, esquistos y cuarzos. Estas rocas de hecho representan al conglomerado Guanaceví. En estas rocas Jurásicas se llegan a encontrar vetas de Au, Ag (argentita) y Cu (azurita).
Las rocas del Jurásico Medio en el estado no afloran, pero el Jurásico Superior está representado por estratos delgados de arenisca, caliza arcillosa y lutitas. También está formado por calizas interestratificadas con areniscas y conglomerados. En las rocas de esta edad se localizan vetas de Hg (cinabrio), Au, Barita y Fluorita.En el Cretácico la zona está representada por sus porciones Inferior y Superior, en tanto el Cretácico Inferior está constituido por las siguientes unidades de roca: • Calizas y lutitas delgadas. • Secuencia de caliza, marga y lutita interestratificada. • Calizas con lentes y nódulos de pedernal y pirita en estratificación mediana. • Calizas con dolomias representadas en capas de medianas a gruesas.
Al Cretácico Superior, lo constituyen limolitas, calizas y lutitas; así como también areniscas y lutitas con intercalaciones de caliza y limolita. En estas unidades de roca se conocen vetas y yacimientos de Ag (argentita), Pb (galena) y Zn (esfalerita). c) Cenozoico:
Al Cenozoico lo representan rocas de edad Terciaria y Cuaternaria. Las rocas Terciarias presentan edades que van desde el Paleoceno hasta el Plioceno; mientras que las del Cuaternario van desde el Pleistoceno al Reciente. La Serie Volcánica Inferior tiene una edad del Paleoceno-Eoceno Medio y está constituida por andesitas, dacitas, tobas y brechas andesíticas. Con estas rocas se relacionan vetas de Au, Ag, Pb, Zn y Cu.
30 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio
Los conglomerados de origen continental tienen una edad del Eoceno Medio-Oligoceno Temprano y no se conoce si tiene relación con yacimientos minerales. La Serie Volcánica Superior formada por riolita, toba, brecha riolítica, ignimbrita y basalto; tiene una edad del Oligoceno Temprano-Mioceno, se asocian vetas de Ag, Au, Fe, Mn, Hg, Sb y fluorita; así como también cuerpos irregulares de bentonita, caolin y perlita. El Cuaternario está formado en su parte inferior por derrames de basalto de olivino de edad del Pleistoceno y por depósitos aluviales de edad Reciente, relacionados con placeres de Au, Sn (casiterita) y arenas sílicas.
Tabla 3.1 Geología del Estado de Durango, con su porcentaje en superficie estatal
Era Período Roca o suelo % de la superficie estatal
Cenozoico Cuaternario Ígnea extrusiva 4.26
Suelo 20.07
Terciario Ígnea extrusiva 57.13
Sedimentaria 4.74
Mesozoico Cretácico Ígnea intrusiva 2.71
Sedimentaria 10.75
Jurásico Sedimentaria 0.25
Triásico Metamórfica 0.09 Fuente: INEGI, Carta Geológica, 1:1 000 000
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 31
Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio
Figura 3.8 Mapa de Geología del Estado de Durango [INEGI Geología, 2009]
3.2.2 Geológía del área de estudio
Específicamente se describen las unidades de roca que afloran en la Cuenca Nazas-Rodeo, describiendo de la unidad más antigua hasta la unidad más joven.
Esquistos, Ps (E): Unidad constituida por esquistos y calcoesquistos descritas por Garduño (1984)12 y fechados en el IMP, por el método K-Ar, con una edad de 251+20 m.a., del Pérmico Medio. Localizados al Noreste de San Lucas de Ocampo y al Noroeste de San Agustín de Ocampo, sobre el Arroyo Medrano, cubierto principalmente por rocas volcánicas ácidas Terciarias y en probable contacto tectónico con las de la secuencia Berriasiana.
Arenisca, Js (ar): Arenisca de cuarzo y ortocuarcita depositadas en facies infralitorales, de color rojo; su textura es psamítica, la unidad se encuentra intercalada con lentes de caliza, la estratificación de las areniscas y la ortocuarcita es mediana, ambas unidades clásticas contienen abundantes pecas de hematina. Sobreyace a las rocas clásticas del Triásico, e
32 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio infrayacen sin discordancia aparente a rocas de edad Tithoniano, su edad es Oxfordiano- Kimmeridgiano. Afloran en las inmediaciones del poblado San Pedro del Gallo.
Caliza, Js (cz): Esta unidad representa una secuencia sedimentaria marina de calizas, con intercalaciones en la cima de lutitas y areniscas depositadas en facies de plataforma. Presentan textura de mudstone a wackstone. La unidad, secuencialmente, de la base a la cima es calcárea arcillosa y hacia la parte superior se observaron alternancias rítmicas de lutitas, areniscas calcáreas y calizas oscuras. La parte inferior de la unidad descansa discordantemente sobre una limolita-arenisca del Triásico-Jurásico; la parte superior arcillo-calcárea infrayace concordante y transicionalmente a la unidad de calizas del Cretácico Inferior. Localizadas en el área de la cuenca al Noreste de Emiliano Zapata.
Caliza – Lutita, Ki (cz-lu): Caliza de color gris claro a gris oscuro depositada en facies marinas, textura mudstone-packstone, estratificación delgada a media, intercalada con lutitas de color gris claro y algunos estratos margosos. La parte basal de la unidad está constituida por calci-lutita y vetillas de hematina. La serie descansa discordantemente sobre rocas arcillo-calcareas, infrayace concordantemente a rocas de edad Aptiana. La secuencia según Imlay (1944 b, p. 1005 en Jerjes Pantoja 1963)11-12-13 corresponde a la Serie Coahuila del Cretácico Inferior, la unidad está considerada de edad Berriasiano-Barremiano. Se localiza entre los poblados de San Pedro del Gallo y 5 de Mayo.
Caliza, Ki (cz): Unidad sedimentaria marina depositada en facies de plataforma, relativamente profunda con desarrollo de facies arrecífales de aguas profundas, corrientes de turbidez, con variaciones a facies lagunares, de textura microcristalina, color gris claro, estratificación delgada a media, presenta fracturas rellenas de calcita, e intrusionada por diques de composición ácida (Sierra Los Álamos, localizada entre los limites de los municipios Nazas y San Pedro el Gallo), se denotan estructuras primarias como boudinage, lentes, bandas y nódulos de pedernal de color negro, y estructuras secundarias (estilolitas y huellas de disolución); en la secuencia se intercalan estratos delgados de lutitas de tono beige, así como limonitas de color rojo (Noroeste del poblado Nuevo Nazas).
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 33
Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio
La parte calcárea de la unidad presenta textura de mudstone, wackestone a packstone; en general la unidad presenta colores de gris a gris oscuro que al intemperismo adquiere tonos amarillentos producto de la oxidación de la limonita y tonos rojizos debido al contenido de óxidos (localizado al Noreste del municipio de Peñón Blanco). Dentro de la unidad se incluye una secuencia calcáreo-arcillosa de color gris claro, con textura laminar, nódulos y lentes de pedernal negro; concreciones de hematina, estilolitas, huellas de disolución y vetillas de calcita.
Caliza - Lutita – Arenisca, Ki (cz-lu-ar): Secuencia de areniscas de grano fino de color café que alternan con calizas oscuras; hacia la parte superior aparecen bandas o nódulos de calizas que después se transforman en una secuencia rítmica de lutitas y areniscas con amonitas fragmentadas de edad Berriasiana; esta unidad fue descrita por Garduño (1984)11. Al Noroeste de Diez de Octubre, Dgo., (San Lucas de Ocampo y al Noroeste de San Agustín de Ocampo, sobre el Arroyo Medrano, municipio de San Juan del Río), aguas arriba se encuentran afloramientos de rocas metamórficas en contacto dudoso y enmascarado por rocas intrusivas, que pudiera ser tectónico con las rocas de la secuencia Berriasiana, de edad Berriasiano-Barremiano.
Lutita - Areniscas, Ks (lu-ar): Secuencia de lutitas y areniscas con algunas intercalaciones de calizas depositadas en facies marinas neríticas. Las lutitas son de color gris oscuro y al intemperismo adquieren también una tonalidad ocre, se presenta en capas delgadas a medianas, con rizaduras de fondo (localizado al Sureste del municipio de Indé). La arenisca es calcárea de grano fino a medio (cercano al Arroyo La Salada, al Oeste del municipio de Cuencamé), su mineralogía consta de cuarzos, calcita cementada por hematita de color pardo rojizo, se intercalan con una serie de capas de caliza y ventanas de yeso, la unidad revela un fracturamiento y plegamiento de tipo chevrón recostado y recumbente, forma estructuras como sinclinales y anticlinales. Sobreyace a las rocas del Cretácico Inferior en forma concordante y transicional e infrayace en contacto discordante a rocas volcánicas del Terciario y depósitos Recientes.
34 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio
Caliza - Lutita, Ks (cz-lu): Secuencia alternada de lutitas y calizas con escasos horizontes de areniscas intercaladas y depositadas en facies marinas neríticas, las lutitas son arenosas de color gris oscuro a negro. Se encuentran desarrollos de margas. La caliza es de textura biomicrita, con trazas de terrígenos de cuarzo, además con nódulos de pedernal, micrita y espatita, plagioclasas y hematita. La lutita se clasifica como lutita calcárea y marga, denota fracturas rellenas de calcita (localizada en la parte Norte del municipio de San Juan del Río) y un plegamiento anisopaco (Noroeste del municipio de Peñón Blanco). Infrayacen a rocas del cretácico inferior y sobreyace a rocas clásticas del Cretácico Superior.
Granito, K (Gr): La unidad tiene una textura fanerítica, contiene fenocristales de cuarzo, feldespato y plagioclasa, hacia los bordes el intrusivo se expresa una variación gradual de granito a monzonita en esta se nota un intenso fracturamiento y alteración hidrotermal, se emplaza en rocas sedimentarias del Cretácico Inferior y el área de contacto, se formaron rocas metamórficas como skarn y mármol, así como zonas mineralizadas con malaquita y pirita (ubicado en el municipio de San Luís del Cordero), su edad corresponde al Maestrichtiano.
Diorita, T (D): La unidad presenta texturas fanerítica, está constituido de plagioclasas augita e hiperstena alterada, tremolita, clorita, calcita, pirita y hematita, se observa la formación de minerales, en general la roca se encuentra alterada por hidrotermalismo. Subyace a rocas riolíticas y están expuestas a manera de ventanas y en los cauces de los arroyos cercanos al poblado el Realito en el municipio de Rodeo, de edad Eoceno del Terciario Inferior.
Granito, T (Gr): Este tipo de roca presenta textura fanerítica, color gris con vivos blancos, los minerales que lo componen son ortoclasa, oligoclasa y biotita, además contiene minerales accesorios como horblenda y circón, se encuentra asociada con granodiorita e intrusiona a rocas sedimentarias de edad Cretácica y metamórficas del Paleozoico causantes en ambas de su mineralización, tienen un fracturamiento intenso (se encuentra en el municipio de Rodeo y al Noreste de Peñón Blanco), su edad es del Eoceno.
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 35
Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio
Granodiorita, T (Gd): Roca ígnea intrusiva, cuya composición mineralógica corresponde a la de una granodiorita, algunas variaciones a monzonita, los minerales esenciales son cuarzo, oligoclasa, andesina, feldespatos (ortoclasa y microclina), los minerales accesorios, son biotita, horblenda, circón y pirita, los secundarios son arcilla y sericita, este ultimo es producto de la alteración de los feldespatos y plagioclasas (al Este de Peñón Blanco), también presenta turmalina de la variedad chorlo en general la textura dominante es fanerítica, holocristalina equigranular, hipidimórfica y/o porfídica. Intrusiona a calizas del Cretácico Inferior, también a lutitas y areniscas del Cretácico Superior, dio origen a la mineralización de sulfuros (oro, plata, plomo) se le correlaciona con rocas batolíticas de edad Terciaria, emplazado por la migración de un arco magmático de principio del Terciario (Damon, 1981)12, su edad es de Eoceno del Terciario Inferior.
Conglomerado, Ti (cg): Conglomerado poligmítico extraformacional depositado en un ambiente continental, textura psefítica, compacto, conformado por fragmentos de rocas ígneas y sedimentarias cementadas por calcita y una matriz arcillosa, su estructura es masiva, indica eventos distensivos, evidenciados por fracturamiento sin una orientación preferencial, se intercalan con horizontes arenosos y limonitas. Descansa discordantemente en rocas Mesozoicas y subyace a rocas volcánicas y sedimentarias del Terciario Superior, su edad abarca del Paleoceno-Eoceno.
Con base en los restos de vertebrados encontrados por Edwars (1955)11-13, en otras unidades semejantes han dado una edad Eoceno – Oligoceno, por su semejanza litológica, el conglomerado Auichila podría pertenecer a esta edad.
Riolita - Toba Ácida, Tom(Ta): Unidad constituida por tobas, ignimbritas y esporádicos derrames de composición riolítica, la textura en las tobas es arenosa, limo-arenosa y conglomeratica, presenta pseudo estratificación laminar y cruzada así como fenocristales de cuarzo en estructuras que forman geodas, también se observa alteraciones de pseudo estratos de tobas arenosas, con tobas compactas y vidrio volcánico de tono negro, así como tobas de composición riodacítica y texturas mesocristalinas piroclásticas, tobas líticas e ignimbritas, tobas líticas arenosas con lentes de tobas híbridas e intercalaciones de
36 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio manganeso. De los afloramientos de roca riolítica en la secuencia volcánica, se denotan texturas porfídicas holocristalinas con fenocristales de cuarzo y plagioclasa sódica alineados en forma de planos, intercalación paralela de material claro que consiste de esferulitas y material oscuro, estructuras secundarias como geodas, en la mayor parte de los casos la rocas exhibe un clivaje laminar o en capas, generalmente alterna con tobas líticas, ignimbritas y en menor porción brechas y vitrófidos; localmente se desarrollan cristales de topacio y calciterita. La secuencia en general presenta un alto índice de fracturamiento y fallamiento de tipo normal o en bloques de desplazamiento. La unidad representa la porción Oriental de la Sierra Madre Occidental, esta secuencia cubre en contacto discordante a rocas del Paleozoico y Mesozoico y rocas conglomeraticas del Terciario Inferior, infrayacen en discordancia angular al conglomerado San Ines, derrames basalticos del Terciario y depósitos recientes.
La unidad en general presenta pseudoestratificación horizontal y ligeramente inclinada, de colores beige, café, crema y rosa, que por intemperismo adquiere tonos de ocre, y forma parte del Supergrupo Volcánico Superior (Mc Dowell y Clabaugh, 1981)11 constituye el rasgo fisiográfico más importante con morfología de bloques, disyunción vertical, presente como mesetas profundamente disectadas que conforman en conjunto un flanco de la Sierra Madre Occidental, la edad de la unidad corresponde al Oligoceno-Mioceno.
Andesita, Tom (A): Derrames andesíticos en los cuales se observa plagioclasas sódicas y accesorios tales como augita, pigeonita, de textura afanítica a porfídica, de color gris verdoso que intemperiza en colores gris oscuro y café, ocasionalmente con estructura fluidal y pseudoestratificación y se encuentra intrusionada por diques de composición intermedia y ácida (municipio de Guadalupe Victoria), presenta mineralización de plata, plomo y zinc así mismo evidencia de hidrotermalismo.
Esta unidad se presenta incluida en las emisiones volcánicas ácidas oligomiocénicas del Súper Grupo Volcánico (Mc Dowell y Clabaugh, 1981)12 y su edad corresponde al Oligoceno-Mioceno.
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 37
Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio
Volcanoclástico, Tom (Volcanoclástico): Productos retrabajados que suceden de modos simultáneos con el evento piroclástico de la Sierra Madre Occidental. Esta unidad atestigua periodos de estabilidad tectónica y actividad volcánica; está formada por estratos delgados de areniscas tobaceas de grano grueso y conglomerática, constituidas por fragmentos de rocas volcánicas, cuarzo, plagioclasas, esquirlas vítreas, horblenda, circón, micas con cementantes de yeso y hematina y matriz vítrea, que presentan acuñamientos de tobas con cierto retrabajo y posibles lahares. Se presenta en los eventos finales del Oligoceno- Mioceno.
Basalto, Ts (B): Unidad de textura afanática y holocristalina, constituido de plagioclasas sódicas y cálcicas, con zoneamientos y minerales accesorios como son augita y pigeonita, microcistalina, de tonos gris oscuro que intemperiza en pardo rojizo ocurre en forma de derrames que lateralmente tienden a composición andesítica, su estructura es compacta. El fracturamiento es de moderado a intenso y origina bloques angulosos, sobreyace a tobas riolíticas y subyace a rocas sedimentarias y a depósitos recientes, el área forma parte de la última manifestación volcánica del Terciario Tardío (al Sur del municipio de Coneto de Comonfort), su edad es del Mioceno.
Toba intermedia, Ts (Ti): Unidad de composición intermedia de textura piroclástica, con vesículas alargadas, rellenas por cristales de cuarzo y calcita, la mineralogía de la roca, es plagioclasa, anfíbol, mica, la mayoría de los cristales presentan zoneamiento y están empotrados en una matriz vítrea. La unidad forma parte de los últimos eventos volcánicos de la región y suele estar estratificada con tobas de composición riolítica y derrames basálticos (al Sur del municipio de Indé), de edad del Plioceno.
Andesita, Ts (A): Andesita porfídica, holocristalina, equinogranular formada por feldespatos, anfíbol y plagioclasas cálcicas, empotrados en una matriz félsica, se asocia con andesitas del piroxeno. La unidad sobreyace, a tobas y derrames de composición, riolítica (al Norte del municipio de San Luís del Cordero), de edad del Plioceno.
38 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio
Conglomerado, Ts (cg): Conglomerado depositado en un ambiente continental, constituido por cantos y bloques con matriz arenosa, lo constituyen, tobas, riolítas, andesitas, hacia la parte oriental hay un predomino de calizas y areniscas sobre los fragmentos ígneos (conglomerado polimíctico y olimígtico), se encuentra en estratos gruesos y masivos cuyos constituyentes fueron originados principalmente a partir de la denudación de rocas piroclásticas ácidas debido a la neotectónica; se intercalan horizontes arenosos en los que se observa una estratificación gradada. La unidad sobreyace en discordancia angular a rocas Mesozoicas y del Terciario Inferior; la edad de la unidad corresponde al Plioceno.
Conglomerado, Q (cg): Conglomerado de ambiente continental, de textura sefítica, de clastos subangulosos a subredondeados de caliza y pedernal (oligomíctico); entre otros lugares es polimíctico, con clastos subredondeados de caliza, basalto, riolita y pedernal; en la matriz es areno-arcillosa y el cementante es calcáreo, superficialmente presenta una costra de caliche.
La unidad presenta color gris y café amarillento; de estructura masiva con un grado de compactación de semicompacto a semisuelto. Estratigráficamente la unidad se encuentra en discordancia sobre rocas sedimentarias Cretácicas y rocas volcánicas del Terciario. Concordantemente está cubriendo a conglomerados de edad Terciario Superior (localizado al Sur del municipio de Cuencamé), de edad del Cuaternario.
Basaltos Q (B): Constituida por plagioclasas sódicas y cálcicas, con minerales accesorios tales como olivino e iddingsita (pseudomorfo de olivino), microcristalina inequigranular, ocurre en forma de derrames intensamente fracturados que lateralmente tienden a la composición andesítica. La unidad presenta intemperismo esferoidal (localizado entre los municipios San Juan del Río y Panuco de Coronado), de edad del Cuaternario.
Brecha volcánica básica, Q (Bvb): Roca producto de la acumulación de piroclásticos de composición basáltica, con fragmentos de escoria en donde los bloques y algunas bombas
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 39
Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio se encuentran englobados en una incipiente matriz de lapilli. La unidad es de gris oscuro, constituyen diversos aparatos volcánicos en la parte Suroeste de la Cuenca Nazas-Rodeo.
Aluvial, Q (al): Deposito reciente, originado a partir de la erosión pluvial, fluvial y eólica de los materiales pétreos que conforman las prominencias topográficas, su granulometría es gravosa, arenosa y arcillosa ,los componentes de la unidad varían de a cuerdo a la fuente de origen; por lo tanto los suelos se presentan en los estrechos valles fluviales de la Sierra Madre Occidental, lo forman rocas volcánicas, en cambio en los amplios valles localizados al Oriente el material predominante es de origen sedimentario fluvial, y presenta estratificación de tipo cruzada.
40 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio
Figura 3.9 Columna estratigráfica regional de la Cuenca Nazas-Rodeo
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 41 Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio
3.2.3 Geología estructural del área de estudio
Los eventos geológicos-estructurales del área de estudio se relacionan con depósitos que van desde el Paleozoico Superior hasta eventos volcánicos del Cuaternario; las fallas presentes en el área son de tipo normal con orientación preferencial NW-SE, se presentan estructuras anticlinales y sinclinales rellenadas por sedimentos recientes en el área de los valles. Todos estos eventos han sido generados durante diferentes períodos de tiempo, se puede mencionar que dichos eventos son el resultado de diferentes episodios magmáticos y tectónicos del Cretácico al Cenozoico, asociados a la subducción de la placa de Farallón debajo de la placa de Norteamérica y a la apertura del Golfo de California, todo esto
42 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio generado por la formación de la Sierra Madre Occidental y su arco migratorio en diferentes períodos de tiempo; entre los ciclos geotectónicos (Ya Clark y Cárdenas, 1973), destacan los siguientes, Orogenia Jalisconiana (Paleozoico-Mesozoico), Deposito Miogeosinclinal (Albiano-Cenomaniano), Orogenia Laramide (Cretácico Superior-Terciario Inferior) y Tafrogénesis Mexicana (Terciario).
Debido a la gran extensión del área de estudio, se dividió en cinco porciones, Sector Noroeste (NW), Sector Noreste (NE), Sector Centro (W-E), Sector Suroeste (SW ) y Sector Sureste (SE):
Sector Noroeste (NW) Al límite de la cuenca se encuentra una gran falla normal con orientación NW-SE, afectando a rocas del Ki (cz-lu) de edad Berriasiano-Barremiano, la falla es de una edad aproximada del Aptiano-Albiano, al igual que sus fracturas, teniendo una orientación W-E, NE-SW y N-S (ver figura 3.10).
Las fallas normales en su mayoría presentan una orientación hacia el NW-SE afectando principalmente a secuencias sedimentarías del Cretácico y a rocas ígneas del Terciario, la edad que se infiere en las fallas va a corresponder a eventos posteriores a la formación de las rocas que afectan; en su mayoría presentan edad del Plioceno-Pleistoceno y el sistema de fracturamiento corresponde, de forma similar a las fallas; las fracturas se orientan preferentemente hacia el NW-SE de edades relativas del Plioceno-Pleistoceno, se observa también la presencia de dos fracturas con orientación NW-SE afectando a rocas del Ks (lu- ar) de edad Coniaciano-Santoniano, por lo cual, la edad de las fracturas es del Campaniano- Maestrichtiano.
Sector Noreste (NE) Las fallas normales y fracturas se orientan hacia en NW-SE, de forma paralela a los anticlinales presentes que afectan a rocas del Ki (cz) de edad Hauteriviano-Cenomaniano, las fallas normales afectan a rocas del Ki (cz) y Ks (lu-ar), la edad de las fallas corresponden a el Campaniano-Maestrichtiano (ver figura 3.10). En este sector se
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 43
Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio encuentran estructuras tales como anticlinales, anticlinales recumbentes, sinclinales y sinclinales recumbentes, los cuales están afectando a rocas generalmente del Ki (Cz), Ks (lu-ar), dichas estructuras nos refiere movimientos compresivos y distensivos afectando a rocas del Cretácico.
Figura 3.10 Sectores NW y NE de estructuras geológicas por edad
Sector Centro (W-E) En la parte central de la cuenca la orientación de las fracturas y fallas es casi paralela entre ellas (figura 3.11), su orientación es NW-SE, pero también se observan fallas normales con orientación W-E, estas fallas afectan a rocas del Ts (cg) de edad Plioceno, las fallas son de edad Pleistoceno-Holoceno. El conjunto de fracturas y fallas que se orientan de forma similar afectan a rocas del Tom (R-Ta), presentan una orientación NW-SE de edad Plioceno-Pleistoceno. Otro conjunto de fracturas con orientación NE-SW de edad Oligoceno-Mioceno afectan a un intrusivo de granito de edad del Eoceno. Un pequeño grupo de fracturas con orientación NE-SW de edad Coniacioano-Santoniano afecta a rocas del Ki (cz) y Ks (cz-lu).
44 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio
Sector Suroeste (SW) La orientación de las fracturas y fallas en este sector corresponden a: NW-SE, NE-SW, W- E y N-S, sus edades están estimadas del Plioceno-Pleistoceno; estas fallas y fracturas afectan a rocas sedimentarias e ígneas las cuales son Ts (cg), Tom (R-Ta) y Q (B). Se observa una gran falla normal que se encuentra entre dos contactos de roca Ts (cg) y Tom (R-Ta), su orientación es hacia el N-S y su edad tentativa es del Plioceno-Pleistoceno (figura 3.11).
Sector Sureste (SE) La mayoría de las fracturas y fallas presentan una orientación NW-SE (figura 3.11), con edad del Plioceno-Pleistoceno, la mayoría se agrupan en las cercanías de los aparatos volcánicos reconocidos, estas fracturas y fallas normales afectan principalmente a rocas del Tom (R-Ta). Se observa cierta orientación al NW-SE entre anticlinales y sinclinales, afectando a rocas del Cretácico Superior, estas estructuras se ven afectadas por un intrusivo de granodiorita del Terciario.
Figura 3.11 Sectores SW, SE y Centro (W-E) de estructuras geológicas por edad
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 45
Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio
Los eventos de deformación que se observan en el área de estudio pertenecen a dos períodos de tiempo de gran importancia, los ocurridos durante el Mesozoico y el Cenozoico. En la parte norte de la Cuenca Nazas-Rodeo donde se encuentran las secuencias sedimentarias del Cretácico Inferior - Cretácico Superior, se ven afectadas por un levantamiento orogénico relacionado a esfuerzos compresionales, que coinciden de alguna manera con los primeros eventos que se manifiestan a la creación o generación de la Sierra Madre Occidental esto ocurre a finales del Cretácico Superior y principios del Terciario, estos eventos se siguieron manifestando en toda el área de estudio relacionando a este evento a la subducción de la placa de Farallón por debajo de la placa Norteamericana. Para principios del Terciario la parte Norte de la cuenca, sufrió una fase distensiva originando la formación de fosas tectónicas, ejemplo de ello es el graben de Rodeo, en el que se han documentado dos fases de deformación, una de edad Oligoceno Temprano entre 32.3 y 30.6 Ma y una segunda de edad Mioceno Temprano (+/-24 Ma), a este evento se le puede asociar como una fase de relajamiento en la cuenca originada por el hundimiento de una área delimitada por fallas paralelas, sin embargo, en la parte Sureste siguió la fase compresiva por la subducción de la placa de Farallón generando diversos cambios en lo que es la Sierra Madre Occidental; durante el fin del Cretácico y el principio del Terciario, el magmatismo en el Norte de México estuvo dominado por la actividad de un arco nombrado “Laramide” por ser contemporáneo con el período en que se desarrolló la deformación Laramídica en Norteamérica. La actividad de este arco produjo una gran cantidad de rocas ígneas intrusivas y extrusivas, que fueron agrupadas en el llamado Complejo Volcánico Inferior (CVI) por McDowell y Keizer (1977); este arco fue migrando durante el Cretácico Superior hasta el Paleoceno. Para el Oligoceno y Mioceno ocurre una intensa actividad ígnea volcánica y el emplazamiento de cuerpos intrusivos, que levantan y deforman la cubierta sedimentaria Mesozoica, dando origen a diversos yacimientos minerales; del Mioceno al Plio-Cuaternario se observa un proceso distensivo con un vulcanismo postsubducción constituido por coladas de basaltos alcalinos e ignimbritas emplazados en diferentes episodios del Mioceno Tardío, Plioceno y Cuaternario, y que se relacionan con la separación de Baja California del continente (apertura del Golfo de California).
46 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio
Figura 3.12 Distribución de estructuras geológicas por edades
La Geología Estructural aquí mencionada se realizó a través de una reinterpretación Geológica en base a la observación analizada en las Cartas Geológicas de Durango, Juan Aldama y Santiago Papasquiaro.
3.2.4 Geología Histórica
En el período Jurásico Superior, la cuenca se encontraba bajo condiciones marinas con ambientes de depósito cercanos a la costa; las areniscas y lutitas se encuentran interdigitadas con las calizas que probablemente formaban parte de algún arrecife de acuerdo a su fauna fósil (conchas de ostreas y nerineas sp.). Los cambios laterales de facies con respecto a la interdigitación de lutitas y areniscas con las calizas, muestran un ambiente de plataforma con aguas poco profundas presentes en áreas pequeñas de la cuenca.
A principios del Cretácico Inferior las condiciones de depósito se mantuvieron estables, generando así la mayor parte de rocas calcáreas, el ambiente de depósito de algunos sedimentos se asocia a un medio marino relativamente profundo; sin embargo, hay calizas que se depositaron muy cerca a la costa en medios marinos someros, estas calizas se pueden
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Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio asociar a un ambiente arrecifal. En la cima de la secuencia calcárea aparecen algunas intercalaciones de lutitas y areniscas; indicando cambios en la sedimentación. En este período comienzan las primeras manifestaciones de la Orogenia Laramide. Para el Cretácico Superior el depósito de los sedimentos sigue estando bajo condiciones marinas, formando calizas en ambientes de climas intertropicales con temperaturas oscilantes de 20 a 30 °C, los levantamientos que obligaron a emerger a las cuencas sedimentarias son por causa de los primeros indicios de la formación de la Sierra Madre Occidental.
En el Terciario la sedimentación marca cambios significativos ya que los materiales se vuelven más continentales; los cambios de rocas marinas a rocas continentales se debieron en gran parte al choque que sufrió la placa de Farallón con la placa Norteamericana provocando con su progresivo levantamiento la sedimentación continental. Debido a los eventos magmáticos ocurridos por la deformación Laramide y su arco migratorio hacia el continente y afectando a la cuenca, originaron derrames y depósitos volcánicos de tipo intermedio-ácido, que corresponden a rocas andesíticas, riolíticas y tobas ácidas, dando origen al Supergrupo Volcánico Superior (SVS); estos depósitos volcanoclásticos se originaron por emisiones volcánicas y se depositaron en forma cercana a la cuenca.
A principios del Plioceno la actividad volcánica continúa con la emisión de materiales de tipo intermedio-básico correspondientes a basaltos y andesitas. En el Pleistoceno y hasta el Holoceno se tienen las últimas manifestaciones volcánicas constituidas principalmente de material tipo básico (basaltos y brechas volcánicas básicas). En este tiempo las condiciones estructurales representan un período de relajamiento para la cuenca, probablemente se encuentre asociado a la fase distensiva de la apertura del Golfo de California, manifestándose en pequeñas aperturas fisurales en la cuenca (fallas y fracturas). Y finalmente los depósitos más recientes son los aluviones, que rellenan los valles de la cuenca como producto del intemperismo y erosión de las rocas preexistentes.
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Tabla 3.2 Ambientes de depósito de las rocas del área de estudio ROCA AMBIENTE EDAD Arenisca, Js (ar) Maríno Infralitoral Oxfordiano-Kimmerdgiano Caliza, Js (cz) (en la cima lu-ar) Plataforma Oxfordiano-Tithoniano Caliza-Lutita, Ki (cz.lu) Plataforma Berriasiano-Barremiano Plataforma relativamente profunda Caliza, Ki (cz) (facies arrecifales y corrientes de Hauteriviano-Cenomaniano turbidez) Transicional (limite de costa y Caliza-Lutita-Arenisca, Ki (cz-lu-ar) Berriasiano-Barremiano plataforma) Lutita-Arenisca, Ks (lu-ar) Marino Nerítico Coniaciano-Santoniano Caliza-Lutita, Ks (cz-lu) Marino Nerítico Cenomaniano-Turoniano INTRUSIVOS Conglomerado, Ti (cg) Continental Paleoceno-Eoceno (intercalaciones de arena y limo) Continental (Supergrupo Volcanico Riolita-Toba ácida, Tom (R-Ta) Oligoceno Mioceno Superior, SMO) Continental (Supergrupo Volcanico Andesita, Tom (A) Superior, emisiones volcánicas Oligoceno Mioceno ácidas) Volcanoclástico, Tom Depositos diversos Oligoceno Mioceno (Volcanoclástico) Toba intermedia, Ts (Ti) Continental Plioceno Basalto, Ts (B) Continental Mioceno-Cuaternario Andesita, Ts (A) Continental Plioceno Conglomerado, Ts (cg) Continental Plioceno Basalto, Q (B) Continental Cuaternario Brecha volcánica básica, Q (Bvb) Continental Cuaternario Aluvial, Q (al) Continental Cuaternario
3.2.5 Estratigrafía
En el Paleozoico, el área de la cuenca está testificada por esquistos que corresponden al Pérmico Medio, fechados radiométricamente en 251 +/- 20 m.a. (Garduño y Zaldìvar, 1984). Estas rocas actúan como basamento de la secuencia marina del Mesozoico, cubiertas parcialmente por rocas volcánicas ácidas del Terciario.
El inicio del Mesozoico, lo anuncia una secuencia sedimentaria marina, formada por una serie intercalada de lutitas, areniscas y calizas; se considera que esta depositación ocurrió en el Jurásico Superior. La secuencia marina descansa discordantemente sobre los esquistos del Pérmico Medio, e infrayace discordantemente a rocas continentales del Terciario Inferior. Su depósito se originó en
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 49
Capítulo 3 – Caracterización del área de estudio
medios marinos poco profundos formadores de arrecifes. La secuencia sedimentaria está cortada por un intrusivo de granito de edad Maestrichtiano y por tres intrusivos más de edad del Terciario Inferior; su alcance estratigráfico afecta a rocas cretácicas y metamórficas causantes de su mineralización.
Para el Cenozoico, hay un predominio de facies continentales que se inicia en el Terciario Inferior, con el relleno de fosas tectónicas por materiales clásticos, que dieron origen a rocas conglomeráticas. A partir del Oligoceno, se inicia una intensa actividad ígnea responsable de la formación de la Sierra Madre Occidental, este evento culmina hasta fines del Terciario, cubriendo en forma discordante a las unidades anteriores, también en este tiempo se emplazaron cuerpos intrusivos de composición intermedia-ácida, siendo estos diorita, granito y granodiorita, afectando a las rocas sedimentarias Mesozoicas; también sucedieron efusiones volcánicas de composición intermedia-ácida, siendo estos materiales andesita, riolita y tobas intermedias como ácidas. Durante el Terciario Superior y Reciente se depositan materiales clásticos en las fosas tectónicas del Terciario Inferior.
Durante el Cuaternario el vulcanismo es basáltico con extrusiones piroclásticas básicas, las rocas de origen sedimentario consisten en conglomerados; los materiales sueltos conforman planicies y abanicos aluviales.
50 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG CAPÍTULO 4 MODELACIÓN
4.1 Parámetros Morfométricos
4.1.1 Índices y parámetros morfométricos
Una de las herramientas más importantes en un análisis hídrico es la morfometría de cuencas [Maidment, 1992]; [Verstappen, 1983]; [Gregory and Walling, 1985] ya que nos permite establecer parámetros de evaluación del funcionamiento del sistema hidrológico de una región. Dicha herramienta puede servir también como análisis espacial ayudando en el manejo y planeación de los recursos naturales al permitir, en el marco de una unidad bien definida del paisaje, conocer diversos componentes como el tamaño de la cuenca, la red de drenaje, la pendiente media, etcétera.
Dichos componentes pueden obtenerse y modelarse mediante el uso de Sistemas de Información Geográfica, convenientemente combinados con la geomorfología, con lo que se puede obtener un diagnóstico hidrológico útil para la planeación ambiental. Una cuenca hidrográfica o cuenca de drenaje de un río es el área limitada por un contorno al interior del cual las aguas de la lluvia que caen se dirigen hacia un mismo punto, denominado salida de cuenca o también exutorio (cuencas exorréicas y cuencas endorréicas). Es en suma, el área de captación de aguas de un río delimitado por el parteaguas. La cuenca hidrológica actúa como un colector natural, encargada de evacuar parte de las aguas de lluvia en forma de escurrimiento. En esta transformación de lluvias en escurrimiento se producen pérdidas, o mejor, desplazamiento de agua fuera de la cuenca debido a la evaporación y la percolación. Capítulo 4 –Modelaciom
Para este tipo de estudios no solamente interesa el volumen total a la salida de la cuenca, sino también su distribución espacial y temporal, para lo cual se necesita tener un buen conocimiento de sus características. El movimiento del agua en la naturaleza es una función compleja en la cual intervienen diversos factores, entre los cuales se pueden resaltar su clima y sus características fisiográficas. El tipo y la forma de la cuenca permiten conocer la conjunción del escurrimiento de una corriente. Cuanto más se acerque la forma de la cuenca a la circular, más rápidamente correrán las aguas hacia el lecho del río y por tanto el escurrimiento será mayor, la forma de la cuenca más frecuente es la que tiene forma de hoja de parra y puede ser más o menos alargada, sin embargo, el índice de comparación nos pueden proporcionar una idea más objetiva de lo anterior.
4.1.2 Cálculo de los parámetros morfométricos
Para calcular los parámetros morfométricos fue necesario obtener características físicas elementales de cada subcuencas, las cuales fueron:
Tabla 4.1 Características físicas para el cálculo de los parámetros morfométricos
Características Subcuenca "a" R. Subcuenca "b" R. Subcuenca "c" Subcuenca "d" Físicas Nazas-Rodeo de San Juan R. del Peñón A. de Naitcha
Ac (km2) 3982.46 2385.68 3611.74 1873.35 Pc (km) 513.85 252.83 353.02 254.81 Ap (km) 85.82 47.3 49.89 67.21 La (km) 110.78 80.08 125.24 76.01
LT (km) 7735.4 3107.16 3513.28 1722.77 Lc (km) 5215.12 2653.91 4409.84 2031.74 Nc 6820 2780 6207 2045 D (km) 0.1 0.1 0.1 0.1
h2 (km) 2.7 3 2.9 2.4
h1 (km) 1.3 1.4 1.3 1.3
52 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 4 – Modelacion
Los parámetros que se tomaron en cuenta para la morfometría de la Cuenca Nazas-Rodeo y las subcuencas que la conforman, Río Nazas-Rodeo, Río De San Juan, Río Del Peñón y Arroyo de Naitcha, fueron los siguientes:
Índice de forma (If): Es la relación entre el área y la longitud axial de la cuenca, y se representa con la siguiente fórmula: 2 If = Ac / La , 2 Donde; If: Índice de forma, Ac: Área de la cuenca en km y La: Longitud axial de la cuenca en km.
Cuando el valor de índice de compacidad de la cuenca es superior a la unidad, proporciona el grado de achatamiento de la cuenca. En consecuencia, con tendencia a concentrar el escurrimiento de una lluvia intensa formando fácilmente grandes crecidas.
Índice de compacidad (Ic): Definido por Gravelius es la relación que existe entre el perímetro de la cuenca y el perímetro de un círculo que tenga la misma área de la cuenca. Este índice será mayor o igual a 1, de manera que entre más próximo a la unidad, la forma de la cuenca se aproxima más a la de un círculo. Es decir, si el índice de compacidad presenta valores mayores que la unidad (1), la cuenca será alargada.
Las causas por las que se compara la forma de la cuenca con las de un círculo, es por que las cuencas con esta tendencia tienen mayor posibilidad a producir avenidas máximas o de mayor punto, se representa con la fórmula:
Donde; Ic: Índice de compacidad, Pc: Perímetro de la cuenca en Km y Ac: Área de la cuenca en km2.
A medida que el coeficiente Ic tiende a la unidad (cuenca redonda) aumenta la peligrosidad de la cuenca, por la distancia relativa por los puntos de la divisoria con respecto a una central, no presenta diferencias mayores y el tiempo de concentración se hace menor, por lo tanto, mayor será la posibilidad de que las ondas decrecidas sean continuas. Generalmente
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 53
Capítulo 4 –Modelaciom las cuencas extensas tienen forma de pera y las pequeñas de abanicos, pero estas denominaciones descriptivas deben evitarse y emplear datos numéricos que ofrecen mayor facilidad y seguridad para comparación. En base a la cuantificación se distinguen 3 tipos o clases de forma:
1) Clase Ic1: de 1.00 a 1.25 corresponde a la forma casi redonda a oval- redonda.
2) Clase Ic2: de 1.26 a 1.50 corresponde a la forma de oval redonda a oval – oblonga.
3) Clase Ic3: de 1.51 a 1.75 corresponde a la forma de oval oblonga a rectangular oblonga.
Relación de elongación (Re): Es la relación entre el diámetro de un circulo de igual área que la cuenca y la máxima longitud de la cuenca (La), se expresa de la siguiente forma: Re = Ac / (p La2 / 4), Donde; Re: Relación de elongación, Ac: Área de la cuenca en Km2 y La: Longitud axial de la cuenca en Km.
Pendiente media de la cuenca (Sc): Constituye una característica importante, puesto que condiciona la velocidad del escurrimiento superficial, en un momento dado predice la erosión que este produce en función del uso y manejo que se pueden dar al suelo de sus vertientes, el criterio que se ocupa es el de Alvord 07:
Se analiza primero la pendiente existente entre las curvas de nivel, tomando en cuenta los desniveles constantes, la longitud de cada curva de nivel entre el área de la cuenca, expresado de la siguiente manera:
Sc = (D LT ) / Ac, Donde; Sc: Pendiente media de la cuenca, D: Desnivel constante entre cada curva de nivel en Km, LT: Longitud total de las curvas de nivel dentro de la cuenca en Km y Ac: Área de la cuenca en Km2.
Amplitud del relieve (Ah) Es la diferencia entre la cota máxima y la cota mínima expresada en km. Se relaciona con la variabilidad climática. Una cuenca con mayor cantidad de pisos altitudinales puede albergar más ecosistemas al presentarse variaciones importantes en su precipitación y temperatura.
54 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 4 – Modelacion
Ah = h2 – h1,
Donde; Ah: Amplitud de relieve, h1: Cota mínima en km y h2: Cota máxima en km.
Relación del relieve (Rr): Es la relación que existe entre la amplitud del relieve y la longitud axial de la cuenca. Rr = Ah / La, Donde; Rr: Relación del relieve, Ah: Amplitud del relieve en Km y La: Longitud axial de la cuenca en Km.
Sistema de drenaje: La configuración de las redes fluviales, es producto de la influencia que tiene sobre ella los suelos, las rocas, el grado de facturación, estratificación y topografía. Los estudios realizados con el sistema de drenaje han permitido diferenciar cierto número de éstos, basados exclusivamente en su forma, la cual ha dado lugar a una clasificación de estos en patrones de drenaje y sus modificaciones. El significado de cada patrón de drenaje tiene relación con la geología, aunque es imposible señalar en una forma precisa la correlación geológica para cada sistema de drenaje. Las seis formas comunes de avenamiento son representadas en la Figura 4.1
Figura 4.1 Tipos de Drenaje
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 55
Capítulo 4 –Modelaciom
La densidad del sistema del drenaje es función de la densidad y características estructurales de la roca, especialmente el grado de fracturamiento; por depender de la densidad o competencia mecánica de la roca, este patrón de drenaje es menos indicativo del tipo material en que se ha formado, sin embargo, se puede anticipar que no puede ocurrir más que en rocas materiales consolidadas.
Orden de corriente: Este índice se obtiene mediante la complementación de corrientes, considerando una corriente de primer orden como aquella que no tiene afluentes, una de segundo orden como aquella donde se reúnen dos corrientes de primer orden, una de tercero donde confluyen dos de segundo orden y así sucesivamente (Figura 4.2).
Figura 4.2 Orden de Corrientes con una red de drenaje dendrítica de 3er orden
Este índice indica el grado de estructura de la red de drenaje. En general, mientras mayor sea el grado de corriente, mayor será la red y su estructura más definida. Asimismo, un mayor orden indica en general la presencia de controles estructurales del relieve y mayor posibilidad de erosión o bien, que la cuenca podría ser más antigua (en determinados tipos de relieve).
Densidad de drenaje (Dd): Resulta de la relación de la cantidad de corrientes existentes en la cuenca entre el área total de la misma: Dd = Lc / Ac,
56 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 4 – Modelacion
Donde; Dd: Densidad de drenaje, Lc: Longitud total de las corrientes en km y Ac: Área de la cuenca.
Densidad de corrientes (Dc): Indica la deficiencia de drenaje de una cuenca, dependiendo de la longitud y disposición de sus corrientes. Dc = Nc / Ac, Donde; Dc: Densidad de corrientes,Nc: Numero de corrientes (cauces totales) y Ac: Área de la cuenca en km2.
Relación de bifurcación (Rb): Resulta de dividir el número de canales de un orden determinado entre el número de corrientes de orden inmediato superior. Rb = Nc / (Nc + 1), Donde; Rb: Relación de bifurcación, Nc: Numero de canales de un orden determinado, Nc + 1: Numero de canales de orden inmediato superior.
Relación de longitud (Rl): Es igual a la longitud total de los segmentos de un orden dividido entre la longitud total de los segmentos de orden inferior. Normalmente la longitud de los cauces es similar para cada segmento de un mismo orden, y por regla general los cauces de orden inferior son más cortos que los de orden mayor. Rl = LT / (LTi), Donde; Rl: Relación de longitud, LT: Longitud total de los segmentos de un orden determinado y LTi: Longitud total de los segmentos orden inferior.
Longitud media (Lm): Es la relación que existe entre la longitud total de un orden determinado entre el número de corrientes del mismo orden. Lm = LT / Nc, Donde; Lm: Longitud media, LT: Longitud total de los segmentos de un orden determinado y Nc: Numero de canales de un orden determinado.
Pendiente del cauce principal (S): Es la relación existente entre la diferencia de elevaciones de los extremos de las corrientes, es decir el desnivel existente entre estos dos puntos y la longitud horizontal de dicho tramo, así tenemos: S = AH / L,
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 57
Capítulo 4 –Modelaciom
Donde; S: Pendiente del tramo del cauce, AH: Desnivel entre los extremos del cauce en metros y L: Longitud horizontal del tramo del cauce en metros.
Este concepto es muy útil para determinar el tiempo de concentración, usado para cauces pequeños. El método de [Taylor-Schwarz, 1952] considera que el cauce principal esta formado por una serie de canales con pendientes uniformes, cuyo tiempo de recorrido es igual al del río. S = ______n______2,
1/s1 + 1/s2 + . . . . + 1/sn Donde: n: Numero de segmentos iguales, en los que se divide el cauce S: Pendiente del cauce y s1, s2, sn: Pendiente de cada tramo. Este concepto se aplica a cauces de gran tamaño y largos.
Población: Referida a la cantidad total de población por cuenca de acuerdo con los datos obtenidos por INEGI. Solo se tomaron en cuenta las poblaciones que pertenecen a la Cuenca Nazas-Rodeo.
Todos los parámetros y medidas obtenidos, son descritos complementariamente y en forma combinada para cada cuenca. La tabla 4.2 resume el significado de los parámetros morfométricos. Tabla 4.2 Parámetros morfométricos Morfometría Significado Morfométrico Índice de forma Grado de achatamiento. Valores altos indican tendencia a la concentración de aguas (formación de crecidas). Índice de compacidad Grado de circularidad. Valores cercanos a 1 indican tendencia a concentrar mayor volumen de escurrimiento. Relación de elongación Grado de alargamiento, en donde el valor más alto llega a 1 indicando mayor respuesta hacia su elongación. Pendiente media de la Definida por la media ponderada de las pendientes de todas las cuenca superficies elementales en que la línea de máxima pendiente es constante. Amplitud del relieve Es la diferencia entre la cota máxima y la cota mínima expresada en km. Relación del relieve La relación que existe entre la amplitud del relieve y la longitud axial de la cuenca.
58 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 4 – Modelacion
Sistema de drenaje Indica las condiciones de permeabilidad, tipo de roca, dureza de la roca y condición estructural de la roca. Orden de corriente Indica el grado de estructura de la red de drenaje. En general, mientras mayor sea el orden de corriente, mayor será la red y su estructura más definida. Densidad de drenaje Valores altos indican mayor eficiencia y velocidad de transporte. Densidad de corriente Grado de deficiencia de drenaje de una cuenca, dependiendo de la longitud y disposición de sus corrientes. Longitud media Relación que existe entre la longitud total de un orden determinado entre el número de corrientes del mismo orden Relación de bifurcación Permite fijar aspectos lineales de la red: “siendo la relación entre el número de cauces de un determinado orden y el número de cauces en el orden inferior" Relación de longitud Es igual a la longitud total de los segmentos de un orden dividido entre la longitud total de los segmentos de orden inferior. Pendiente del cauce A mayor pendiente mayor velocidad de desplazamiento del agua, principal menor tiempo de concentración y menor infiltración. Población A mayor cantidad menor disponibilidad de agua y mayor presión sobre el recurso.
Tabla 4.3 Tabla comparativa de valores * Factor Muy baja Baja Media Alta Muy alta Índice de > 1.75 1.75 - 1.51 1.50 - 1.26 1.25 - 1.1 1.04 - 1 compacidad Relación de < 0 .001 0.001-0.25 0.26 - 0.5 0.51 - 0.75 1 elongación Pendiente media de la 0 - 4 % 5- 9 % 10- 14 % 15- 19 % > 20% cuenca Corrientes < 2000 2000-3000 3001-4000 4001-5000 > 5000 totales Orden de 1.0 - 2.0 3.0 - 4.0 5.0 - 6.0 7.0 - 8.0 > 8.0 corriente Relación de < 1 1 - 3.5 3.6 - 7 7.1 - 14 > 14 bifurcación Relación de < 1 1 - 4.0 4.1 - 8.0 8.1 - 12 > 12 longitud Pendiente del Cercano a Cercanos a
cauce principal 0.01 0.001 y 0.1 Densidad de corriente > 0 0.5 - 1 1.1 - 1.5 1.6 - 2 > 2 N° de cauces /
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 59
Capítulo 4 –Modelaciom
km2
Densidad de drenaje > 0 0.5 - 1 1.1 - 1.5 1.6 - 2 > 2 Longitud de cauces / km2 Densidad de fracturamiento 0 - 10 % 11 - 20 % 21 - 30 % 31 - 40 % > 40 % (%) Población 12.5 - 24.9 37.5 - 49.9 0 - 12.4 % 25 - 37.4 % > 50 % (%) % % Infraestructura 12.5 - 24.9 37.5 - 49.9 0 - 12.4 % 25 - 37.4 % > 50 % (%) % % hp máx en 24 hrs. 200 - 299 300 - 399 400 - 499 500 - 599 > 600 (mm) Volumen 200 - 500 501 - 800 > 800 Mm3
4.1.3 Características morfométricas por subcuencas
4.1.3.1. Subcuenca “a” Río Nazas-Rodeo
La subcuenca R. Nazas-Rodeo debe su nombre a las poblaciones más grandes dentro de la subcuenca y se ubica en la parte Noroeste de la Cuenca Nazas-Rodeo. Es considerada una subcuenca grande, debido a su superficie que es de 3982.46 km2.
Tabla 4.4 Características morfométricas de la Subcuenca R. Nazas-Rodeo
Subcuenca Morfometría Clasificación Río Nazas-Rodeo Índice de forma 0.32 Ligeramente achatada Índice de compacidad 2.29 Ovalo-oblonga a rectangular-oblonga Relación de elongación 0.41 Poco alargada Pendiente media de la cuenca 19% Alta Amplitud del relieve 1.4 Media Relación del relieve 0.01 ------
60 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 4 – Modelacion
Figura 4.3 Subcuenca Río Nazas-Rodeo
Tabla 4.5 Características hidrográficas de la red de drenaje, Subcuenca “a”, R. Nazas-Rodeo
El número total de cauces en la subcuenca R. Nazas-Rodeo, efectuando la sumatoria de los cauces de distinto orden y jerarquía es de 6820 corrientes; la cantidad de cauces promedio o la densidad de corriente son de 1.71 cauces por km2 y su densidad de drenaje es de 1.31 longitud de cauces/km2.
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 61
Capítulo 4 –Modelaciom
La longitud total de los cauces de distinto orden es de 5215.13 km. y su longitud media es de 0.76 km., lo que demuestra que hay una gran cantidad de cauces con recorridos medios en general. Con respecto a la relación de longitud (Rl) de cauces se obtuvo como resultado 1.98.
La relación de bifurcación (Rb) obtenida de la subcuenca es de 2.16 en promedio, que expresa el grado de ramificación de la red de avenamiento o la proporción entre segmentos de un orden inferior y superior, se puede apreciar que esta subcuenca presenta ordenes decrecientes y crecientes respectivamente, como se muestra en la tabla 4.4 de red de drenaje.
El índice de compacidad de la Subcuenca R. Nazas-Rodeo tiene un valor de 2.29, que la caracteriza como clase Ic3 ovalo-oblonga a rectangular-oblonga cuyo valor debe ser mayor a 1.50; debido al resultado obtenido en la Subcuenca Nazas-Rodeo de 2.29 podría considerarse como una subcuenca alargada.
El tipo de drenaje que se presenta en esta subcuenca pertenece a dos formas de avenamiento, el sistema dendrítico y el rectangular, lo que indica que la superficie original a entrado a un ciclo geomorfológico de madurez, debido a la acción abrasiva de las corrientes, esto afecta principalmente a materiales poco consolidados y finos.
62 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 4 – Modelacion
4.1.3.2 Subcuenca “b” Río de San Juan
La subcuenca R. De San Juan debe su nombre al río que forma su cauce principal. Se ubica en la parte Suroeste de la Cuenca Nazas-Rodeo, con respecto a su área es de 2385.68 km2 es considerada una subcuenca grande.
Tabla 4.6 Características morfométricas de la Subcuenca R. de San Juan
Subcuenca Morfometría Clasificación Río de San Juan Índice de forma 0.37 Ligeramente achatada Índice de compacidad 1.46 Oval redonda a oval oblonga. Relación de elongación 0.47 Poco alargada Pendiente media de la cuenca 13% Media Amplitud del relieve 1.60 Media Relación del relieve 0.02 ------
Figura 4.4 Subcuenca Río de San Juan
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 63
Capítulo 4 –Modelaciom
Tabla 4.7 Características hidrográficas de la red de drenaje, Subcuenca “b”, R. de San Juan
El numero total de cauces en la Subcuenca R. de San Juan, realizando la suma total de los cauces de distinto orden y jerarquía es de 2780 corrientes; la cantidad de cauces promedio o la densidad de corriente es de 1.17 cauces por km2 y la densidad de drenaje es de 1.11 longitud de cauces/km2.
La longitud total de los cauces de distinto orden es de 2653.91 km. y su longitud media es de 0.95 km., lo que sugiere que hay una gran conjunto de cauces con recorridos medios en general. Con lo que difiere a la relación de longitud (Rl) de cauces cuyo resultado fue de 2.05.
La relación de bifurcación (Rb) obtenida de la subcuenca es de 1.94 en promedio, tomando en cuenta solo los primeros 6 de 8 ordenes de corriente que presenta la Subcuena R. de San Juan, se puede apreciar que esta subcuenca presenta ordenes que decrecen de 2.11 correspondiente al primer orden a 1.60 en el cuarto orden, pero con respecto al quinto orden, este aumenta visiblemente al valor de 2.47.
El índice de compacidad de la Subcuenca R. de San Juan tiene un valor de 1.46, que la caracteriza como clase Ic2: de 1.26 a 1.50 corresponde a la forma de oval redonda a oval oblonga.
Las corrientes principales y secundarias, en su mayoría corren en una misma dirección y sentido, correspondientes al tipo de drenaje paralelo, se asocian con materiales de competencia rígida y sus depósitos recientes. La red subparalela es de tipo dendrítico.
64 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 4 – Modelacion
4.1.3.3 Subcuenca “c” Río del Peñón
La subcuenca R. del Peñón también debe su nombre al río que forma su cauce principal. La extensión total de la Subcuenca R. del Peñón es de 3611.74 km2, por lo que es considerada una subcuenca muy grande, ubicada en la parte Sureste de la Cuenca Nazas-Rodeo.
Tabla 4.8 Características morfométricas de la Subcuenca R. del Peñón
Subcuenca Morfometría Clasificación Río del Peñón Índice de forma 0.23 Poco achatada Índice de compacidad 1.65 Ovalo-oblonga a rectangular-oblonga Relación de elongación 0.30 Moderadamente alargada Pendiente media de la cuenca 10% Media Amplitud del relieve 1.60 Media Relación del relieve 0.01 ------
Figura 4.5 Subcuenca Río del Peñón
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 65
Capítulo 4 –Modelaciom
Tabla 4.9 Características hidrográficas de la red de drenaje, Subcuenca “c”, R. del Peñón.
El total de cauces en la Subcuenca R. Peñón, generando la sumatoria de los cauces de distinto orden y jerarquía es de 6207 corrientes; la densidad de corriente es de 1.72 cauces por km2 y su densidad de drenaje es de 1.22 longitud de cauces/km2.
La longitud total de los cauces de distinto orden es de 4409.84 km. y su longitud media es de 0.71 km., lo que demuestra que hay una gran cantidad de cauces con recorridos medios en general. Con respecto a la relación de longitud (Rl) de cauces se obtuvo como resultado 12.24.
La relación de bifurcación (Rb) obtenida de la subcuenca es de 14.10 en promedio, se puede observar que la subcuenca presenta ordenes de corrientes decrecientes y crecientes respectivamente, es decir que el valor de 2.06 del primer orden va decreciendo con respecto al segundo y tercer orden, posteriormente aumenta su valor en el cuarto orden de 2.60 y de acuerdo con los siguientes ordenes disminuye su valor.
El índice de compacidad de esta subcuenca es de 1.65, que la caracteriza como clase Ic3 ovalo- oblonga a rectangular-oblonga.
En la Subcuenca Río del Peñón se presentan diversos tipos de sistemas de drenaje, unos más representativos que otros, sin descartar la importancia de ellos; los más representativos son el sistema subparalelo y el sistema dendrítico. La presencia de estos sistemas se puede asociar a suelos homogéneos, rocas sedimentarias blandas y algunas tobas volcánicas. El sistema que también se
66 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 4 – Modelacion presenta en la subcuenca es el radial, aunque no llega a ser tan considerable, se asociar a pequeños cuerpos volcánicos o cerros aislados.
4.1.3.4 Subcuenca “d” Arroyo de Naitcha
Se localiza en la parte Noreste de la Cuenca Nazas-Rodeo y es también, una subcuenca de tamaño grande con una superficie total de 1873.35 km2. La subcuenca debe su nombre al Arroyo de Naitcha, principal cauce de esta subcuenca.
Tabla 4.10 Características morfométricas de la Subcuenca A. de Naitcha
Subcuenca Morfometría Clasificación Arroyo de Naitcha Índice de forma 0.32 Ligeramente achatada Índice de compacidad 1.66 Ovalo-oblonga a rectangular-oblonga Relación de elongación 0.41 Poco alargada Pendiente media de la cuenca 9% Baja Amplitud del relieve 1.10 Bajo Relación del relieve 0.01 ------
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 67
Capítulo 4 –Modelaciom
Figura 4.6 Subcuenca Arroyo de Naitcha
Tabla 4.11 Características hidrográficas de la red de drenaje, Subcuenca “d”, A. de Naitcha
68 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 4 – Modelacion
El numero total de cauces en la Subcuenca A. de Naitcha, realizando la suma total de los cauces de distinto orden y jerarquía es de 2044 corrientes; la cantidad de cauces promedio es de 1.09 cauces por km2 y su densidad de drenaje es de 1.08 longitud de cauces/km2.
Con relación a la longitud total de los cauces de distinto orden es de 2031.17 km. y su longitud media es de (0.99) 1 km. El resultado que se obtuvo con respecto a la relación de longitud (Rl) de cauces fue de 1.48.
La relación de bifurcación (Rb) obtenida en la Subcuenca A. de Naitcha es de 2.17 en promedio; la subcuenca presenta ordenes de corrientes que disminuyen y aumentan sus valores, como se observa en la tabla 4.11 de red de drenaje.
El índice de compacidad de esta subcuenca tiene un valor de 1.66, que la caracteriza como clase Ic3 ovalo-oblonga a rectangular-oblonga.
Esta subcuenca mantiene una red de drenaje de tipo dendrítico, presentando un sistema totalmente arborescente, se desarrolla sobre rocas de resistencia uniforme y denota una notable falta de control estructural.
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 69
Capítulo 4 –Modelaciom
4.1.4 Análisis de resultados de la cuenca nazas- rodeo
El área total que comprende a la Cuenca Nazas-Rodeo es de 11,853 km2, la extensión de cada una de las subcuencas es variable; el perímetro delimita la longitud de cada subcuenca y depende de la superficie y forma de la misma.
La forma de la cuenca y las subcuencas se obtuvo mediante el índice de forma (If), índice de compacidad (Ic) y la relación de elongación (Re), indicando que la Cuenca Nazas-Rodeo se comporta de manera elongada y alargada; de acuerdo al criterio de [Horton, 1982], manifiesta que a medida que el área aumenta, la relación de área / longitud disminuye, lo cual indica una tendencia al alargamiento en cuencas grandes.
Los parámetros relativos al relieve son muy importantes, ya que el relieve de una cuenca puede tener más influencia sobre la respuesta hidrológica que la forma de la misma cuenca, para obtener estos datos fue necesario realizar los cálculos de relación de relieve (Rr), pendiente media de las subcuencas (Sc) y pendiente del cauce principal (S).
El número total de cauces en la Cuenca Nazas-Rodeo, efectuando la sumatoria de los cauces de distinto orden y jerarquía es de 17852 corrientes. El tipo de drenaje que presenta la Cuenca Nazas- Rodeo es variable, predominando el sistema dendrítico subparalelo; el máximo orden de corrientes que presenta toda la cuenca, es de octavo orden de corriente; con respecto a la densidad de drenaje y densidad de corriente la cuenca presenta densidades medias, ya que la densidad de corriente es de 1.5 por km2 y la densidad de drenaje es 1.2 km/km2. La longitud total de los cauces de distinto orden es de 14310 km., tomando en cuenta la gran superficie de la cuenca que es de 11,853 km2.
Para el cálculo de la pendiente del cauce principal (S) se eligió el método de Taylor y Schwarz. Se realiza una gráfica en donde se involucran las distancias del río principal que se obtienen entre cada curva de nivel, dividiéndolas por segmentos equidistantes a lo largo del eje x, para obtener las pendientes de cada tramo; estas pendientes se agrupan y se obtiene un dato que indica que tan joven o maduro se comporta el cauce del río. La tabla 4.12 muestra los resultados de las pendientes de los cauces principales de cada subcuenca, clasificándola en etapas de madurez de las subcuencas.
70 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 4 – Modelacion
Tabla 4.12 Resultados de las pendientes de los cauces principales Río Nazas S = 0.002 Etapa de planicie Subcuenca "a" Río San Juan S = 0.01 Etapa transicional Subcuenca "b" Río Álamo - Peñón S = 0.01 Etapa transicional Subcuenca "c" Arroyo Naitcha S = 0.01 Etapa transicional Subcuenca "d"
Con respecto a la población situada en la cuenca, solo se tomo en cuenta a los poblados ubicados dentro de la misma, como son: Nazas, Rodeo, Coneto de Comonfort, San Luís del Cordero, Panuco de Coronado, San Juan del Río, Peñón Blanco, San Pedro del Gallo, Abasolo, Ignacio Allende, Ignacio Ramírez, Ignacio Zaragoza, Francisco Javier Mina, Adolfo López Mateos, Álvaro Obregón, San Lucas de Ocampo, Colonia Purísima, Cuauhtémoc, Emiliano Zapata, Colonia Luis Moya y Progreso, contando con un total de 95 510 habitantes.
Nota: De acuerdo a la determinación de los diferentes parámetros morfométricos, las subcuencas que comprenden toda el área de estudio se clasificaron en base a la comparación de resultados de cada una de las subcuencas; esta clasificación es propuesta de forma autónoma en este trabajo, ya que al no contar con una metodología general para este tipo de estudios, no hay forma de mantener una norma estandarizada para valorar los diferentes parámetros morfométricos.
• La tabla 4.3, es el resultado de esta propuesta de valores comparativos para las cuatro subcuencas.
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 71
Capítulo 4 –Modelaciom
4.2 Estaciones Hidrométricas y Climatológicas
4.2.1 Estaciones hidrométricas para el estudio de riesgos y zonificación de la Cuenca Nazas-Rodeo
Las estaciones hidrométricas son de gran utilidad para este tipo de análisis, ya que registran periódicamente el gasto que llevan los principales ríos de cualquier región de la República Mexicana. En este estudio se contó con los datos históricos de 2 estaciones hidrométricas: Agustín Melgar y El Palmito. La metodología en este caso consiste en localizar la estación hidrométrica con influencia más cercana a la cuenca, en este caso, las estaciones se localizan aguas arriba cercana a la presa Lázaro Cárdenas y aguas abajo en la presa Francisco Zarco.
La presa Lázaro Cárdenas se localiza a 279 kilómetros al norte de la ciudad de Durango por la carretera federal 45, conocida también como la presa El Palmito. La capacidad de almacenaje de agua de esta presa es 4,438 millones de metros cúbicos (Mm3), siendo esta presa la más grande del Estado de Durango.
La presa Francisco Zarco fue puesta en funcionamiento a fines de los años sesenta para servir como reguladora de corriente y captadora de las aguas río abajo de la presa El Palmito. La capacidad de almacenaje de agua de esta presa es de 436 millones de metros cúbicos (Mm3).
La estación hidrométrica Agustín Melgar se localiza sobre el río Nazas a unos 800 m al NW de la población Agustín Melgar Dgo.; a 7.8 km al SW de la población General Lázaro Cárdenas (antes Pueblo Nuevo), así como a 2.8 km aguas debajo de la confluencia del arroyo Naitcha al río Nazas, dentro del municipio de Nazas del Estado de Durango. Se instaló con la finalidad de determinar las aportaciones a la presa Francisco Zarco que realiza el río Nazas después de ser controladas aguas arriba de la presa Lázaro Cárdenas. La estación hidrométrica El Palmito se encuentra a 1300 m aguas debajo de la cortina de la Presa Lázaro Cárdenas, en el municipio de Indé, del Estado de Durango. El objetivo de esta estación es el de medir las extracciones del vaso y los derrames de la presa Lázaro Cárdenas.
72 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 4 – Modelacion
Figura 4.7 Localización de estaciones hidrométricas en el área de estudio, Cuenca Nazas-Rodeo
4.2.2 Cálculo de gastos máximos anuales
La metodología y los procedimientos que deben llevarse a cabo para la determinación del gasto máximo ordinario, de una corriente en un sitio o tramo dado, se orientan según la disponibilidad de información hidrométrica y de precipitación pluvial; para este caso se toma como base a la muestra de gastos máximos anuales, que es deseable no sea inferior a diez años, pues en caso contrario se buscara la forma de ampliar, por medio de correlaciones gráficas o matemáticas con datos hidrométricos de otra corriente vecina semejante, localizadas dentro y en la cercanía de la cuenca, en las fechas que ocurrieron los gastos máximos. Los procedimientos recomendados para determinar el gasto máximo
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 73
Capítulo 4 –Modelaciom ordinario se basan en la aplicación de alguna herramienta estadística, y en modelos de distribución probabilística convencional, complementados con gráficas para dar objetividad conveniente al trabajo a realizar. Las estaciones hidrométricas ubicadas en la cuenca, cumplieron con la información indispensable para el análisis, rebasando los diez datos de gastos máximos anuales para mejores resultados y mayor precisión, con el fin de obtener el número de años en el que se repita de nuevo el gasto máximo en los años de registro.
Los modelos de probabilidad que se aplican para la obtención de eventos en un determinado período de tiempo son diversos, tal es el caso de los Modelos de Gumbel, Nash y Lebediev; siendo el más rígido y preciso el Modelo de Gumbel, debido a que este modelo aplica el enfoque a una curva de función de probabilidad a los valores altos extremos, mostrando así eventos muy altos en los cuales se dispersan a lo largo de la curva de probabilidad.
El Modelo de Gumbel, al igual que los otros métodos mencionados, permite obtener la magnitud del evento para un determinado período de retorno (propuesto) y su intervalo de confianza. Gumbel considera que la distribución de probabilidad extrema se puede representar con la siguiente ecuación:
Donde: Q max = Gasto máximo (m3 / seg.) = Gasto promedio (m3 / seg.) Sx = Desviación estándar de todos los datos de registro (gastos anuales) = Constantes función de n (numero de años) obtenidos de la tabla 5.1 valores de Xn y Sn, según el modelo de Gumbel. Tr = Período de retorno.
74 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 4 – Modelacion
Tabla 4.13 Valores de Xn y Sn como constantes de la función n, según el modelo de Gumbel
Tabla 4.14 Valores de n Sm en función de , para el cálculo de intervalos de confianza, según el modelo de Gumbel
Para obtener un rango de datos con un intervalo de confianza según Gumbel, dependiendo del tamaño del registro se considera que:
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 75
Capítulo 4 –Modelaciom
Estación Hidrométrica El Palmito
Figura 4.8 a) Localización de la estación El Palmito, b) Gastos máximos anuales, estación El Palmito
En la gráfica (figura 4.8) de la estación El Palmito, se observa el comportamiento de la curva apuntando hacia un gasto mayor en el año de 1991, registrando 326.6 m3/seg. de gasto.
76 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 4 – Modelacion
En la estación El Palmito, el gasto máximo obtenido es 326.6 +/- 57.64, fluctúa entre 384.24 m3/seg. y 268.36 m3/seg., con valor medio de 326.6 m3/seg.
Estación Hidrométrica Agustín Melgar
Figura 4.9 a) Localización de la estación Agustín Melgar, b) Gastos máximos anuales, estación Agustín Melgar
En la gráfica (figura 4.9) de la estación Agustín Melgar, se observa el comportamiento de la curva apuntando hacia un gasto mayor en el año de 1991, registrando 381.5 m3/seg. de gasto.
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 77
Capítulo 4 –Modelaciom
En la estación Agustín Melgar, el gasto máximo obtenido es 381.5 +/- 43.88, fluctúa entre 425.38 m3/seg. y 337.62 m3/seg., con valor medio de 381.5 m3/seg.
El comportamiento del gasto es variable dependiendo la cantidad de agua que desahogue la presa, el comparativo de gastos entre las estaciones “El Palmito” y “Agustín Melgar” es semejante, la estación El Palmito registra un gasto máximo de 326.6 m3/seg. con un período de retorno estimado de 130 años y la estación Agustín Melgar registra un gasto máximo de 381.5 m3/seg. con un período de retorno de 26 años; las dos estaciones presentan el registro más elevado en el mismo año (1991), aunque con un diferente período de retorno.
Se puede resaltar que, el comportamiento del abastecimiento de agua medida mediante una o varias estaciones hidrométricas muestran cuanta agua es regulada por estas presas; las salidas y entradas de agua varían dependiendo de la cantidad de agua almacenada y si esta no rebasa los limites que la presa pueda almacenar, de lo contrario ocurren desbordamientos que pueden afectar a zonas aledañas por donde circula el cauce principal.
4.2.3 Estaciones Climatológicas
4.2.3.1 Criterio de selección de estaciones climatológicas para el estudio de riesgos y zonificación de la Cuenca Nazas-Rodeo
78 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 4 – Modelacion
La meteorología es el estudio de todos los fenómenos atmosféricos, la hidrometeorología constituye por si misma toda una ciencia que la geología la ocupa para resolver problemas de una manera practica. En este apartado se menciona la importancia de la hidrología con respecto a los problemas que enfrenta un geólogo, en la determinación de futuros escenarios de inundación que afectaran las condiciones propias del área de estudio.
Para el análisis hidrológico de la Cuenca Nazas-Rodeo, se llevo a cabo una minuciosa búsqueda de información climatológica obtenida de registros de precipitaciones máximas registradas en la zona de estudio a partir de un año en común, estos datos se obtuvieron desde el año de 1985 hasta el año 2000, con la intención de ver en que periodos se registraron las precipitaciones mayores que acontecen en las comunidades cercanas y que efectos pudieran tener en estas zonas a futuro; este análisis se lleva acabo mediante un registro de estaciones climatológicas.
Las estaciones climatológicas que se ocuparon para el presente estudio fueron 19 en total, todas ellas dispersas en la superficie de la cuenca; el criterio de selección fue el revisar las estaciones que contuvieran la mayor cantidad de información, referente a las precipitaciones máximas y que estas abarcaran el rango de años establecido que es de 15 años; posteriormente las estaciones que cumplieron con este requisito sirvieron para elaborar la base de datos correspondiente a los cálculos probabilísticos de precipitaciones futuras, que se mencionan más adelante en este capítulo.
En la tabla 4.15 se muestran las estaciones seleccionadas para el análisis de riesgo geológico de la Cuenca Nazas-Rodeo. Tabla 4.15 Estaciones climatológicas
Clave Nombre Estado Longitud W Latitud N
10002 Canatlán, Canatlán (SMN) Durango 104.75 24.50
10008 5 de Mayo, S. Pedro G. Durango 104.28 25.77
10016 Chinacates, Santiago Durango 105.06 25.01
10021 El palmito II, Indé Durango 105.00 25.61
10027 Francisco I. Madero (SMN) Durango 104.34 24.41
10028 Francisco Primo Verdad Durango 104.48 24.94
10030 Guadalupe Victoria Durango 104.12 24.43
10049 Nazas, Nazas Durango 104.10 25.23
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 79
Capítulo 4 –Modelaciom
10052 Panuco de Coronado Durango 104.32 24.53
10070 San Marcos, Santa Clara Durango 103.54 24.29
10072 San Pedro del Gallo (SMN) Durango 104.29 25.56
10098 Rodeo, Rodeo Durango 104.56 25.18
10129 Coneto de Comonfort Durango 104.77 24.98
10131 Peñón Blanco Durango 104.03 24.79
10132 San Luís del Cordero Durango 104.27 25.42
10135 Cuauhtemoc, Cuencame Durango 103.79 24.25
10142 El Casco, San Pedro G. Durango 104.58 25.54
10144 El Mirador, Villa Hgo. Durango 104.81 25.86
10150 Luís Moya, Peñón Blanco Durango 103.96 24.55 Fuente: Extracto Rápido de Información Climatológica versión II (ERIC II)
De los 39 municipios que conforman el Estado de Durango, 16 de ellos se involucran en la Cuenca Nazas-Rodeo, las estaciones están relacionadas directa e indirectamente con los municipios cercanos, de aquí se parte para establecer el alcance que tiene la información registrada en las estaciones climatológicas.
En la tabla 4.16 se muestra la ubicación de las estaciones climatológicas involucradas en los municipios del área de estudio:
Tabla 4.16 Municipios y estaciones climatológicas
Clave del Municipio ubicado en Clave de Estación Poblado situado en municipio la Cuenca Climatológica la Cuenca Adolfo López Mateos 001 Canatlán 10002 Francisco Javier Mina 003 Coneto de Comonfort 10129 Coneto de Comonfort Progreso Emiliano Zapata 10135 004 Cuencamé Héroes de Chapultepec 10070 Cuauthemoc Colonia Purísima
80 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 4 – Modelacion
Ignacio Ramírez 008 Guadalupe Victoria 10030 Álvaro Obregón Ignacio Allende 010 Hidalgo 10144 ------011 Indé 10021 ------015 Nazas 10049 Nazas 018 Oro, El ------10052 020 Pánuco de Coronado Panuco de Coronado 10027 Peñón Blanco Ignacio Zaragoza 10131 021 Peñón Blanco Colonia Jesús 10150 Agustín Castro Colonia Luís Moya 022 Poanas ------Rodeo 024 Rodeo 10098 Abasolo Ciudad de San Juan del Río 028 San Juan del Río 10028 Diez de Octubre 029 San Luís de Cordero 10132 San Luís del Cordero 10008 030 San Pedro del Gallo 10072 San Pedro el Gallo 10142 039 Nuevo Ideal 10016 ------
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 81
Capítulo 4 –Modelaciom
Figura 4.10 Localización de estaciones climatológicas en el área de estudio, Cuenca Nazas-Rodeo
Con la obtención de la base de datos de las estaciones climatológicas requeridas, se hizo un recuento anual para cada estación durante el periodo de 1985 al 2000, obteniendo así las precipitaciones máximas para cada año. Un ejemplo de este proceso es la estación Canatlán, Canatlán (SMN), con la clave 10002 que corresponde al Municipio de Canatlán; en la tabla 4.17 se muestran los registros de las precipitaciones máximas (mostrando en rojo la precipitación máxima anual) con el rango de años establecido y sus respectivos meses:
Edo. Clave Nombre Longitud W Latitud N Durango 10002 Canatlán, Canatlán (SMN) 104.75 24.5
82 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 4 – Modelacion
Tabla 4.17 Precipitaciones máximas anuales, estación 10002
Máximo Año Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Anual 1985 64 0 0 1 0 90 101 63 101 21 0 0 101 1986 0 1 0 2 11 52 121 17 181 21 0 22 181 1987 48 20 0 0 31 15 180 322 102 0 6 19 322 1988 0 0 0 5 0 127 255 104 38 0 0 19 255 1989 0 0 0 0 11 0 36.5 102 48.2 27 79 7 102 1990 22.4 0 0 0 5 4 283 121.6 161 57 32 0 283 1991 1 2 0 0 0 42 368 134 166 25 0 49 368 1992 118 4 1 0 18 0 76 118 63 21 1 0 118 1993 0 0 0 2 4 144 135.6 64.6 220.5 11 13 0 220.5 1994 14 0 5 1 1 81 88 41 47 49 0 0 88 1995 26.74 0 0 1.1 0 5 19 162 87 55 4 6 162 1996 0 0 0 1 0 98 84 162 87.3 55 4 6 162 1997 39 14 38 29 7 27 56 47 95 34 14 3 95 1998 0 7 0 0 0 22 69 127 35 40 2 0 127 1999 0 0 3.1 3 6.3 50.5 133.7 113.2 102.3 29.7 11.1 9.4 133.7 2000 0 0 0 0 38 197 76.8 113 78.5 73 0 0 197
Con la obtención de las precipitaciones máximas por cada estación involucrada en la cuenca y sus alrededores, se grafican las precipitaciones máximas anuales con respecto a los años, con la finalidad de establecer cual fue el evento máximo registrado en este periodo de años.
Figura 4.11 Evento máximo de precipitación
En la gráfica (figura 4.11) de la estación Canatlán, Canatlán, se observa el comportamiento de la curva apuntando hacia un evento mayor en el mes de julio del año de 1991, registrando 368 mm de precipitación, tomando como referencia a la tabla 4.17 de precipitaciones máximas de la estación climatológica.
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 83
Capítulo 4 –Modelaciom
En la siguiente tabla 4.18 se exponen los resultados del procedimiento anterior para las 19 estaciones climatológicas, resaltando el mes y el año en el cual se presento el evento de mayor precipitación de 1985 al año 2000.
Tabla 4.18 Precipitaciones máximas anuales por estación Fecha hp hp Máximo Fecha hp hp Máximo Clave Clave máx. (mm) máx. (mm) 10002 Jul.,1991 368 10072 Ago., 1987 216 10008 Sep., 1993 222 10098 Sep., 1993 225.7 10016 Jul.,1997 676 10129 Jul.,1991 367.5 10021 Sep., 1993 185 10131 Sep., 1993 275.7 10027 Jul.,1991 278 10132 Jul.,1991 199 10028 Jul.,1991 275 10135 Jun.,1999 297 10030 Ago., 1994 559.4 10142 Jul.,1991 257 10049 Jul.,1990 171.6 10144 Ago., 1991 384.1 10052 Jul.,1988 335.7 10150 Jul.,1991 244 10070 Jul.,1991 246
4.2.4 Probabilidad y estadística en Hidrológia, aplicada a modelos de precipitación de la Cuenca Hidrológica Nazas-Rodeo
Los estudios hidrológicos requieren del análisis de cuantiosa información hidrometeorológica; esta información puede consistir en datos de precipitación, caudales, temperatura, evaporación, etc. Los datos recopilados, solo representan una información en bruto, pero si estos se organizan y se analizan en forma adecuada, proporcionan una herramienta de gran utilidad, que permite tomar decisiones en cualquier estudio.1
Para realizar los cálculos, se tiene que afrontar una serie de restricciones, como son:
• El procesamiento de la información que se tiene que realizar es bastante laboriosa. • Las ecuaciones por solucionar, en la mayoría de los casos, son muy complejas, y para su solución se requiere del uso de métodos numéricos. • Las simulaciones que se realizan manualmente consumen mucho tiempo, debido a los cálculos requeridos.
84 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 4 – Modelacion
La predicción probabilística de la precipitación constituye una herramienta muy valiosa para la toma de decisiones, en particular los relacionados con la energía, la gestión de los recursos hídricos, la agricultura, la silvicultura, y riesgo geológico. Por ello, y dado que la utilización de las salidas directas de precipitación de los modelos numéricos sigue planteando ciertos problemas para su uso cuantitativo, se decidió abordar el desarrollo de un sistema de predicción probabilista cuantitativa de la precipitación, a partir de la interpretación estadística mediante un software que permite simplificar procesos y simular resultados facilitando el diseño.
El software utilizado para los cálculos de la funciones de probabilidad es el programa AX, este programa es utilizado por la CENAPRED (Centro Nacional de Prevención y Desastres) creado en 1992, con el fin de facilitar al usuario el trabajo que este realizando.
En la estadística existen decenas de funciones de distribución de probabilidad; de hecho, existen tantas como se quiera, y obviamente no es posible probarlas todas para un problema en particular. Por lo tanto, es necesario escoger, de todas esas funciones, las que se adaptan mejor al problema bajo análisis.
Entre las funciones de distribución de probabilidad usadas en hidrología y en las cuales se basa el programa AX son: Normal • Lognormal • Gumbel • Exponencial • Gamma • Doble Gumbel
Las funciones de distribución de probabilidad se estudiarán sin mucha justificación teórica, tanto en lo que respecta a su desarrollo como a la evaluación de sus parámetros, considerando que dicha justificación teórica se sale del enfoque de este proyecto.
En general, las estimaciones de los parámetros de las distribuciones que se indican en el texto son los que pueden obtenerse por el método de momentos y máxima verosimilitud, se incluyeron éstos dos métodos por ser los utilizados en el software; pero no debe olvidarse que existe otro método el
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 85
Capítulo 4 –Modelaciom cual es el de mínimos cuadrados, este método no es valorado en el programa AX y por ello es excluido de los métodos convencionales en la evaluación de este trabajo. a) Distribución Normal
Función de distribución de probabilidad normal:
,
Donde: x = variable aleatoria. μ = media de la población. = desviación estándar de la población.
Para resolver esta función se recurren a métodos numéricos para evaluarla, y para hacer esto más sencillo se ha asignado como variable estandarizada:
Que está normalmente distribuida con media cero y desviación estándar unitaria. Así la función principal queda como:
,
b) Distribución Lognormal
En esta función los logaritmos naturales de la variable aleatoria se distribuyen normalmente.
,
Donde y son parámetros de la distribución, y por lo tanto son la media y la desviación estándar de los logaritmos de la variable aleatoria. La función de distribución de probabilidad es:
,
86 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 4 – Modelacion
,
La distribución de probabilidad:
Al igual que en la distribución normal, se le asigna a "z" los siguientes valores:
c) Distribución Gumbel
La función de densidad de probabilidad es:
Donde y son los parámetros de la función. Para muestras muy grandes:
Para muestras relativamente pequeñas
Donde y y μy se muestran en la tabla 4.18.
Tabla 4.19 Parámetros para muestras pequeñas de la distribución Gumbel n μ y y n μ y y 10 0.4952 0.9496 60 0.5521 1.1747 15 0.5128 1.0206 65 0.5535 1.1803 20 0.5236 1.0628 70 0.5548 1.1854 25 0.5309 1.0914 75 0.5559 1.1898 30 0.5362 1.1124 80 0.5569 1.1938 35 0.5403 1.1285 85 0.5578 1.1974 40 0.5436 1.1413 90 0.5586 1.2007 45 0.5463 1.1518 95 0.5593 1.2037 50 0.5485 1.1607 100 0.5600 1.2065 55 0.5504 1.1682
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 87
Capítulo 4 –Modelaciom d) Distribución Exponencial
En estadística la distribución exponencial es una distribución de probabilidad continua con un parámetro > 0 cuya función de densidad es:
Su función de distribución es:
Aquí e significa el número e.
El valor esperado y la varianza de una variable aleatoria X con distribución exponencial son:
e) Distribución Gamma
La función de densidad de probabilidad Gamma se define como:
Donde 1, 1, 1 son los parámetros de la función y (1) es la función de Gamma. Los parámetros
1, 1, 1 se evalúan a partir de n datos medidos, mediante el siguiente sistema de ecuaciones:
= 1 1 + 1 2 2 S = 1 1 0.5 = 2 / (1)
Donde es la media de los datos, S2 su variancia y su coeficiente de sesgo, que se define como:
88 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 4 – Modelacion
La función de distribución de probabilidad es:
Y sustituyendo
La ecuación quedaría
Siendo la anterior una función ji cuadrada con grados de libertad y :
f) Distribución Doble Gumbel
La función de distribución de probabilidad se puede expresar como:
F (x) = F1 (x) [p + (1 – p) F2 (x)]
Donde F1 (x) y F2 (x) son, respectivamente las funciones de distribución de probabilidad, y p es la probabilidad de que en un período cualquiera se repita un evento.
El número de parámetros de la función anterior es:
n = n1 + n2 + 1
Donde, n1 = número de parámetros de F1 (x), n2 = numero de parámetros de F2 (x) y el parámetro restante es p. el valor de p será entonces:
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 89
Capítulo 4 –Modelaciom
p = Nn / NT
Donde Nn es el número de años de registro de un evento y NT es el número total de años de registro de un evento.
Siendo así la función se expresa de la siguiente manera:
F (x) = e – e – 1 (x – 1) [p + (1 – p) e –e – 2 (x – 2) ]
Donde 1 y 1 son los parámetros correspondientes a la población no ciclónica y 2 y 2 corresponden a la ciclónica. g) Método de máxima verosimilitud
El método de máxima verosimilitud ha sido reconocido como uno de los mejores métodos para la estimación de los parámetros y de los límites de confianza de las distribuciones de probabilidad, basada esta afirmación en las propiedades de sus estimadores como son la ausencia de sesgo en forma asintótica y suficiencia, así como consistencia y eficiencia, como ha sido reportado en la literatura técnica (Mood et al., 1974; Haan, 1977; entre otros). Este método también posee la virtud de poder manejar funciones muy complejas en la función de verosimilitud y lo hace de manera muy flexible.
La función de verosimilitud para N variables independientes e idénticamente distribuidas X1, X2,...,
Xn puede obtenerse como la función de densidad de probabilidad conjunta, esto es:
Donde denota el vector de parámetros y f(x) es la función de densidad de probabilidad. Tomando logaritmos naturales a ambos lados de la fórmula anterior, se tiene la función logarítmica de verosimilitud:
90 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 4 – Modelacion h) Método de momentos
La idea básica de este método es igualar ciertas características muéstrales, por ejemplo la media, a los correspondientes valores esperados de la población. Después, al despejar de estas ecuaciones los valores de parámetros desconocidos, se obtienen los estimadores.
Definición: Sea X1,…, Xn una muestra aleatoria de una f(x). Para k = 1, 2, 3,…, el k-ésimo momento poblacional, o k-ésimo momento de la distribución f(x), es E (XK). El k-ésimo momento muestral es n K (1/n) i=1 X i.
Por lo tanto, el primer momento poblacional es E(X) = μ y el primer momento muestral Xi /n = . 2 2 Los segundos momentos poblacional y muestral son E(X ) y Xi /n, respectivamente. Los momentos poblacionales serán funciones de algunos parámetros desconocidos 1, 2, … i) Período de retorno Es uno de los parámetros más significativos a ser tomado en cuenta en el momento de dimensionar una obra hidráulica destinada a soportar avenidas, como por ejemplo: el vertedero de una presa, los diques para control de inundaciones; o una obra que requiera cruzar un río o arroyo con seguridad, como por ejemplo un puente. Como se sabe, el período de retorno es una medida de la probabilidad de que un evento de una determinada magnitud sea igualado o excedido por lo menos una vez en un año cualquiera. El período de retorno, generalmente expresado en años, puede ser entendido como el número de años en que se espera que mediamente se repita un cierto evento.
Cada espacio muestral tiene su propia función de distribución o de densidad de probabilidad, que normalmente no se conoce a priori. Cuando de ese espacio se extrae un grupo de datos (muestra) al azar, es razonable esperar que su función de distribución de probabilidad sea similar a la del espacio completo, en particular si la muestra es grande. Además, lo más razonable que se puede suponer en cuento a la frecuencia de cada dato del grupo es que esta sea, dentro del espacio muestral, igual a la observada. Tr = n + 1 / m Donde:
Tr = Período de retorno. n = Número total de datos. m = Número de orden.
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 91
Capítulo 4 –Modelaciom
4.2.5 Análisis de las precipitaciones máximas anuales
En general, de las 19 estaciones climatológicas ubicadas en la cuenca hidrológica se obtienen las precipitaciones máximas anuales para cada año establecido dentro del periodo de 1985 al año 2000, como ejemplo de ello se muestra la tabla 4.20 de precipitaciones máximas anuales de la estación Canatlán, Canatlán, con la clave 10002; realizando este mismo proceso para las 18 estaciones climatológicas restantes.
Tabla 4.20 Precipitaciones máximas anuales en 24 horas, estación 10002 hp máxima (mm) hp máxima (mm) Año Año anual en 24 hrs anual en 24 hrs 1985 101 1993 220.5 1986 181 1994 88 1987 322 1995 162 1988 255 1996 162 1989 102 1997 95 1990 283 1998 127 1991 368 1999 133.7 1992 118 2000 197
Una vez obtenidas las precipitaciones máximas anuales por cada estación climatológica, se lleva acabo el ingreso de estos datos al programa AX (de fácil acceso y manipulación), la función de este programa es realizar análisis estadísticos mediante las funciones básicas de probabilidad, reduciendo el tiempo de elaboración de dichos cálculos, con el fin de obtener un resultado de manera rápida.
El primer paso a realizar es, generar un archivo que contenga la captura de las precipitaciones máximas que se deseen analizar, en este caso se crea un archivo por cada estación, como se muestra en las figuras 4.12, 4.13 y 4.14.
92 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 4 – Modelacion
Figura 4.12 Menú de acceso al programa AX
Figura 4.13 Listado de estaciones climatológicas por clave
Figura 4.14 Base de datos de precipitaciones máximas anuales, estación 10002, Canatlán, Canatlán
Posteriormente a la captura de los datos de precipitación, se ordena al programa generar las funciones de distribución de probabilidad mencionadas anteriormente, seleccionando la opción “Global” del cuadro de dialogo; inmediatamente se muestra el cuadro de resultados del archivo generado, el cual muestra una tabla con las diferentes funciones de probabilidad que maneja el programa AX, seleccionando la función con el mínimo error cuadrático para su uso: en este caso, y como lo muestra la imagen el error mínimo cuadrático para el ejemplo mencionado es calculada por la función Doble Gumbel.
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 93
Capítulo 4 –Modelaciom
Figura 4.15 Cuadro de dialogo de funciones
Figura 4.16 Cuadro de resultados de funciones de probabilidad
En la siguiente imagen se muestran las diferentes funciones de probabilidad, seleccionando la función de interés, esta función representa el mínimo error cuadrático, acompañada de su curva de ajuste.
Figura 4.17 Cuadro de dialogo de funciones a seleccionar
94 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 4 – Modelacion
Figura 4.18 Curva de ajuste de la función Doble Gumbel
Una vez generada la curva de ajuste de la función, se muestra la tabla de resultados de dicha curva, comparando el valor real de precipitación máxima con el valor ajustado de la curva.
La siguiente imagen (figura 4.19) presenta la tabla de resultados de la curva de ajuste de la función Doble Gumbel; donde i representa el número total de datos, Tr el período de retorno, Dato (i) precipitaciones máximas anuales ordenadas de mayor a menor, Valor ajustado que es calculado por medio de la curva de ajuste, Error 2 que es la diferencia del valor real y el valor ajustado, expresado al cuadrado, MEDIA es el resultado de la media, DESV es la desviación estándar, ASIM es el coeficiente de asimetría y alfa () y beta () son parámetros de la función.
Figura 4.19 Resultados de la tabla de ajuste
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 95
Capítulo 4 –Modelaciom
Obtenidos los resultados de la función seleccionada, se extrapolan valores de precipitación máxima de acuerdo al valor más alto localizado en el registro; siguiendo este ejemplo, el valor máximo de precipitación se registra en julio del año 1991, registrando una precipitación de 368mm como se muestra en la tabla 4.18 para obtener el año aproximado en el cual se repita una precipitación de este mismo valor, es necesario realizar una rutina de exploración o extrapolación indicando varios periodos de retorno hasta obtener el registro deseado.
Figura 4.20 Rutina de extrapolación
En la figura 4.20 se muestra la rutina de extrapolación que realiza el programa AX, extrapolando periodos de retorno; en el ejemplo se muestran 8 rutinas de exploración, sin olvidar que se pueden extrapolar cuantos periodos se requieran; cada valor que se le asigne al período de retorno representa un número de años venideros. El período de retorno que coincide aproximadamente con el evento máximo de la estación 10002, Canatlán, Canatlán se refleja en el rango de años de 30 a 35, marcando una precipitación aproximada al valor real. Esto da una idea de cómo se comportaría las precipitaciones en el área de Canatlán para años futuros, extrapolando cuantas veces sea necesario hasta obtener el valor requerido. Este procedimiento se realiza para cada estación climatológica, con la finalidad de obtener datos extrapolados de precipitación para ciertos años en común, siguiendo un orden a cada 5 años a partir del año 2010 hasta llegar al año 2035, con el fin de observar los cambios de las precipitaciones máximas interpolados mediante mapas de isoyetas.
Las tablas 4.21 y 4.22, muestran los resultados de las extrapolaciones para los años establecidos, remarcando los valores de precipitación que se espera vuelvan a presentarse en un futuro, indicados en color gris, sin embargo, estos datos han sido calculados mediante probabilidad y estadística siendo el camino más adecuado para la solución de problemas en análisis estadístico, esto evita la complejidad de los procesos, métodos y modelos matemáticos los cuales abarca la hidrológia.
96 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 4 – Modelacion
Tabla 4.21 Resultados obtenidos para un período de retorno de 10, 15 y 20 años hp Máximo Fecha de Año Año Clave Nombre Año 2020 (mm) registro 2010 2015 10002 Canatlán, Canatlán (SMN) 368 Jul.,1991 347 356 363 10008 5 de Mayo, S.Pedro G. 222 Sep., 1993 214.7 222 228.8 10016 Chinacates, Santiago 676 Jul.,1997 457.5 524.6 572.4 10021 El palmito II, Indé 185 Sep., 1993 193.1 198.4 202.4 10027 Francisco I. Madero (SMN) 278 Jul.,1991 261.9 278 280.5 10028 Francisco Primo Verdad 275 Jul.,1991 275 285.5 295.3 10030 Guadalupe Victoria 559.4 Ago., 1994 438.8 480.4 511.9 10049 Nazas, Nazas 171.6 Jul.,1990 171.6 178.4 183.7 10052 Panuco de Coronado 335.7 Jul.,1988 320.2 328.3 335.7 10070 San Marcos, Santa Clara 246 Jul.,1991 255.2 264 271 10072 San Pedro del Gallo(SMN) 216 Ago., 1987 211.3 216 225.4 10098 Rodeo, Rodeo 225.7 Sep., 1993 225.7 228 230.2 10129 Coneto de Comonfort 367.5 Jul.,1991 338.9 352.4 367.5 10131 Peñón Blanco 275.7 Sep., 1993 263.2 268.9 275.7 10132 San Luís del Cordero 199 Jul.,1991 188.4 199 200.4 10135 Cuauhtemoc, Cuencame 297 Jun.,1999 259.3 280.3 297 10142 El Casco, San Pedro G. 257 Jul.,1991 232.5 240.2 246.3 10144 El Mirador, Villa Hgo. 384.1 Ago., 1991 343.6 356.7 367.2 10150 Luís Moya, Peñón Blanco 244 Jul.,1991 205 217.1 226.7
Tabla 4.22 Resultados obtenidos para un período de retorno de 25, 30 y 35 años hp Máximo Fecha de Año Clave Nombre Año 2025 Año 2035 (mm) registro 2030 10002 Canatlán, Canatlán (SMN) 368 Jul.,1991 368 373.7 378 10008 5 de Mayo, S.Pedro G. 222 Sep., 1993 233.8 238.04 241.6 10016 Chinacates, Santiago 676 Jul.,1997 609.7 640.2 676 10021 El palmito II, Indé 185 Sep., 1993 205.7 208.3 210.6 10027 Francisco I. Madero (SMN) 278 Jul.,1991 287.7 293 298 10028 Francisco Primo Verdad 275 Jul.,1991 303.5 310.6 316.9 10030 Guadalupe Victoria 559.4 Ago., 1994 537.2 559.4 576.7 10049 Nazas, Nazas 171.6 Jul.,1990 188.1 192 195.5 10052 Panuco de Coronado 335.7 Jul.,1988 340.5 345.3 349.5 10070 San Marcos, Santa Clara 246 Jul.,1991 276.9 281.9 286.2 10072 San Pedro del Gallo(SMN) 216 Ago., 1987 230.9 235.7 240 10098 Rodeo, Rodeo 225.7 Sep., 1993 232.1 233.9 235.6 10129 Coneto de Comonfort 367.5 Jul.,1991 371.9 379.4 386 10131 Peñón Blanco 275.7 Sep., 1993 277.1 280.3 283 10132 San Luís del Cordero 199 Jul.,1991 204.9 208.7 212 10135 Cuauhtemoc, Cuencame 297 Jun.,1999 307.2 316.9 325.1 10142 El Casco, San Pedro G. 257 Jul.,1991 251.3 257 259.3 10144 El Mirador, Villa Hgo. 384.1 Ago., 1991 375.8 384.1 389.6 10150 Luís Moya, Peñón Blanco 244 Jul.,1991 234.6 244 247.2
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 97
Capítulo 4 –Modelaciom
4.2.6 Mapas de precipitaciones máximas anuales, ejemplo de la estación 10002
La importancia de generar un mapa de distribución pluvial a lo largo de la cuenca de estudio, es facilitar el manejo de la información de una manera más rápida y visual, en la que es necesario interpretar estos mapas hipotéticos de estudio. Para el caso de la Cuenca Nazas-Rodeo se elaboraron 6 diferentes mapas hipotéticos, esto es posible a partir de registros de precipitaciones máximas en diferentes periodos de retorno; los datos utilizados para la elaboración de los mapas fueron extraídos de las tablas 4.21 y 4.22, mostrando las precipitaciones máximas para los años 2010, 2015, 2020, 2025, 2030 y 2035. Tomando como ejemplo al mapa de isoyetas de precipitaciones máximas para un período de retorno de 10 años (año 2010) (figura 4.21 y 4.22).
Figura 4.21 Mapa de isoyetas para el año 2010
98 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 4 – Modelacion
Figura 4.22 Modelo de elevación de la precipitación máxima en 24 horas para un período de retorno de 10 años
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 99
CAPÍTULO 5 PRUEBAS Y RESULTADOS
La percepción remota es un área que puede aplicarse en distintos campos que involucran al entorno geográfico, ya que por medio de ella se puede generar información en distintos niveles de detalle; por lo cual se considera que es generadora de un gran volumen de datos espaciales que pueden ser usados en la toma de decisiones.
5.1 Desarrollo del Sistema de Información Geográfica
En la actualidad los datos generados por medio de la percepción remota, son usados en los denominados Sistemas de Información Geográfica, que representan una tecnología para realizar análisis espaciales, con la finalidad de dar solución a un problema concreto. Un SIG es un conjunto de herramientas para reunir, almacenar, recuperar, transformar y representar datos espaciales del mundo real para un grupo particular de propósitos; debe ser capaz de realizar búsquedas y análisis espaciales, por lo que sus bases de datos son las únicas capaces de incluir en su estructura los datos (topológicos) que permitan ubicar la información puntual, lineal y de área; manejándose así su localización en el espacio. Para el diseño de un SIG, es necesario realizar las siguientes etapas preliminares de trabajo: a) Monitoreo y selección de la información: Consiste en la búsqueda y adquisición de la información necesaria. La adquisición es el procedimiento por medio del cual se obtienen los datos con que trabajan los SIG, que pueden provenir de las siguientes fuentes: • Documentos que se encuentran en las diferentes instituciones. Capítulo 5 –Pruebas y Resultados
• De los trabajos realizados con la percepción remota y en el campo, que tienen como resultado la elaboración de mapas. • La adquisición de la información debe realizarse en función de los objetivos que se desean alcanzar con el SIG y de su utilidad posterior. b) Análisis de las características de los datos geográficos y su dinámica: Después de la elección y adquisición de la información, deben tomarse en cuenta las características de los datos, ya que éstos permiten establecer la escala a la cual deben representarse los resultados de los análisis que se realizan; mientras que la dinámica determina el tiempo en que se debe actualizarse la base de datos. c) Captura de la información: Este proceso consiste en almacenar la base de datos de la información que se desee tener en el sistema, el cual consta de introducir todas las variables, parámetros específicos y condiciones el cual conformará el sistema. d) Análisis espacial: Se realizan todas las combinaciones necesarias con las distintas capas temáticas, las cuales formaran distintos mapas con rasgos específicos. Al obtener estos mapas se puede empezar a realizar el análisis visual.
Los mapas generados en la base de datos del SIG que conforman el estudio que se realizó para el análisis hidrogeológico de riesgos, almacena información útil para llevar acabo el resultado final para la valoración de riesgo en el área de estudio. A continuación se describe brevemente las sobreposiciones de las distintas capas temáticas, para la obtención de mapas que ayudaron a elaborar el mapa final de la valoración de riesgos.
5.1.1 Mapa geológico
Este mapa representa la geología del área de estudio y se sobrepone con la capa temática de geología estructural y geología superficial, con el fin de conocer y detallar rasgos particulares de las rocas y estructuras (fracturas, fallas, anticlinales, sinclinales, etc.). La finalidad de este mapa es conocer la geología estructural y superficial, para realizar la
102 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 5 – Pruebas y Resultados reconstrucción de los eventos geológicos presentes en la cuenca. La importancia en este mapa es proporcionar información geológica-estructural de la cuenca. Las rocas son materiales que dependen de distintos factores de acuerdo a sus propiedades físicas, tales como: - Origen (composición mineralógica). - Grado de alteración. - Dureza (figuración de la roca y resistencia). - Deformabilidad. - Condiciones ambientales en las cuales está depositada.
Las propiedades índices de las rocas permiten encuadrar a una roca dentro de un grupo cuyas propiedades sean similares, estas propiedades indican bajo que condiciones se encuentran en forma natural. Las sobreposiciones de estas capas temáticas permiten observar en que condiciones se encuentra la geología del área, evaluando de forma preliminar los primeros rasgos que pueden ser de problemática a la cuenca.
5.1.2 Mapa hipsométrico y mapa de pendientes
El mapa hipsométrico tiene como función representar de manera clara y rápida, la topografía del área de estudio; cada curva se agrupa en un intervalo altimétrico definido, lo cual permite una visión más amplia del comportamiento topográfico de la cuenca. El mapa hipsométrico permite observar las elevaciones correspondientes en cada subcuenca, de esta manera los valores más elevados se encuentran en las zonas montañosas, tal es el caso de las subcuencas Río Nazas-Rodeo, Río de San Juan y Río del Peñón (a, b y c respectivamente), con elevaciones mayores a los 2800 m.s.n.m. La subcuenca “d” Arroyo de Naitcha presenta una máxima elevación de 2400 m.s.n.m.
El mapa hipsométrico sirve de base para la obtención del mapa de pendientes. Este mapa temático se forma a partir de un sistema gráfico, donde representa los diferentes grados de inclinación de las pendientes de un territorio, los valores de las pendientes indican que tan inclinado se encuentra el terreno, la mayor de concentración de pendientes de un rango elevado se sitúan en las subcuencas “a, b y c” Río Nazas-Rodeo, Río de San Juan y Río del Peñón, con pendientes que van desde los 0° a 60° de inclinación; mientras la subcuenca “d” Arroyo de Naitcha no rebasa una pendiente mayor a los 40°.
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 103
Capítulo 5 –Pruebas y Resultados
Figura 5.1 Mapa hipsométrico en 3D
5.1.3 Mapa de densidad de drenaje
Mapa generado para obtener la densidad de drenaje (figura 5.2) en las subcuencas y observar el comportamiento de la red de drenaje. Este mapa muestra que cantidad de arroyos se encuentra por km2 e indica el grado de madurez y erosión de la cuenca, así mismo marca límites hidrográficos y zonas de inestabilidad geológica.
Figura 5.2 Mapa de densidad de drenaje
104 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 5 – Pruebas y Resultados
5.1.4 Mapa de estaciones climatológicas e hidrométricas
En este mapa se sobreponen las capas temáticas de límite de cuenca y subcuencas, estaciones climatológicas, estaciones hidrométricas y localización de las presas. Su finalidad es representar en forma grafica la distribución espacial de las estaciones, de las cuales se parten para realizar diversos análisis.
Figura 5.3 Mapa de estaciones climatológicas
5.1.5 Mapas de precipitaciones máximas en 24 hrs
En estos mapas se sobrepusieron las capas temáticas de población, subcuencas, estaciones climatológicas, e isoyetas esperadas para el año 2010 y 2035, en estos mapas se observa la distribución de las isoyetas a lo largo de toda la cuenca, mostrando los intervalos de precipitaciones máximas en los escenarios de tiempo, exponiendo los mapas de precipitaciones máximas del primer y último período de retorno, debido a la semejanza de los mapas. En las siguientes figuras se observa el incremento de las precipitaciones máximas en 24 horas, para los distintos periodos de retorno.
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 105
Capítulo 5 –Pruebas y Resultados
a)
b)
106 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 5 – Pruebas y Resultados
c)
d) Figura 5.4 Mapa de isoyetas para el año: a) 2015, b) 2020, c) 2025 y d) 2030
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 107
Capítulo 5 –Pruebas y Resultados
5.1.6 Sobreposición: Análisis espacial de capas temáticas para la zonificación de riesgos
Para llegar al mapa final de riesgos se realizaron diversas sobreposiciones de las siguientes capas temáticas:
- Densidad de fracturamiento. - Densidad de drenaje. - Isoyetas de precipitaciones máximas para un período de retorno de 10-35 años. - Infraestructura. - Población - Límite de la cuenca
En base al mapa de sobreposición, se dedujeron las zonas que conforman el mapa de riesgos, tratando de identificar que áreas son más propensas a presentar mayor peligro dentro de la cuenca.
Consiste en observar en que área se concentra la mayor cantidad de líneas formando intersección de líneas con mayor abundancia en interior de la cuenca, también se valoriza la cantidad de infraestructura y población que se encuentra en el área, considerando el número de habitantes al igual que la infraestructura.
108 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 5 – Pruebas y Resultados
Figura 5.5 Mapa de infraestructura
5.1.7 Reinterpretación de las capas temáticas a partir de un mosaico de imágenes de satélite
La intención de utilizar un mosaico generado a partir de imágenes de satélite ayuda a conformar:
- El área de estudio. - La interpretación de rasgos visibles. - Observación del medio físico. - Observación y comparación de las distintas capas temáticas. - Georeferenciación de las imágenes. - Manipulación visual de la imagen.
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 109
Capítulo 5 –Pruebas y Resultados
La manipulación que se le dio al mosaico permitió resaltar aspectos como geología y geoformas, mediante la combinación de las bandas -7, 4, 2- (figura 5.8). Las Bandas se definen como radiaciones que están entre dos valores específicos del espectro electromagnético. Las regiones que constituyen al espectro electromagnético son las siguientes: rayos gamma, rayos X, rayos ultravioleta (UV), región óptica, infrarrojo (cercano, medio y lejano o termal), microondas, radas y ondas de televisión y radio.
La utilización de técnicas de combinación de bandas en este análisis de fotointerpretación y clasificación supervisada de una imagen Landsat Thematic Mapper (TM) 63, permitió caracterizar la litología y reinterpretar los rasgos geológicos del área de estudio mediante la imagen falso color con la combinación de bandas -7, 4, 2- lo que permite relacionar de manera concreta los distintos fenómenos que suceden en el área, tal es el caso de rasgos morfológicos y litológicos del área de estudio, dando como resultado un complemento que se representa en el Sistema de Información Geográfica.
Figura 5.6 Mapa de resultados
110 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 5 – Pruebas y Resultados
Figura 5.7 Mapa de resultados
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 111
Capítulo 5 –Pruebas y Resultados
Figura 5.8 Mosaico de imágenes de satélite, con una combinación en falso color de las bandas RGB -7, 4, 2- con una sobreposición de la capa temática geología. Fuente: Imagen Landsat Thematic Mapper (TM), 1993, Escala 1: 250 000 resolución 25 x 25
112 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 5 – Pruebas y Resultados
5.3 Análisis de Resultados
Desde el punto de vista morfométrico, las subcuencas presentan rasgos similares entre si; a continuación se presenta los resultados del análisis de los parámetros morfométricos de las subcuencas que conforman el área de estudio:
La relación de bifurcación (Rb) y la relación de longitud (Rl) que se obtuvieron para las cuatro subcuencas de acuerdo a las características hidrológicas, son poco variables a excepción de la Subcuenca “c”, que se comporta de una manera diferente a las demás, esto se debe a la relación de elongación (Re) que presenta la cuenca, ya que a mayor elongación, mayor será el resultado de bifurcación de las corrientes en la dirección del río principal. Las subcuencas “a, b y d” presentan valores similares en cuanto a la relación de bifurcación y relación de longitud de sus corrientes, los valores obtenidos se consideran bajos. La relación de bifurcación determina la mayor o menor rapidez de las crecidas de agua, lo que define de alguna manera, el grado de peligrosidad de las subcuencas. Los índices bajos suelen relacionarse con redes fuertemente ramificadas, lo que repercute directamente ante fuertes precipitaciones en crecidas rápidas.
La densidad de drenaje es un parámetro revelador del régimen y de la morfología de la cuenca, porque relaciona a la longitud de los cursos de agua con el área total. De esta manera, altos valores reflejan un fuerte escurrimiento; en consecuencia, su magnitud está indirectamente relacionada con la infiltración, erosión del suelo, litología y vegetación. En otras palabras, puede afirmarse que terrenos permeables se caracterizan por baja densidad de drenaje. El valor de densidad de drenaje (Dd) y la densidad de corriente (Dc) por km2 en las subcuencas “a, b y c”, son altos, tomándolo desde el punto de vista geológico, indica que la litología y vegetación se ven alterados, por la gran cantidad de corrientes que se abre paso a lo largo de las zonas de montaña, desde la cabecera hasta la parte más baja de cada subcuenca uniéndose al río principal (Río Nazas).
Puede apreciarse que el gran número de cauces de primer orden de la cuenca, ocupa el 50% de frecuencia, respecto a los otros órdenes. Los órdenes de corriente de primer, segundo y
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 113
Capítulo 5 –Pruebas y Resultados tercer orden indican zonas montañosas y de fuerte pendiente, esto implica la presencia de un sustrato rocoso poco permeable y zonas de alta montaña, exponiendo la calidad de la roca próxima a la superficie, y atestigua la importancia del proceso erosivo hídrico en las distintas unidades de la cuenca; las subcuencas “a, b y c” son ejemplo de ello. Las zonas de planicie están caracterizadas por presentar una menor frecuencia de órdenes de corrientes; el caso de las subcuencas “a y c” presentan ordenes de séptimo y octavo en las partes más bajas de las subcuencas, en el caso de las subcuencas “b y d” alcanzan un sexto orden de corriente.
El índice de compacidad (Ic) de las subcuencas se comporta de manera general, representando la forma oval-oblonga a rectangular-oblonga, siendo esta última la más predominante en las subcuencas “a, c y d”; por lo tanto el valor de índice de compacidad de la cuenca de estudio tiene un valor de 1.81, que la caracteriza como tipo óvalo-oblonga a rectangular-oblonga cuyo valor debe ser superior a 1.75, estos valores normalmente nos revelan que si una cuenca tiende a ser circular o se acerca a la forma de un circulo, es más peligrosa que una cuenca de forma alargada, debido a que si en una precipitación de lluvia la cuenca almacena más agua de la que puede contener, la cuenca rebasara su limite, por lo tanto puede llegar a ocurrir escenarios desfavorables que dañen a la población.
Las condiciones del relieve expresan importantes características físicas como son: forma de relieve, grado de erosión, pendientes, etc. Lo cual ayuda a identificar el grado de madurez, el valor de la pendiente, génesis del relieve y la dinámica de los procesos geomorfológicos. En el caso del área de estudio, los parámetros morfométricos relacionados al relieve son: pendiente media de la cuenca, pendiente del cauce principal y relación de relieve; además se sabe que hay una relación entre las formas del relieve con otros tipos de accidentes geológicos, como pueden ser la presencia de fallas y fracturas que influyen en el modelado de una región. En este caso el alineamiento de los ríos y arroyos se ven marcados por la orientación de las fallas, fracturas y tipo de roca, esto se traduce a la competencia de las distintas unidades de roca, ya que una roca blanda es más susceptible a presentar dicho fracturamiento, en cambio una roca altamente resistente presenta fracturamiento en menor medida.
114 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 5 – Pruebas y Resultados
La pendiente media de la cuenca es uno de los factores principales que controlan los procesos gravitacionales, considerando que los derrumbes se originan en pendientes fuertes, es decir pendientes mayores a 20%; los corrimientos de tierra se producen en pendientes medias de 15 a 19%, como es el caso de la subcuenca “a” con una pendiente de 19%; los deslizamientos de bloque ocurren en pendientes con inclinaciones de 10 a 14%, este es el caso de las subcuencas “b y c”, en donde el porcentaje es 13% y 10% respectivamente; las corrientes de solifluxión (“corrientes de suelos”) es el movimiento descendente lento de los sedimentos superficiales saturados de agua, se realizan en terrenos con pendientes de 5 a 9%, en donde la subcuenca “d” presenta una pendiente de 9%; y por ultimo, la zona de acumulación presenta una pendiente menor, un caso ideal es aquel donde esta no supera de 0 a 4%, por lo tanto esta pendiente es considerada una zona de planicie, donde las posibilidades de derrumbes son nulas, pero son posibles zonas de inundación.
La pendiente del cauce principal tiene como propósito el poder clasificar a una cuenca dentro de un grado de madurez. Las cuencas que presentan un paisaje en la etapa de juventud es típicamente montañoso, de grandes desniveles, de vertientes escarpadas, y con valles estrechos en forma de garganta (zona de montaña). Un paisaje en la etapa de madurez sigue siendo montañoso, de vertientes menos inclinadas, sus valles han desarrollado un lecho de inundación amplio y plano, y los ríos ya no presentan saltos ni rápidos como en la etapa anterior (zona de transición). Un paisaje en la etapa de vejez se ha rebajado intensamente, los ríos discurren por valles mucho más amplios y las antiguas montañas se han convertido en colinas de poco desnivel; se dice entonces que un paisaje ha alcanzado el estado de la peniplanicie, es decir, un paisaje de topografía suavemente ondulada (zona de planicie). La subcuencas “b, c y d” pertenecen a un paisaje en la etapa de madurez, cumpliendo con los aspectos que la caracterizan, por su parte la subcuenca “a” pertenece a un paisaje en etapa de vejez.
Cuando las fuerzas actúan sobre la corteza terrestre y sobrepasan el límite de resistencia de las rocas, sobreviene la ruptura en forma de dislocaciones y desplazamientos en todas direcciones, lo que determina hundimientos por fracturas. A ese tipo de dislocación se le
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 115
Capítulo 5 –Pruebas y Resultados denomina falla. Las fracturas son rupturas en las rocas producidas por la aplicación de esfuerzos tectónicos o a nivel superficial, el fracturamiento que se presenta en las rocas es generado por diversos factores tales como el intemperismo, erosión y distintos tipos de esfuerzos (compresión, tensión y cizalla). Las fracturas y fallas son estructuras geológicas de gran importancia, ya que indican zonas preferencialmente inestables y débiles. Por medio del mapa de densidad de fracturamiento se identificaron las subcuencas con el mayor índice de fracturamiento y su porcentaje con respecto a cada subcuenca, obteniendo los siguientes resultados: las subcuencas “a, b y c” son las de mayor porcentaje, presentando valores que oscilan entre 34 a 30%, siendo la subcuenca “a” la de mayor porcentaje con respecto a las demás; mientras tanto la subcuenca “d” manifiesta un índice de fracturamiento menor al 5%, lo que disminuye la probabilidad de que ocurran efectos desfavorables para esta subcuenca, en comparación con las subcuencas “a, b y c”.
La población y la infraestructura presentes en la Cuenca Nazas-Rodeo son las de mayor importancia, puesto que este análisis sirve para poder identificar de manera muy generalizada zonas de inestabilidad tanto geológicas e hidrológicas, que afecten directa e indirectamente a la población; el peligro potencial a inundaciones combinado con las características propias del terreno hacen que la cuenca presente zonas en donde el riesgo se incremente provocando así alta vulnerabilidad para ciertos sectores de la población. La población de acuerdo a la cantidad de individuos contabilizada en el año 2005 según el Censo General de Población y Vivienda realizado por INEGI 47 - 62 es de 95, 510 habitantes, la cual corresponde a: • Subcuenca “a” con un total de 23, 397 habitantes (24.5%). • Subcuenca “b” con un total de 26, 886 habitantes (28.1%). • Subcuenca “c” con un total de 41, 728 habitantes (43.7%). • Subcuenca “d” con un total de 3, 499 habitantes (3.7%).
La infraestructura se clasifico de acuerdo al porcentaje de superficie que ocupa en cada subcuenca, mostrándose de la siguiente forma: • Subcuenca “a” con un porcentaje del total de 25.3%. • Subcuenca “b” con un porcentaje del total de 31.9%
116 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 5 – Pruebas y Resultados
• Subcuenca “c” con un porcentaje del total de 37.5%. • Subcuenca “d” con un porcentaje del total de 5.3%.
Por lo tanto la concentración de población e infraestructura se relacionan de manera directa, por lo que la subcuenca “c” ocupa el primer puesto en ambos factores, seguido de la subcuenca “b”, “a” y “c” respectivamente, indicando las zonas de mayor riesgo.
La precipitación es la fuente primaria del agua de la superficie terrestre, y sus mediciones forman el punto de partida de la mayor parte de los estudios al uso y control del agua, por esta causa, los datos obtenidos de precipitación media para los distintos periodos de retorno, fueron calculados mediante el Método de Isoyetas, que consiste en trazar con la información registrada en las estaciones, líneas que unen puntos de igual altura de precipitación (isoyetas). Los resultados para cada subcuenca muestran un incremento de precipitación conforme aumenta el número de años; las precipitaciones medias para la subcuencas oscilan en el intervalo de 200 a 350 mm en 24 horas, expresado en volumen de agua se observa que la subcuenca con mayor índice de captación pertenece a la subcuenca “a”, ya que en un período de retorno de 10 años (2010) el volumen de agua estimado será de 971.721 Mm3; en segundo lugar está la subcuenca “c” con un volumen de agua estimado de 924.605 Mm3 en un plazo de 10 años, en tercero se encuentra la subcuenca “b” con un volumen de agua estimado de 715.704 Mm3 y por ultimo la subcuenca “d” con un volumen estimado de 385.911 Mm3.
Los volúmenes de agua que se plantean en este trabajo son estimaciones que podrían suceder en cierto período de tiempo, en este caso son volúmenes establecidos para el año 2010, 2015, 2020, 2025, 2030 y 2035 (ver tabla 7.1); el volumen de agua obtenido para los periodos de retorno que se observaron, va incrementando el valor conforme el período de retorno es mayor. El volumen de agua que precipita en la cuenca no solo se manifiesta en forma de un escurrimiento superficial, si no que también cierto volumen de esta agua se infiltra hacia el subsuelo dependiendo del tipo de roca, porosidad y grado de permeabilidad de la misma; este proceso es conocido como escurrimiento subterráneo. En su trayectoria hacia la corriente más próxima, el agua que fluye sobre el terreno se sigue infiltrando, e
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 117
Capítulo 5 –Pruebas y Resultados incluso se evapora en pequeñas cantidades; sin olvidar también la transpiración, que es el agua que despide en forma de vapor la vegetación del suelo y posteriormente se evapora.
Tabla 5.1 Matriz de Resultados
Subcuenca "d" Subcuenca "a" Subcuenca "b" Subcuenca "c" Factor Arroyo de Río Nazas-Rodeo Río de San Juan Río del Peñón Naitcha Índice de 2.29 1.46 1.65 1.66 compacidad
Relación de 0.41 0.47 0.29 0.41 elongación Pendiente media de la 19% 13% 10% 9% cuenca Corrientes 6820 2780 6207 2044 totales
Orden de 8 6 8 6 corriente
Relación de 2.16 1.94 14.1 2.17 bifurcación
Relación de 1.98 2.05 12.24 1.48 longitud Pendiente del cauce 0.0020 0.01 0.01 0.01 principal Densidad de 1.71 1.71 1.72 1.09 corriente
Densidad 1.31 1.11 1.22 1.08 de drenaje
Densidad de 34.50% 30.50% 31% 4% fracturamiento
Población 24.50% 28.10% 43.70% 3.70%
Infraestructura 25.30% 31.90% 37.50% 5.30%
118 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 5 – Pruebas y Resultados
Matriz de resultados (Continuación)
Subcuenca "d" Subcuenca "a" Subcuenca "b" Subcuenca "c" Factor Arroyo de Río Nazas-Rodeo Río de San Juan Río del Peñón Naitcha Tr = 10, hp promedio en 244 300 256 206 24 hrs
Tr = 15, hp promedio en 258 307 255 209 24 hrs
Tr = 20, hp promedio en 275 319 264 224 24 hrs
Tr = 25, hp promedio en 280 324 274 225 24 hrs
Tr = 30, hp promedio en 282 330 249 226 24 hrs
Tr = 35, hp promedio en 286 338 278 227 24 hrs Volumen Mm3 a 10 971.7210915 715.7044836 924.6057079 385.9114554 años Volumen Mm3 a 15 1027.47558 732.4042549 920.9939669 391.5315251 años Volumen Mm3 a 20 1095.17746 761.0324342 953.4996363 419.6318738 años Volumen Mm3 a 25 1115.089777 772.9608423 989.6170468 421.5052304 años Volumen Mm3 a 30 1123.054704 787.274932 899.3235206 423.3785869 años Volumen Mm3 a 35 1138.984558 806.3603849 1004.064011 425.2519435 años
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 119
Capítulo 5 –Pruebas y Resultados
La determinación de riesgo por precipitaciones extraordinarias, permite conocer el nivel o grado de exposición ante este tipo de peligros. Para comprender el riesgo es importante analizar tres factores muy importantes: el peligro, la vulnerabilidad y el grado de exposición.
Aplicando la formula de Riesgo:
Riesgo = f (Peligro, Vulnerabilidad, Exposición)
Se tiene lo siguiente:
Peligro: En este caso es la probabilidad de ocurrencia de que las lluvias alcancen un grado extraordinario, durante el período de tiempo establecido en el modelamiento de precipitación para los años 2010, 2015, 2020, 2025, 2030 y 2035, representado por la delimitación de zonas susceptibles a inundaciones.
Vulnerabilidad: Como ya se había mencionado anteriormente en el subcapitulo 1.5, existen dos tipos de vulnerabilidad, la física y la social; la vulnerabilidad física se relaciona directamente con la infraestructura, es decir, que tan resistentes son las vías de comunicación (carreteras, ferrocarriles y aeropuertos), líneas de conducción eléctrica, líneas telefónicas, conductos subterráneos, presas, zonas de cultivo, incluso que tan resistentes son las casa donde habitan las personas, etc. ante este fenómeno. La vulnerabilidad social se analiza en función de las características socioeconómicas de la población involucrada que representa el sector más susceptible ante la amenaza de un fenómeno natural; las posibles causas pueden ser:
• Cultura general de la población. • Comunicación Gobierno-Sociedad. • Acceso a los medios de divulgación de la información. • Toma de decisiones por parte de las autoridades correspondientes ante el peligro y sus consecuencias.
Grado de exposición: Se relaciona directamente con la cantidad de personas e infraestructura del área de estudio de manera porcentual y que son susceptibles a verse afectadas por las lluvias torrenciales. En la tabla 5.2 se muestra el porcentaje de población e infraestructura perteneciente al área de estudio.
120 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Capítulo 5 – Pruebas y Resultados
Tabla 5.2 Porcentaje de población e infraestructura de la Cuenca Nazas-Rodeo.
No. de Subcuenca Población % Población % Infraestructura a 23, 397 24.5 25.3 b 26, 886 28.1 31.9 c 41, 728 43.7 37.5 d 3, 499 3.70 5.30
Finalmente reconocido y cuantificado el peligro, la vulnerabilidad y el grado de exposición para las lluvias torrenciales esperadas en los diferentes periodos de retorno y sus diferentes manifestaciones, se complemento este análisis a través del mapa de riesgos de la Cuenca Nazas-Rodeo.
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 121
CAPÍTULO 6 CONCLUSIONES
Debido al comportamiento de los factores hidrológicos, geológicos y morfométricos, se considera que las subcuencas presentan características propias que las distinguen una de otra, sin olvidar que en conjunto forman el equilibrio de toda la cuenca; esto depende en gran parte de las condiciones mencionadas y analizadas anteriormente, por lo tanto, se llega a la conclusión final de que la subcuencas alcanzan un rango de peligrosidad, definida como la probabilidad de que una determinada zona se vea afectada dentro de un cierto período de tiempo por un fenómeno geológico-hidrológico destructivo; estos rasgos se expresan en la tabla 6.1:
Tabla 6.1 Rangos de Peligrosidad
Grado de Característica peligrosidad Condición en la cual las características físicas, geológicas e Muy Alta hidrológicas, se ven afectadas por factores de alto impacto para su estabilidad. Condiciones que afectan a dos o más factores hidrológicos, Alta geológicos y físicos. Parámetros geológicos, hidrológicos y morfométricos estables o Media en condiciones óptimas.
Baja Condiciones ideales para la buena estabilidad de la cuenca.
Las variables de precipitaciones estimadas en años venideros reflejan el comportamiento de las precipitaciones máximas para cierto período de tiempo. El punto de partida para estimar cuando y cual será la subcuenca más peligrosa o con mayor problemática no es sencillo, depende de factores tales como el clima, la vegetación, actividades antropogénicas y Conclusiones problemas ambientales como la deforestación. En este trabajo se realizó una estimación que puede indicar cuales son las áreas dentro de las subcuencas que son más susceptibles ante un fenómeno desastroso y que permita identificar el grado de peligrosidad para cada una de ellas. Los resultados son evidentes mediante esta metodología realizada, la cual permitió llegar a la conclusión de que las subcuencas alcanzan rangos propios de peligrosidad y vulnerabilidad, es por ello que las subcuencas se clasifican de acuerdo a la tabla 6.2.
Tabla 6.2 Rangos de peligrosidad por subcuenca
Grado de Subcuenca peligrosidad
Muy Alta Subcuenca “c” Río del Peñón
Alta Subcuenca “a” Río Nazas-Rodeo
Media Subcuenca “b” Río de San Juan
Baja Subcuenca “d” Arroyo de Naitcha
124 Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG Referencias
Figura 8.1 Mapa de Rangos de Peligrosidad de la Cuenca Nazas-Rodeo
Finalmente a la unión del Mapa de Sobreposición de Capas Temáticas para la Zonificación de Riesgos y al Mapa de Rangos de Peligrosidad en base a los resultados de los parámetros morfométricos, se llego al Mapa de Riesgos de la Cuenca Nazas-Rodeo.
Debido a las características heterogéneas de las subcuencas que pertenecen a la Cuenca Nazas-Rodeo, es necesario realizar un estudio más detallado de riesgo, debido a la magnitud y extensión de las subcuencas. De acuerdo al panorama que se observa, este análisis preliminar se enfoca a las primeras etapas de planeación, identificación y evaluación de zonas de riesgo, en donde se realizó un estudio generalizado destacando el comportamiento que pueda llegar a presentar diversos escenarios en cada una de las subcuencas, enfocados principalmente a la predicción de eventos torrenciales y sus consecuencias.
Modelación de la dinámica hidrológica y erosiva en barrancos de la cuenca del Río Nazas – Rodeo mediante un SIG 125
Conclusiones
Del total de agua que precipita en la cuenca, no toda llega de manera directa hacia una corriente de agua más grande; es necesario llevar a cabo un balance hidrológico, el cual proporcione información referente a la evaporación, la transpiración, usos consuntivos de los volúmenes de agua sobrantes y los volúmenes de agua flotantes para un almacenamiento en vasos y cauces. Asimismo, también es posible realizar un estudio de la disponibilidad y cantidad de agua que ofrece cada subcuenca para un análisis más detallado.
Es recomendable llevar acabo un análisis a detalle con la ayuda de censos de población, con la finalidad de conocer que tan informada esta la gente ante un fenómeno natural, dando a conocer medidas y planes de desarrollo.
En las zonas de alto y mediano riesgo, localizadas en este trabajo, es importante divulgar información preventiva a las poblaciones más vulnerables ante el riesgo de inundación. Es claro que reubicar a estas poblaciones es algo imposible, si bien es cierto que los ríos se pueden regular, controlar y corregir para que en eventos posteriores dejen de ser problema para los habitantes ubicados en zonas de alto riesgo. Es factible establecer para esto, medidas estructurales y no estructurales encaminadas a buscar un equilibrio dentro de la cuenca, que conlleva a generar posibles soluciones para disminuir o evitar, en su caso los efectos que se han presentado en algunas ciudades de nuestro país.
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