Trabajo de Grado

Universidad Tecnológica de Bolívar
Trabajo de Grado Facultad de Ingeniería

Programa de Ingeniería Civil
Incidencia de la cartografía base en la determinación de los parámetros

morfométricos enfocados a estimar los caudales máximos instantáneos asociados a
diferentes períodos de retornos en cuencas no instrumentadas. Caso de estudio: Canal
Ricaurte, Cartagena, Colombia.
Alexandra Sierra Sánchez
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE BOLÍVAR
FACULTAD DE INGENIERÍAS
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL
CARTAGENA DE INDIAS D.T Y C.
MARZO 2021
Incidencia de la cartografía base en la determinación de los parámetros

Ricaurte, Cartagena, Colombia
Trabajo de Grado para Optar al Título de Ingeniero Civil
Director
Óscar Enrique Coronado-Hernández
Ph.D. M Eng. C. E.
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE BOLÍVAR
FACULTAD DE INGENIERÍAS
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL
CARTAGENA DE INDIAS D.T Y C.
MARZO 2021
Cartagena de Indias D. T. y C., MARZO 2021
Señores:
COMITÉ CURRICULAR
Programa de Ingeniería Civil y Ambiental
Facultad de Ingeniería
Ciudad
Respetados Señores:
Por medio de la presente me permito someter para estudio, consideración y aprobación el trabajo de
grado titulado “Incidencia de la cartografía base en la determinación de los parámetros
Ricaurte, Cartagena, Colombia” desarrollada por la estudiante Alexandra sierra Sánchez, en
el marco de su formación como Ingeniera Civil.
Como director del proyecto considero que el proyecto cumple con el alcance y los requisitos
exigidos para tal propósito, por lo que amerita ser presentado formalmente para su evaluación.
Cordialmente,
_________________________
Óscar Enrique Coronado-Hernández
Director de Trabajo de Grado
Cartagena de Indias D. T. Y C., marzo 2021.
Respetados Señores:
Por medio de la presente me permito someter para estudio, consideración y aprobación el

trabajo de grado titulado “Incidencia de la cartografía base en la determinación de los
parámetros morfométricos enfocados a estimar los caudales máximos instantáneos
asociados a diferentes períodos de retornos en cuencas no instrumentadas. Caso de
estudio: Canal Ricaurte, Cartagena, Colombia” desarrollada en el marco de formación
como Ingeniera Civil.
Cordialmente,
________________________________________________
Investigadora
AGRADECIMIENTOS
Ante todo, quiero darle gracias a Dios por su infinita gracia, por permitir que concluyera este proyecto
conforme a su voluntad y por todas las enseñanzas adquiridas mediante todo el proceso. Gracias a
mis padres por su apoyo incondicional, a mis amigos por su constante motivación y colaboración. Sin
duda alguna muchas gracias a mi tutor Oscar E. Coronado por su dedicación y disponibilidad, por
valorar cada entrega y siempre motivarme a seguir y concluir con los objetivos planteados. Gracias a
la universidad tecnológica de Bolívar por la formación recibida, haciendo posible que adquiriera los
conocimientos necesarios para el desarrollo de este proyecto.
“Deja en manos de Dios todo lo que haces y tus proyectos se harán realidad”
Proverbios 16:3 (RVR1960)
I
RESUMEN
Los caudales máximos son de gran importancia para el manejo y uso apropiado de la red
hídrica de una cuenca, por esta razón se deben analizar los parámetros hidrológicos que
intervienen en su cálculo. El siguiente trabajo tiene como objetivo analizar la incidencia de
la cartografía base en la determinación de los parámetros morfométricos que intervienen en
la estimación de los caudales máximos instantáneos asociados a diferentes períodos de
retornos en cuencas no instrumentadas. Se ha utilizado como caso de estudio el Canal
Ricaurte de Cartagena, Colombia. Para ello se partió de la delimitación del área de la cuenca
mediante dos tipos de cartografías distintas: la primera usando el DEM de 90x90
(denominada DEM); y la segunda, las curvas de nivel exportadas de Google Earth
(denominada GE). En cada saso se determinó el tiempo de concentración mediante distintitas
fórmulas de la literatura (Kirpich, Témez, Bureau, TR-55). En los resultados obtenidos se
compararon los caudales máximos instantáneos con valores de referencia, los cuales fueron
adoptados considerando el área de drenaje presentada en el Plan maestro de drenajes
pluviales de Cartagena y el tiempo de concentración determinado con la ecuación planteada
por Urban Hidrology for small watersheds, Tecnical relese 55 (1986), por ser estos los
parámetros morfométricos con mayor confiabilidad considerando la información disponible.
Entre los resultados se destaca que los caudales máximos obtenidos mediante el modelo GE
tiene un mayor ajuste de bondad con los caudales de referencia, y dentro de las ecuaciones
utilizadas para el cálculo del tiempo de concentración, el caudal de mayor ajuste al de
referencia es el obtenido mediante la ecuación de Kirpich. De los resultados obtenidos se
pudo observar que los parámetros que parten de la red de drenaje (longitud de los cauces
principales) de las distintas subcuencas, son los que mayor inciden el cálculo del Tc y
posteriormente en los caudales. De modo que su variabilidad en los distintos modelos está
relacionada directamente con el área establecida, las características de las pendientes, el
transito del caudal y el evento de precipitación.
Palabras claves: Cuenca, Tiempo de concentración, Caudales máximos
II
TABLA DE CONTENIDO
AGRADECIMIENTOS ....................................................................................................................... I
RESUMEN.......................................................................................................................................... II
LISTA DE TABLAS ........................................................................................................................... V
LISTA DE ILUSTRACIONES .......................................................................................................... VI
1. TÍTULO ...................................................................................................................................... 1
2. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 2
3. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ........................................................................................... 3
4. OBJETIVOS ............................................................................................................................... 4
4.1. Objetivo general ................................................................................................... 4
4.2. Objetivos específicos............................................................................................ 4
5. JUSTIFICACIÓN........................................................................................................................ 5
6. MARCOS DE REFERENCIA .................................................................................................... 7
6.1. Marco teórico ....................................................................................................... 7
6.1.1. Tiempos de concentración .......................................................................................... 7
6.1.1.1. Kirpich...................................................................................................................... 7
6.1.1.2. Bureau ..................................................................................................................... 7
6.1.1.3. Témez ...................................................................................................................... 7
6.1.1.4. Technical Release 55 (TR-55)................................................................................... 8
6.1.2. Método de conservación SCS .................................................................................... 10
6.1.3. Método de Muskingum-Cunge ................................................................................. 11
6.1.4. Análisis estadístico .................................................................................................... 12
6.2. Estado del arte. ................................................................................................... 12
7. CASO DE ESTUDIO: CUENCA DEL CANAL RICAURTE, CARTAGENA, COLOMBIA 15
7.1. Localización ....................................................................................................... 15
7.2. Características morfométricas ............................................................................ 16
8. METODOLOGÍA ..................................................................................................................... 18
8.1. Delimitación de la cuenca .................................................................................. 18
8.2. Cálculo de los parámetros morfométricos .......................................................... 18
8.3. Cálculo de los tiempos de concentración ........................................................... 19
III
8.4. Cálculo del número de curva y abstracciones iniciales ...................................... 19

8.5. Geometría de los canales .................................................................................... 20
8.6. Precipitación ....................................................................................................... 20
8.7. Alimentación de los modelos en HEC-HMS 4.3 ............................................... 21
8.8. Análisis estadístico ............................................................................................. 21
10. RESULTADOS Y ANALISIS .............................................................................................. 24
10.1. Morfometría obtenida con cartografía de Google Earth Pro (GE) ..................... 24
10.2. Morfometría obtenida con cartografía del DEM (DEM) ................................... 26
10.3. Resultados de los caudales obtenidos................................................................. 28
10.4. Análisis ............................................................................................................... 32
10.5. Análisis estadístico ............................................................................................. 38
11. CONCLUSIONES ................................................................................................................ 43
12. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................... 45
IV
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Coeficiente de Manning para el flujo laminar .......................................................... 9

Tabla 2 Parámetros morfométrico de la cuenca Ricaurte Plan Maestro............................... 16
Tabla 3. Tiempo de concentración para la cuenca de referencia. Datos del Plan Maestro .. 17
Tabla 4. Grupos Hidrológicos del suelo para el método de infiltración del soli conservation
service .................................................................................................................... 20
Tabla 5. Puntos de Referencia .............................................................................................. 22
Tabla 6. Parámetros morfométricos del modelo GE ............................................................ 25
Tabla 7. Parámetros morfométricos y tiempos de concentración para las subcuencas del
modelo GE ............................................................................................................. 25
Tabla 8. Parámetros morfométricos del modelo DEM ......................................................... 27
Tabla 9. Parámetros morfométricos y tiempo de concentración para las subcuencas del
modelo DEM ......................................................................................................... 27
Tabla 10. Caudales para los distintos periodos de retorno de la cuenca Plan maestro
(Referencia) ........................................................................................................... 29
Tabla 11. Caudales para los distintos periodos de retorno del modelo GE .......................... 30
Tabla 12. Caudales para los distintos periodos de retorno del modelo DEM ...................... 31
Tabla 13. Parámetros morfométricos para cada modelo de cuenca. .................................... 32
Tabla 14. Caudales máximos asociados a diferentes periodos de retorno (m3/s), ecuación Tc
Bureau. ................................................................................................................... 34
TR-55 ..................................................................................................................... 35
Témez .................................................................................................................... 35
Tabla 17. Hidrogramas de crecida para un periodo de retorno de 5, con cada ecuación de Tc
para cada modelo de cuenca. ................................................................................. 36
Tabla 18. Determinación del R2 del modelo GE para un periodo de retorno de 5, 10, 25, 50
y 100 años respectivamente. .................................................................................. 38
Tabla 19. Determinación del R2 del modelo DEM para un periodo de retorno de 5, 10, 25,
50 y 100 años respectivamente .............................................................................. 38
Tabla 20. Determinación del R2 de la cuenca Plan maestro para un periodo de retorno de 5,
10, 25, 50 y 100 años respectivamente. ................................................................. 38
Tabla 21. Qestimado vs Qreferencia para los periodos de retorno de 5,10, 25, 50 y 100 años para
el modelo de la cuenca DEM ................................................................................. 40
Tabla 22 Qestimado vs Qreferencia para los periodos de retorno de 5,10, 25, 50 y 100 años para el
modelo GE ............................................................................................................. 41
Tabla 23. Qestimado vs Qreferencia para los periodos de retorno de 5,10, 25, 50 y 100 años para
la cuenca Plan Maestro .......................................................................................... 42
V
LISTA DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1. Ubicación de la cuenca del canal Ricaurte ..................................................... 15

Ilustración 2. Ubicación de los puntos de referencia en la cuenca del canal Ricaurte. ........ 22
Ilustración 3. Flujograma de la metodología propuesta ....................................................... 23
Ilustración 4. Subcuencas para el modelo GE, con su respectiva identificación.................. 24
Ilustración 5. Subcuencas para el modelo DEM, con su respectiva identificación .............. 26
Ilustración 6. Diferencia entre las subcuencas de los modelos GE y DEM ......................... 32
Ilustración 7.Comparacion de los parámetros morfométricos de los modelos con la cuenca
de referencia........................................................................................................... 33
Ilustración 8. Hidrogramas de crecida en la desembocadura de cada modelo de Cuenca con
cada ecuación de Tc, para los distintos periodos de retorno .................................. 37
VI
1. TÍTULO
Incidencia de la cartografía base en la determinación de los parámetros morfométricos
enfocados a estimar los caudales máximos instantáneos asociados a diferentes períodos de
retornos en cuencas no instrumentadas. Caso de estudio: Canal Ricaurte, Cartagena,
Colombia
1
2. INTRODUCCIÓN
Para poder determinar los caudales máximos de diseños asociados a diferentes períodos de
retorno en cuencas no instrumentadas es necesaria la determinación correcta de los
parámetros morfométricos de la cuenca de estudio (Gaspari et al., 2009). En la actualidad,
son muchos los archivos cartográficos que podemos encontrar gracias a las herramientas
metodológicas tales como los Sistemas de Información Geográfica (SIG) y la interpretación
de imágenes satelitales, que permiten realizar la caracterización espacio temporal de las
propiedades morfométricas de las cuencas hídricas y de las redes de drenaje (Gaspari et
al.,2012). La cuenca del canal Ricaurte, se caracteriza por ser una cuenca urbana que presenta
muchos problemas de inundación y en donde se pretende dar una solución definitiva al
problema de las inundaciones. Esta cuenca presenta problemas de crecimiento desarticulado
y progresivo de las viviendas dentro de la misma, deficiente normatividad urbanística
reguladora del espacio público, invasión de zonas de retiro y cauces, sedimentos y basuras,
esto a su vez produce grandes caudales de flujo a través de ella; lo que produce inundaciones
en cuenca media y baja del canal. Siendo esta cuenca un tema a discusión de gran interés,
dado a la problemática que se evidencia y a los pocos estudios que se tienen de ella, se
pretende analizar la variabilidad de los caudales obtenidos a partir de diferentes metodologías
cartográficas para la caracterización morfométrica, por medio de la modelación de un DEM
y curvas generadas a parir de Google Earth Pro, para así conocer la sensibilidad en la
estimación de los caudales máximos de diseño, tomando como referencia los datos que se
tienen de ella registrados en el Plan Maestro de Cartagena de indias (Alcaldía Mayor de
Cartagena de Indias, 2006). Haciendo uso de las diferentes herramientas de sistemas de SIG
tales como; ArcGIS 10.5 (1999), Web GPS Visualizer (Schneider, 2003) y Google Earth Pro,
(Google, 2001) y modelación hidrológica en HEC- HMS 4.3.
2
3. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
La cuenca del canal Ricaurte presenta a lo largo de su cauce problemas de inundación que
afectan a toda la población residente, esta es una problemática que se ha evidenciado por
mucho tiempo a la cual no se le ha podido dar una solución efectiva. Los modelos aplicados
a cuencas en Colombia son provenientes de otros lugares, los cuales se ajustan por distintos
parámetros que pueden variar dependiendo la cartografía base que se use para obtenerlos, por
ello se plantea en el siguiente trabajo dos metodologías para la caracterización de la Cuenca
del canal Ricaurte provenientes de dos tipos de cartografías para analizar la variación e
incidencia de los parámetros morfométricos en los caudales máximos de diseño en distintos
periodos de retorno.
3
4. OBJETIVOS
4.1. Objetivo general
Analizar la incidencia de la cartografía base en la determinación de los parámetros
morfométricos que intervienen en la estimación de los caudales máximos instantáneos
asociados a diferentes períodos de retornos en cuencas no instrumentadas. Caso de estudio el
Canal Ricaurte de Cartagena, Colombia.
4.2. Objetivos específicos

• Delimitar la cuenca del canal Ricaurte por medio de dos fuentes cartográficas un
DEM y curvas de nivel exportadas desde Google Earth Pro, utilizando herramientas
de SIG.
• Calcular los parámetros morfométricos de la cuenca del canal Ricaurte.
• Calcular el tiempo de concentración por diferentes fórmulas establecidas en la
literatura, para conocer su influencia en la determinación en los caudales máximos.
• Obtener los caudales máximos asociados a diferentes periodos de retorno empleando
el modelo de lluvia-escorrentía.
• Comparar los caudales máximos asociados a diferentes periodos de retornos
determinados a partir de diferentes metodologías para la delimitación de las cuencas
hidrográficas y la estimación del tiempo de concentración con base en el modelo
lluvia escorrentía que mejor se adapta a las condiciones de la cuenca.
4
5. JUSTIFICACIÓN
Muchos de los desastres naturales de tipo hidrológicos en el mundo, en este caso las
inundaciones, se relacionan directamente con el comportamiento del flujo de agua dentro de
una cuenca, la cual pasa por diferentes procesos hasta que cierta porción del agua que entra
a la cuenca hidrográfica gracias a la precipitación sale de ésta en forma de escorrentía
superficial (Monroy, J.2010). Las inundaciones representan un problema socio-económico
en las ciudades de la región, afectando directamente a la población involucrada y las
infraestructuras, debido a los malos estudios, diseños o materiales de construcción, por lo
que se debe hacer un estudio detallado con el debido análisis de todos los parámetros que se
encuentran involucrados, y las características de la cuenca.
Cartagena de indias posee una topografía plana que contribuye a problemas de inundaciones,
las cuales presentan anualmente pérdidas humanas y económicas que afectan al 71% de la
población de la ciudad (Jiménez, M. 2013). La cuenca del canal Ricaurte, es una de las
cuencas urbanas de Cartagena más grandes, que, en varios sectores del canal, presenta
problemas de inundación ante altos eventos de precipitación. Una de las características más
importantes de las cuencas urbanas es su bajo índice de infiltración y su alto coeficiente de
escorrentía, ocasionando un aumento en los caudales para el diseño de futuros canales. Estos
caudales son afectados por las características morfométricas de la cuenca, el manejo de datos
de precipitación y el buen criterio por parte del ingeniero. Dentro de la hidrología son muchos
las metodologías que se llevan a cabo para obtener estos valores, partiendo desde la
delimitación de la cuenca, variando así el resultado final. Realizar un análisis de variabilidad
dentro de estos modelos nos lleva a tomar las mejores decisiones, asignar los valores
adecuados y correspondientes para el cálculo de los caudales, y así garantizar el éxito de un
buen proyecto.
Considerando desde un inicio la variación que se presenta al momento de delimitar una

cuenca y los parámetros a partir de diferentes fuentes cartográficas, arroja factores incidentes
y determinantes en los resultados de los caudales, como lo es el área y demás parámetros
5
morfométricos. La manipulación de fórmulas empíricas basadas en modelos aplicativos a

cuencas de otros países hace desconocer parcialmente que tan sensibles son los parámetros
que lo conforman y de qué forma se afectará la precisión y ajustes de los resultados aplicados
a un lugar distinto. Bajo esta problemática se pretende dejar a través de este trabajo la
metodología de mejor ajuste para este estudio e identificar los factores que inciden en la
variación de los caudales máximos de diseños, para así contribuir al manejo adecuado de la
cuenca.
6
6. MARCOS DE REFERENCIA
6.1. Marco teórico
6.1.1. Tiempos de concentración
6.1.1.1. Kirpich
Kirpich (1940) desarrolló una ecuación empírica, a partir de información antecedente de

siete cuencas rurales estadounidenses, Utilizable en cuencas de tamaño medio, pendiente
considerable y diseñada para suelos dedicados al cultivo. Se basa en la siguiente fórmula:
𝑇𝑐 = 0.0195𝐿0.77 ∗ 𝑆 −0.385 ( 1)
Dónde:
Tc= tiempo de concentración (minutos)
L= longitud máxima a la salida (m)
S= pendiente media del lecho (m/m)
6.1.1.2. Bureau
(0.871 ∗ 𝐿3/∆𝐻)0.385 ( 2)
𝑇𝑐 = 60 ∗
60
Donde:
Tc = tiempo de concentración, en horas.
L= longitud axial en km
∆H = diferencia de nivel en metros.
6.1.1.3. Témez
Aplicado para cuencas de 1 km2 hasta 3.000 km2 y con tiempos de concentración desde los
15 minutos hasta las 24 horas.
7
𝐿
𝑇𝑐 = 0.30 ∗ ( )0.77 ( 3)
𝑆𝑚0.25
Donde:
Tc = tiempo de concentración, en horas.
L = longitud del cauce principal, en km
Sm = Pendiente media, en %.
6.1.1.4. Technical Release 55 (TR-55)
Tiene en cuenta el tiempo en el que tarda una gota de agua en viajar hidráulicamente desde
el punto más lejano de la cuenca hasta el punto de interés. Tc es calculado como la suma de
varios tiempos de viaje en el sistema de drenaje, de la siguiente manera:
𝑇𝑐 = 𝑇𝑡1 + 𝑇𝑡2 + 𝑇𝑡3 + ⋯ + 𝑇𝑡𝑚 ( 4)
Donde m es el número de segmentos.

Esta metodología define tres tiempos que se identifican en cualquier cuenca:
• Tiempo de viaje para flujo laminar: este es el tipo de flujo sobre superficies planas y
ocurre generalmente en la parte alta de las corrientes. Para su cálculo puede emplearse la
siguiente ecuación:
0.002886(𝑛𝐿)0.8
𝑇𝑡1 =
(𝑃2/1000)0.5 ∗ 𝑆 0.4 ( 5)
Tt1: es el tiempo de viaje para flujo laminar, en horas.

L: es la longitud del segmento, en m.
P2: en la precipitación máxima en 24 horas, en mm
S: es la pendiente media, en m/m
8
n: es el coeficiente de Manning (ver Tabla 1).
Tabla 1. Coeficiente de Manning para el flujo laminar
Surface description n
Smooth surfaces (concrete, asphalt, gravel, or bare

soil).......................................................................................... 0.011
Fallow (no residue)…............................................................... 0.05
Cultivated soils:
Residue cover ≤ 20%................................... 0.06
Residue Cover ≥20%.................................... 0.17
Grass:
Short grass prairie…..................................... 0.15
Dende grasses…........................................... 0.24
Bermusagrass…........................................................................ 0.41
Range (natural) …..................................................................... 0.13
Woods
Lisht underbrush…........................................ 0.40
Dense Underbrush…..................................... 0.80
Fuente: (Urban Hydrology for small watersds, Tecnical relese 55,1986)
• Tiempo de viaje flujo concentrado superficial: después de 91.5 m el flujo laminar se

convierte en flujo concentrado y para su determinación pueden usarse las expresiones que
se relacionan a continuación:
𝑉 = 6,91976 √𝑆, para superficies pavimentadas ( 6)
𝑉 = 4,919 √𝑆, para superficies no pavimentadas ( 7)
𝐿
𝑇𝑡2 =
3600𝑉 ( 8)
Donde:
Tt2: es el tiempo de viaje para el flujo concentrado superficial, en horas.
9
V: es la velocidad media en m/s.

L: es la longitud del segmento, en m.
• Flujo tipo canal: para determinar la velocidad media de flujo (V) en los canales puede
emplearse la ecuación de Manning o los perfiles de flujo, y se selecciona el caudal a
banca llena para su determinación.
𝐿
𝑇𝑡3 =
3600𝑉 ( 9)
6.1.2. Método de conservación SCS
Determina el umbral de escorrentía a través del número de curva (CN), teniendo en cuenta
las condiciones del terreno, el tipo de hidrología del suelo dependiendo la textura,
permeabilidad, el uso de la tierra, tratamiento y condición. (Urban Hydrology for small
watersds, Tecnical relese 55,1986).
(𝑷 − 𝟎, 𝟐𝑺)𝟐
𝑸=
𝑷 + 𝟎, 𝟖𝑺 ( 10)
“S” es la diferencia potencial máxima entre P y Q a la hora que se inicia la tormenta y

representa proporcionalmente la pérdida de escorrentía por infiltración, intercepción y
almacenamiento superficial. Se expresa en función del Número de Curva (CN), mediante
la siguiente ecuación:
𝟏𝟎𝟎𝟎
𝑺 = 𝟐𝟓, 𝟒 ∗ ( − 𝟏𝟎)
𝑪𝑵 ( 11)
S: en mm
CN: Número de Curva
10
Y las abstracciones iniciales se calcula como:
𝑰𝒂 = 𝟎, 𝟐 ∗ 𝑺
( 12)
6.1.3. Método de Muskingum-Cunge
Propuesto por Cunge en 1969, es un método de transito de avenida basado en el método de

Muskingum en el cual incorpora gastos laterales (entrada y salida) y calcula los hidrogramas
en varias secciones transversales de un tramo:
𝑗+1 𝑗+1 𝑗 𝑗
𝑄𝑖+1 = 𝐶1 𝑄𝑖 + 𝐶2 𝑄𝑖 + 𝐶3 𝑄𝑖+1
( 13)
Donde los parámetros Ci se definen en función de los parámetros K y X del método de

Muskingum (Cunge,1969), siendo esta una ecuación aproximada de las ecuaciones de ondas
cinemáticas, la cual también puede considerarse una solución aproximada de la ecuación de
difusión modificada si:
∆𝑥
𝐾=
𝑐 ( 14)
1 𝑄
𝑋 = (1 − )
2 𝐵𝑆𝑜 𝑐∆𝑥 ( 15)
Donde,
∆x=Longitud del tramo del cauce considerado
c =velocidad media m
m =aproximadamente 5/3 para cauces naturales amplios
So = pendiente media del cauce (adimensional)
Q = caudal
11
B = anchura del cauce, para lo cual se debe cumplir que, 0≤X≤ ½.
6.1.4. Análisis estadístico
Coeficiente de determinación o coeficiente de correlación múltiple, el cual se denota con

(R2), refleja la bondad del ajuste de un modelo en relación a una variable de referencia. Su
determinación está entre 0 y 1, cuando más cercano sea el valor a uno, tendrá un mejor ajuste
del modelo a la variable que se pretende aplicar, por el contrario, resultará del modelo algo
no fiable.
𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑛𝑧𝑎 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑑𝑎 𝑎 𝑙𝑎𝑠 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑙𝑒𝑠 𝑖𝑛𝑑𝑒𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠

𝑅 2 = 𝑆𝐶𝑅/𝑆𝐶𝑇 = ( 16)
𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑛𝑧𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
6.2. Estado del arte.
De manera general son muchas las investigaciones que se han realizado del tipo hidrológico
por medio de herramientas SIG, teniendo en cuenta diferentes fuentes cartográfica, en
distintas áreas de estudio con fines específicos, conociendo así las características
morfométricas de las cuencas y su comportamiento hídrico ante cambios climáticos y eventos
de precipitación, de las cuales destacamos el trabajo realizado por Geraldi, Piccolo & Perillo
(2010) quienes mediante una cartografía con curvas de nivel equidistantes a 2,5 m y la
ejecución en el programa Arc Gis lograron realizar por primer vez la clasificación de las
subcuencas de la cuenca las encadenadas, Buenos aires. En el mismo sentido, Toppi (2011)
determina las características morfométricas de la cuenca del Rio Ñacundamy, su
comportamiento hidrológico y los usos temporales del suelo a lo largo del tiempo, a partir de
un modelo de elevación Digital (ASTER GDEM 30m – SRTM – 90m) del Servicio
Geológico de los Estados Unidos (GLOVIS USGS - NASA), el cual fue digitalizado en el
programa ArcGIS10.2, identificando problemas de erosión y cambios temporales en el uso
del suelo en un periodo de 10 años.
12
Diaz, Guacaneme & Alonso (2017), estimaron los caudales máximos de diseño de la
quebrada el Diamante mediante la evaluación del método racional, de manera manual y
mediante el software HEC-HMS 4.3 (1992), concluyendo que los caudales obtenidos por el
método racional son mayores en relación con otros medios evaluados. En el caso de Bermeo,
León & López (2018), realizaron una comparación entre los caudales obtenidos por varios
métodos de los hidrogramas unitarios, SCS, SNYDER y CLARK, usando modelos lluvia-
escorrentía; con lo que lograron concluir que los caudales máximos obtenidos para cada uno
de los periodos de retorno, así como para cada uno de los métodos no presentan desviaciones
significativas en los resultados de un método a otro. Sandoval, E. &Aguilera, E. (2014)
realizan un estudio a una cuenca no instrumentada, analizando los resultados de los caudales
obtenidos mediante la fórmula racional, la formula modificada de veni-King y la fórmula de
Témez, comparando el tiempo de concentración calculado mediante las fórmulas de Kirpich,
Témez, V.T. Chow, Giandotti, Goroshkov, escogiendo el más adecuando (Goroshkov) para
el cálculo del caudal.
En su mayoría, estas investigaciones para el cálculo de caudales máximos de diseño, parten

de la delimitación de la cuenca, mediante SIG, siendo este trabajo una investigación
comparativa por varios modelos, es de gran importancia evaluar de primera los modelos con
que realizaremos la delimitación de la cuenca, la cual incide en la determinación de los
caudales máximos y conocer la precisión de estos mismos, a continuación se tienen dos
importantes investigaciones de gran uso para determinar la validez y los posibles futuros o
variación en los resultados. La primera, realizada por Presutti (s.f.) quien en su investigación
desarrolla una metodología para la evaluación de la calidad de los DEMs generados a partir
de curvas de nivel, llegando a la conclusión de que la fidelidad de un DEM dependerá en
gran medida de la rugosidad del terreno y de la resolución del DEM. Y la segunda, realizada
por Quesada & Marsik(2012), quienes realizan la precisión de un MED(Modelo de elevación
digital) , obteniendo como resultado que las pruebas estándar proveen una medida global de
exactitud de elevación, pero están limitadas en su explicación de tipo y de distribución de
error. Denotando que ningún MED ráster es una representación perfecta de la topografía real,
debido a las limitaciones abstractas de él y su complejidad.
13
Estudiando un poco el tema localmente, en Cartagena tenemos dentro de los estudios

realizados a la cuenca del canal Ricaurte, el proporcionado por el Plan Maestro Pluvial de
Cartagena, realizado en el año 2009 por el Consorcio consultores cartageneros, Alcaldía
Mayor de Cartagena de Indias. (2006). Estudios y diseños del plan maestro de drenajes
pluviales del distrito de Cartagena de Indias. Cartagena de Indias, Colombia. La relevancia
de este documento como antecedente para este proyecto de grado radica en que es un
documento formal y de conocimiento público que tomaremos con referencia para comparar
las dos metodologías usadas.
Por otra parte, tenemos a Pérez (2016) quien realizó un análisis hidráulico del canal Ricaurte
de la ciudad de Cartagena. Haciendo uso del programa HEC-RAS 4.1, la metodología se basó
en recolectar información relacionada con la geometría y comportamiento hidrológico del
canal Ricaurte, incluyendo los datos del plan maestro, se pudo concluir que el canal Ricaurte
presenta déficit de desempeño en la evacuación de la escorrentía pluvial generada dentro de
su cuenca tributaria; es decir, Para cada una de las especificaciones mínimas hechas por el
Reglamento Colombiano de Agua y Saneamiento Básico para periodos de retorno de eventos
de lluvia de diseño de canales de escorrentía pluvial la capacidad del canal Ricaurte es
insuficiente para evacuar las aguas lluvias sin que se generen inundaciones en las zonas
aledañas.
14
7. CASO DE ESTUDIO: CUENCA DEL CANAL RICAURTE, CARTAGENA,

COLOMBIA
7.1. Localización
La cuenca del canal Ricaurte, ubicada en la ciudad de Cartagena, Bolívar, se identifica como
una de las cuencas urbanas que conforman esta Ciudad, la cual drena sus aguas a la ciénaga
de la Virgen. La cuenca está conformada por 27 barrios, los cuales son: El Socorro, Blas de
Lezo, San Pedro, Santa Mónica, Los Alpes, La Caracola, Contadora, Las Gaviotas, San
Antonio, Chipre, La Floresta, Las Gaviotas, Cinco de Noviembre, República de Venezuela,
Chiquinquirá, Trece de Junio, Olaya Herrera, sector Ricaurte y Central, Tesca, El Rubí, Villa
Sandra, Los Ángeles, las Delicias, San Fernando, Nueva Jerusalén, Alameda la Victoria,
Nelson Mandela y La Consolata.
Limita al norte con la Ciénaga de la virgen, al sur con el barrio Nelson Mandela, al occidente
limita Desde Villas del Rosario, El Carmelo, Los Caracoles, Escallón Villa, San Fernando y
Villa Rubia, Los Caracoles, Las Gaviotas y el Canal Chiquinquirá y al oriente limita con El
canal Matute y El canal Maravilla.
Ilustración 1. Ubicación de la cuenca del canal Ricaurte
Fuente: Google Maps, Google Earth (Google, 2001)
15
Según el Departamento Administrativo de Valorización Distrital (2008), el canal Ricaurte

está conformado por varios sectores, el sector El Socorro, Emiliano Alcalá, Blas de Lezo,
San Fernando, Chiquinquirá, Juan José Nieto, Las Gaviotas y el sector Ricaurte.
7.2. Características morfométricas
Los parámetros morfométricos para la cuenca del canal Ricaurte teniendo en cuenta los datos
del Departamento Administrativo de Valorización Distrital (2008) son organizados en la
Tabla 2. Para la cuenca se evidencia una división de diez subcuencas mayores, las cuales
serán las referentes para el análisis.
Tabla 2 Parámetros morfométrico de la cuenca del canal Ricaurte, Plan Maestro
Parámetro Valor Unidades

Área (A) 7,46 km2
Perímetro (P) 22,09 km
longitud axial (L) 4,38 km
Ancho de la cuenca (B) 1,56 km
Longitud del cauce principal (Lc) 5,60 km
Altura máx. 65,00 m
Altura min. 4,00 m
Pendiente de la cuenca 0,90 %
Fuente: Departamento Administrativo de Valorización Distrital (2008)
El tiempo de concentración para cada una de las subcuencas de referencia del estudio, fue
calculado con los parámetros necesarios proporcionado en el plan maestro, los resultados se
presentan a continuación.
16
Tabla 3. Tiempo de concentración para la cuenca de referencia. Datos del Plan Maestro
Tiempo de concentración
Subcuenca Tc Kirpich (Hora) Tc Bureau (hora) Tc Teméz (hora) TR-55 (hora)
A1 1,528 0,793 0,820 0,63

A10 0,353 0,391 0,234 0,13
A2 0,559 0,672 0,251 0,29
A3 0,441 0,364 0,275 0,42
A4 0,574 0,378 0,377 0,97
A5 0,617 0,394 0,379 1
A6 0,633 0,425 0,530 0,27
A7 0,609 0,504 0,403 0,29
A8 0,263 0,393 0,170 0,49
A9 0,252 0,314 0,143 0,11
Fuente: Departamento Administrativo de Valorización Distrital (2008)
17
8. METODOLOGÍA
El siguiente trabajo abarca el estudio de la cuenca del canal Ricaurte, con el que se pretende
demostrar que tanto varían los resultados de las características de la cuenca por varios
métodos para la delimitación. La metodología de estudio que se desarrollará en el cuerpo de
trabajo es de tipo analítica, dando paso a una investigación exploratoria, partiendo de la
ubicación de la cuenca dentro de Cartagena y de diferentes mecanismos que harán posible la
investigación, los cuales veremos a continuación.
8.1. Delimitación de la cuenca

Como fase inicial, para la delimitación de la cuenca se consideró dos métodos cartográficos:
el primero, unas curvas de nivel sacadas desde Google Earth Pro (Google, 2001). mediante
un formato kml procesado en la página Web GPS Visualizer (Schneider, 2003) para obtener
los puntos de elevación, denominado GE y el segundo, un DEM tomado del Servidor
geológico de los estados unidos (USGS), denominado como DEM, proporcionado por la
página de la NASA. El proceso de delimitación de la cuenca por cada modelo se ejecutó con
ayuda del programa ArcGIS 10.5.
8.2. Cálculo de los parámetros morfométricos

El cálculo de los parámetros morfométricos de las cuencas, en su mayoría se obtuvieron
mediante las herramientas que nos proporciona ArcGIS 10.5, estos parámetros fueron:
• Área de la cuenca (A)

• Perímetro de la cueca (P)
• Longitud del cauce principal (lc)
• Pendiente media de la cuenca (s)
Para la delimitación de las subcuencas, con las curvas de nivel de cada modelo generadas por
el programa ArcGIS 10.5 se realizó la delimitación manual en el programa AutoCAD 2019,
obteniendo así las mediciones de:
• Área
• Longitud de las corrientes
18
• Altura máx. y min de los cauces principales

• Altura máx. y min de las subcuencas
Para la pendiente media de los cauces principales de cada subcuenca se realizó mediante la
ponderación de cada tramo con significado cambio en su elevación.
8.3. Cálculo de los tiempos de concentración

Para la obtención de los tiempos de concentración mediante las fórmulas de Kirpich, Bureau
y Témez, bastó con los parámetros morfométricos de cada una de las subcuencas. En el caso
del TR-55 se identificó la superficie de los tramos correspondientes en cada tipo de flujo y
así caracterizar su cobertura, los tramos al igual que la pendiente media se dividieron según
los cambios significativos de pendiente a lo largo del cauce. Esta caracterización se pudo
llevar a cabo por medio de Google Earth Pro en donde se cargaron los archivos kml de cada
Cuenca, obtenidos mediante los programas ArcGIS 10.5 y Global Mapper 16.
8.4. Cálculo del número de curva y abstracciones iniciales

Para el cálculo del número de curva y las abstracciones iniciales, fue necesario obtener el
tipo de suelo y su uso, el cual, mediante el sistema de información geográfica del observatorio
ambienta de Cartagena (EPA), se pudo descargar.
Posteriormente estas imágenes fueron cargadas a los archivos de AutoCAD 2019

correspondientes a cada modelo de cuenca, con una medida de referencia se escaló y
superpuso cada modelo encima de las imágenes de tipo de suelo y uso de suelo. Con la
litología correspondiente a cada suelo y los grupos de suelos clasificado por la SCS (ver
Tabla 4) se le asignó el grupo a cada subcuenca.
19
Tabla 4. Grupos Hidrológicos del suelo para el método de infiltración del soli conservation service
Grupo Hidrológico del Suelo Textura del suelo

Arena, arena marga o marga arenosa
A (Capacidad de infiltración mayor a 7,62
mm/h)
Lino Margoso o marga (capacidad de
B
infiltración de 3,81 a 7,62 mm/h)
Margas arcillo arenosa (capacidad de
C
infiltración de 1,27 a 3,81 mm/h)
Marga Arcillosa, marga arcillo limosa,
D arcilla arenosa, arcilla limosa o arcilla
(capacidad de infiltración a 1,27 mm/h)
Fuente: Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico: TÍTULO D
(2016).
De igual forma, para el CN se tuvo en cuenta el tipo de suelo asignado por el POT (2001) y
el numero equivalente planteado para cada uso por Pérez (2016) en base a los ya existentes,
teniendo el grupo se realizó la respectiva asignación, para luego por medio de una
ponderación de acuerdo al área correspondiente de cada tipo de suelo y CN, se obtuvo el CN
correspondiente a esa subcuenca. Posteriormente para cada subcuenca se obtuvo las
abstracciones iniciales (Ia).
8.5. Geometría de los canales

La geometría empleada para los canales fue la suministrada por el plan maestro de Cartagena,
descrita en el documento: Alcaldía Mayor de Cartagena de Indias (2006). Estudios y diseños
del plan maestro de drenajes pluviales del distrito de Cartagena de Indias. Cartagena de
Indias, Colombia.
8.6. Precipitación
Los datos utilizados para el análisis fueron obtenidos mediante la base de datos del IDEAM,
se utilizaron datos multianuales de lluvia máxima de 24 horas de la estación meteorológica
sinóptica ubicada en el aeropuerto Rafael Núñez. Posteriormente se tomó en cuenta los
resultados presentados de las precipitaciones máximas en 24 horas para los periodos de
retorno de 5, 10, 25, 50 y 100 años, de los autores Gonzalez-Alvarez, Coronado-Hernández,
20
Fuertes-Miquel & Ramos (2018). Con ello obtenemos las precipitaciones acumuladas en
intervalos de 15 minutos durante 3 horas, necesarios para la modelación. Se utilizó una
distribución temporal de la lluvia de tres horas considerando los tiempos de concentración
encontrados en la cuenca para cada modelo.
8.7. Alimentación de los modelos en HEC-HMS 4.3

Para la simulación de los modelos planteados en el programa HEC-HMS 4.3 en primera
instancia fue necesario hacer una identificación de cada uno de los componentes (Sub-basin,
reach, y juction) de cada modelo de cuenca, puesto que varias subcuencas su cauce principal
corresponde a un tránsito de avenida, por lo que fue necesario calcular para esas subcuencas
un nuevo tiempo de viaje de la avenida desde la parte más lejana de la cuenca hasta el cauce
principal.
Este caso para el modelo GE se evidencia en las subcuencas GE-1, GE-7 y GE-8, para el
modelo DEM en las subcuencas DEM-1 y DEM-8, y, por último, en la cuenca del Plan
Maestro se evidencia en las subcuencas A1, A9 y A10. Posteriormente cargamos los datos
necesarios de cada modelo para así evaluarlo y obtener los caudales.
8.8. Análisis estadístico

A partir de los valores calculados de los caudales máximos de la cuenca del Plan Maestro en
los distintos periodos de retorno y el Tc calculado planteado en Urban Hidrology for small
watersheds, Tecnical relese 55 (1986) (ecuación verdadera), se realizó el análisis estadístico.
Inicialmente, se realizó una comparación entre los caudales obtenidos para la cuenca del plan
maestro teniendo en cuenta el tiempo de concentración TR-55 (Urban Hidrology for small
watersheds, Tecnical relese 55, 1986) versus los resultados de los caudales máximos
obtenidos a partir de la delimitación de los modelos de cuenca GE y DEM con las ecuaciones
del Tc aplicadas (Kirpich, Témez, Bureau, TR-55). Posteriormente, se selecciona el modelo
de cuenca con los valores más adecuados mediante el coeficiente de correlación (R2). Dentro
de este análisis fue necesario establecer puntos de referencia para poder comparar los
caudales en cada modelo de cuenca, estos puntos corresponden a los presentados en la Tabla
5. y se ubican en la Ilustración 2.
21
Tabla 5. Puntos de Referencia
Coordenadas
Punto
Latitud Longitud
P1 10°24'56.89"N 75°29'17.66"O
P2 10°24'19.24"N 75°29'18.05"O
P3 10°23'32.53"N 75°29'1.83"O
P4 10°23'20.17"N 75°28'51.33"O
P5 10°23'16.37"N 75°28'40.27"O
Fuente: Autor
Ilustración 2. Ubicación de los puntos de referencia en la cuenca del canal Ricaurte.
Fuente: Google Earth Pro (Google, 2001)
Todo esto con la finalidad de determinar el modelo de cuenca que más se ajusta a la cuenca
de referencia.
22
Ilustración 3. Flujograma de la metodología propuesta
Fuente: Autor
23
10. RESULTADOS Y ANALISIS
Los resultados de las modelaciones y características morfométricas para cada modelo, se

presentan de manera separada en los capítulos siguientes, en donde posteriormente se realiza
un análisis entre los resultados de cada modelo teniendo en cuenta sus características
morfométricas y caudales.
10.1.Morfometría obtenida con cartografía de Google Earth Pro (GE)
La delimitación obtenida por medio de los puntos referenciados extraídos de Google Earth
Pro y procesados en ArcGIS 10.5, da como resultado una cuenca con un área de 7,658 km2
y un perímetro de 15,26 km; una elevación máxima de 50 m y una mínima de 2 m, en donde
desemboca su cauce principal, cuya longitud es de 5,21 km. Sobre el cauce principal drenan
nueve subcuencas mayores que toman como nombre GE-1, GE-2, GE-3, GE-4, GE-5, GE-6
GE-7, GE-8 Y GE-9 (Ilustración 4).
Ilustración 4. Subcuencas para el modelo GE, con su respectiva identificación
Fuente: Google Earth Pro (Google, 2001)
24
Los parámetros morfométricos fueron calculados para el modelo de cuenca de manera

general (Tabla 6) y a su vez para cada una de las subcuencas establecidas (Tabla 7), mediante
estos parámetros fue posible calcular el Tc de cada una de ellas.
Tabla 6. Parámetros morfométricos del modelo GE

Área (A) 7,6528 km2
Altura máx. 50 m
Altura min 2 m
Fuente: Autor
El tiempo de concentración para el modelo GE se calculó de manera general con la ecuación

de Kirpich, obteniendo un tiempo de 1,89 horas. El cálculo para cada una de las subcuencas,
realizado teniendo en cuenta las diferentes ecuaciones establecidas por Kirpich, Teméz,
Bureau y TR-55, se resume en la Tabla 7.
Tabla 7. Parámetros morfométricos y tiempos de concentración para las subcuencas del

modelo GE
Longitud Tiempo de concentración

longitud Longitud
Área Perímetro(P) del cauce Tc Tc Tc
Subcuenca axial de las TR-55
(A) km2 km principal
(L) km corrientes Kirpich Bureau Teméz (Hora)
(Lc) (Hora) (Hora) (Hora)
GE-1 0,9098 4,34 1,43 1,43 1,547 0,819 0,665 0,507 0,22
GE-2 1,3466 4,94 2,064 1,92 2,145 0,796 0,638 0,478 0,23
GE-3 0,7738 4,23 1,814 1,66 1,66 0,11 0,08 0,107 0,73
GE-4 0,7776 3,824 1,163 0,939 1,031 0,567 0,418 0,407 0,52
GE-5 1,5937 5,64 2,49 2,29 2,29 0,72 0,67 0,565 1
GE-6 0,835 4,75 1,71 1,52 1,52 0,446 0,305 0,288 0,42
GE-7 0,4859 2,58 0,78 0,78 0,981 0,545 0,305 0,322 0,1
GE-8 0,6381 4 1,38 1,38 1,38 0,939 0,615 0,53 0,22
GE-9 0,2932 2,33 0,345 0,345 0,345 2,13 0,793 0,863 0,15
Fuente: Autor
25
10.2.Morfometría obtenida con cartografía del DEM (DEM)
La delimitación obtenida por medio del DEM y procesados en ArcGIS 10.5, nos da como
resultado una cuenca con un área de 5,71 km2 y un perímetro de 12,94 km; una elevación
máxima de 56 m y una mínima de 2 m en donde desemboca su cauce principal, cuya longitud
es de 5,21 km. Sobre el cauce principal drenan nueve subcuencas mayores que toman como
nombre DEM-1, DEM-2, DEM-3, DEM-4, DEM-5, DEM-6, DEM-7, DEM-8 y DEM-9
(Ilustración 5).
Ilustración 5. Subcuencas para el modelo DEM, con su respectiva identificación

Fuente: Google Earth (Google, 2001)
26
Tabla 8. Parámetros morfométricos del modelo DEM

Área (A) 5,7139 km2
Altura máx. 56,0000 m
Altura min 2,0000 m
Fuente: Autor
La Tabla 9 resume los parámetros obtenidos para cada una de las subcuencas mencionadas
anteriormente y el tiempo de concentración para el modelo DEM se calculó de manera
general con la fórmula de Kirpich, obteniendo un tiempo de 2,66 horas. El Tc para cada una
de las subcuencas teniendo en cuenta las diferentes fórmulas establecidas por Kirpich,
Teméz, Bureau y TR-55, se resume en la siguiente tabla:
Tabla 9. Parámetros morfométricos y tiempo de concentración para las subcuencas del

modelo DEM
Longitud Tiempo de concentración

Área longitud del cauce Longitud
Perímetro(P)
Subcuenca (A) axial principal de las Tc Tc Tc
km TR-55
km2 (L) km (km) corrientes Kirpich Bureau Teméz
(Hora)
(Lc) (Hora) (Hora) (hora)
DEM-1 1,27 6,47 2,32 2,3 2,98 0,62 0,79 0,81 0,87
DEM-2 0,21 2,13 0,91 0,59 0,59 0,17 0,29 0,22 0,22
DEM-3 0,28 2,49 0,77 0,53 0,53 0,13 0,23 0,19 0,3
DEM-4 0,58 3,18 1,12 1,17 0,99 0,22 0,29 0,38 0,57
DEM-5 0,84 4,07 1,45 1,12 1,57 0,16 0,35 0,29 0,39
DEM-6 1,33 5,59 2,23 1,8 3,4 0,54 0,51 0,64 0,58
DEM-7 0,49 3,05 1,24 1 1 0,19 0,5 0,31 0,69
DEM-8 0,39 3,52 0,8 0,79 0,79 0,22 0,29 0,32 0,12
DEM-9 0,32 2,39 0,89 0,51 0,77 0,14 0,27 0,18 0,19
Fuente: Autor
27
10.3.Resultados de los caudales obtenidos
En las siguientes tablas se presentan los resultados de los caudales obtenidos para cada
componente de los modelos empleados en el programa HEC-HMS 4.3, los componentes
resaltados en color gris en cada modelo representan aquellos utilizados para el análisis
estadístico, los cuales son puntos que definen en gran medida las corrientes principales del
canal.
28
Tabla 10. Caudales para los distintos periodos de retorno de la cuenca Plan maestro (Referencia)
Q(m3/s)
T5 T10 T25 T50 T100
Área
(km2) kirpich Bureau Témez TR55 kirpich Bureau Témez TR55 kirpich Bureau Témez TR55 kirpich Bureau Témez TR55 kirpich Bureau Témez TR55
A1 1,93 23,4 30,6 30,4 33,2 27,7 36,2 36 39,6 33,5 43,8 43,6 48,3 38,5 50,3 50,1 55,8 45,2 59 58,8 65,9
A2 0,57 8 7,7 9,7 9,2 9,8 9,3 11,9 11,4 12,2 11,5 14,9 14,3 14,4 13,5 17,5 16,9 17,3 16,2 21,1 20,4
A3 0,287 4,3 4,3 4,8 4,3 5,2 5,3 5,9 5,2 6,5 6,7 7,4 6,5 7,6 8 8,7 7,6 9 9,7 10,5 9
A4 0,924 13,3 14,2 14,2 11,4 16,2 17,1 17,1 13,7 20,2 21,6 21,6 17 23,7 25,6 25,6 20 28,4 31,1 31,1 23,9
A5 0,615 8,3 9,1 9,1 7,3 10,1 11,1 11,1 8,8 12,7 13,7 13,8 10,8 15 16,1 16,4 12,7 15 16,1 16,4 12,7
A6 0,82 11,5 12,6 12,1 14,2 13,9 15,2 14,8 17,4 17,4 18,8 18,3 21,7 20,5 21,9 21,5 25,5 24,6 26,1 25,6 30,6
A7 0,84 11 11,6 12,1 12,9 13,4 14,3 14,7 16,1 16,9 17,9 18,3 20,3 20 21 21,4 24,1 24,2 25,3 25,8 29,2
A8 0,694 13,1 11,4 13,8 11,2 15,9 13,8 16,7 13,5 19,7 17,3 20,5 16,6 22,9 20,3 23,8 19,3 27,3 24,4 28,3 22,8
A9 0,256 4,1 3,7 4,3 4,3 5 4,7 5,3 5,3 6,4 5,9 6,6 6,6 7,5 7,1 7,8 7,8 9,1 8,6 9,4 9,4
A10 0,49 7 7 8,1 8,3 8,6 8,6 10 10,2 10,9 10,6 12,5 12,8 13 12,5 14,8 15,1 15,9 15,2 17,9 18,2
Sector Chepa 5,496 74,4 77,9 79 71,7 89,9 95,3 96,1 86,1 112,6 118,8 118,9 106,4 132,6 139,5 139 124,8 156,5 163,9 165,7 147,3
Sector Emiliano Alcalá 1,534 20,7 22,4 23,1 23,2 25,2 27,3 28,6 28,1 31,3 33,9 35,9 34,6 36,7 39,6 42,5 40,4 43,9 47,3 51,3 48,6
Sector Ricaurte 7,426 80,9 91,8 93,9 88,2 97,6 112,1 114,1 107,5 119,8 139,2 141 133,4 139,1 162,9 164,4 156 164,1 191,8 192,9 184,1
Sector San Fernando 0,84 11 11,6 12,1 12,9 13,4 14,3 14,7 16,1 16,9 17,9 18,3 20,3 20 21 21,4 24,1 24,2 25,3 25,8 29,2
Sector San Pedro 1 4,639 62,8 67,1 67,2 60,4 76,2 81,9 81,7 72,6 95,2 101,8 101,1 88,9 112,1 119,3 118,1 103,8 131,6 139,4 138,7 122,2
Sector San Pedro 2 3,225 43,7 47,2 47 43,7 53,3 57,5 57 53,1 66,4 71,2 70,4 65,6 78 83,3 83 76,6 90,5 96,4 97,3 90,9
Tramo Chepa 2 3,225 43,6 45,9 46,3 42,9 52,6 56,2 56,5 52,4 64,6 70,1 70,1 65,2 76 82,3 82,1 76,3 88,5 95,5 94,9 89,2
Tramo Chepa 1 4,639 62,8 66,2 66,7 60,2 75,7 81,1 81,3 72,5 93,9 101 100,8 88,9 110,7 118,5 118 103,2 130,2 138,8 137,7 121,5
Tramo Ricaurte 1 5,496 58,9 61,2 63,5 56,9 72,2 75,8 78,1 70,7 91,5 95,5 97,4 89,1 108,5 112,6 114,3 105,3 128,6 132,8 134,1 124,9
Tramo Ricaurte 2 5,496 63,4 65,5 66,3 61,5 77,7 79,9 80,4 75,2 97 99,1 101,3 93,4 113,9 116,5 120,2 109,4 133,8 139 142,4 128,6
Tramo Ricaurte 3 5,496 64,3 65,9 66,4 62,4 78,4 79,9 81,6 75,9 97,4 101 102,7 94 114 120 121,2 109,8 134,9 142,5 143,1 128,6
Tramo San Pedro 1 3,225 43,7 46,3 46,5 43,2 52,6 56,6 56,7 52,7 65 70,5 70,3 65,4 76,6 82,7 82,2 76,5 89 95,8 95 89,3
Tramo San Pedro 2 1,534 20,7 21,9 22,3 22,9 25 26,8 27 27,9 31,1 33,4 34,2 34,5 36,5 39,2 40,6 40,3 43,7 46,9 49,2 48
Tramo San Pedro 3 0,84 10,9 11,1 11,7 12 13,3 13,6 14,4 14,6 16,5 17,2 18 18,5 19,3 20,3 21,2 22,1 23,1 24,6 25,5 27
Tramo San Pedro 4 0,84 11 11,5 12 12,5 13,4 14,1 14,6 15,5 16,6 17,7 18,2 19,7 19,7 20,8 21,4 23,5 23,8 25,1 25,6 28,5
Fuente: Autor
29
Tabla 11. Caudales para los distintos periodos de retorno del modelo GE
Q(m3/s)
T5 T10 T25 T50 T100
2
Área (km ) kirpich Bureau Témez TR55 kirpich Bureau Témez TR55 kirpich Bureau Témez TR55 Kirpich Bureau Témez TR55 kirpich Bureau Témez TR55
GE-1 0,9098 12 12,9 13,1 15,6 14,5 15,7 16 19,1 18,2 19,5 19,8 23,9 21,5 22,9 23,2 28,1 25,9 27,5 27,7 33,7
GE-2 1,3466 10,9 11,5 12,6 14,7 13,7 14,6 15,7 18,8 17,6 18,8 20,1 24,6 21 22,7 24,1 29,9 25,8 27,9 29,4 37,2
GE-3 0,7738 2,9 3 3,2 2,8 3,8 4,1 4,2 3,8 5,2 5,6 5,8 5,2 6,5 7,1 7,3 6,5 8,5 9,2 9,4 8,5
GE-4 0,7776 13,7 14,5 15,6 13,4 16,3 17,6 18,8 16,1 19,8 21,8 23,1 19,6 23,3 25,5 26,9 22,6 27,9 30,4 31,8 26,7
GE-5 1,5937 21,1 21,4 22 18,9 25,6 26 27,1 22,9 31,7 32 33,9 28,2 37 37,4 40 32,9 44 45,3 48,1 39,6
GE-6 0,835 12 13,3 13,4 13,5 14,4 16,1 16,1 16,2 17,6 19,7 19,8 19,8 20,4 22,9 23 23,3 24,4 27,2 27,2 28,1
GE-7 0,4859 7,9 9 8,8 9,9 9,5 10,9 10,7 11,9 11,6 13,5 13,3 14,6 13,5 15,8 15,6 17 16 18,9 18,6 20,1
GE-8 0,6381 7,2 8,1 8,5 10,3 8,9 10 10,4 12,7 11,1 12,6 13,1 16 13,2 14,9 15,4 18,9 15,9 18 18,6 22,8
GE-9 0,2932 4,9 5,2 5,2 5,2 6 6,4 6,4 6,4 7,5 7,9 7,9 7,9 8,8 9,3 9,3 9,3 10,6 11,1 11,1 11,1
Sector Chepa 6,7439 73,6 78,3 80,5 74,5 90,3 95,4 97,7 90,5 112,9 118,4 121,7 112,1 133,1 138,9 144,5 131,2 160,2 166,3 175,1 156,7
Sector Emiliano Alcalá 2,4287 33,1 33,5 35,4 29,9 40 41,1 43,2 36,3 49,2 51,3 53,7 44,8 57,3 60,4 63 52,4 68,1 72,5 75,3 62,4
Sector Ricaurte 7,6537 81,2 87,5 90,8 84 99,6 107,1 110,8 102,4 125,2 133,8 137,7 127,1 148,2 157,4 161,5 148,9 179,2 189 193,3 178,1
Sector San Pedro 1 5,1041 60,8 63,3 64,2 58 74 76,5 78,4 70,3 91,9 94,3 98,3 86,9 107,7 111,3 115,9 101,5 128,9 134,4 139,6 121
Sector San Pedro 2 3,6922 51,8 53,1 55 48,2 62,2 64,6 66,6 57,9 76,1 79,9 82,2 70,9 89,1 93,4 95,9 82,2 106,9 111,4 114,1 97,2
Tramo Chepa 5,1041 59,9 63 64,1 57,5 73,2 76,3 77,5 69,9 91,1 94,2 96,4 86,4 106,9 110 114 101,1 128,1 131,8 137,6 120,7
Tramo Ricaurte 1 6,7439 72,9 77,9 80,3 74,2 89,6 95,1 97,6 90,3 112,2 118,2 120,8 111,9 132,3 138,7 143,1 131 159,4 166,2 173,7 156,6
Tramo Ricaurte 2 6,7439 70,9 75,5 78,9 72,4 86,2 92,7 96,5 88,6 107,3 116,1 120,3 110,4 127,3 136,9 141,3 129,8 154,3 164,7 169,4 155,6
Tramo Ricaurte 3 6,7439 71,4 77,1 79,9 73,6 88 94,3 97,3 89,7 110,5 117,6 120,8 111,4 130,6 138,2 141,5 130,6 157,7 165,8 170,4 156,3
Tramo San pedro 1 3,6922 50,9 52,2 53 47,4 61,5 62,6 64,3 57,2 75,7 76,6 79,9 70,3 88,1 90,1 93,7 81,8 104,5 108 112,1 97
Tramo San pedro 2 3,6922 51,4 52,2 53,9 47,9 62 63 65,6 57,6 76 78,3 81,2 70,6 88,3 91,8 95 82 104,7 109,8 113,4 97,2
Tramo San Pedro 3 2,4287 32,6 33,4 33,9 29,3 39,6 40,4 41,7 35,6 48,9 49,6 52,2 44,2 57,1 58,1 61,4 51,7 68,1 70 73,7 61,8
Fuente: Autor
30
Tabla 12. Caudales para los distintos periodos de retorno del modelo DEM
Q(m3/s)
T5 T10 T25 T50 T100
Área
(km2) Kirpich Bureau Témez TR55 kirpich Bureau Témez TR55 Kirpich Bureau Témez TR55 kirpich Bureau Témez TR55 kirpich Bureau Témez TR55
DEM-1 1,2693 21,9 20,1 19,2 19,7 26,2 23,8 22,9 23,4 23,8 28,8 27,7 28,3 36,9 33,1 32 32,7 43,5 38,8 37,6 38,4
DEM-2 0,2147 4,4 4,1 4,4 4,4 5,3 5 5,3 5,3 5 6,2 6,5 6,5 7,6 7,2 7,5 7,5 8,9 8,5 8,9 8,9
DEM-3 0,2822 6,3 6,2 6,3 5,9 7,5 7,4 7,5 7 7,4 9 9,1 8,6 10,4 10,3 10,4 9,9 12,2 12,1 12,2 11,7
DEM-4 0,5829 12,9 12,3 11,2 10,3 15,3 14,7 13,4 12,3 14,7 17,9 16,5 14,9 21,4 20,7 19,2 17,2 25,2 24,4 22,8 20,2
DEM-5 0,843 14,9 12,5 13,6 12,5 18,3 15,4 16,8 15,2 15,4 19,6 21,1 18,8 26,8 23,3 24,9 22,3 32,1 28,3 30,1 27,1
DEM-6 1,3253 18,7 19 17,9 18,2 22,9 23,2 21,6 22,4 23,2 28,9 27,1 28 33,6 33,9 32 33 40,3 40,6 38,6 39,7
DEM-7 0,4859 8,6 7 7,6 6,5 10,5 8,6 9,4 7,9 8,6 10,6 11,9 9,7 15,4 12,5 14,1 11,3 18,5 15 17,1 13,6
DEM-8 0,3944 7,8 7,3 7 7,9 9,4 8,8 8,6 9,5 8,8 10,9 10,6 11,7 13,5 12,8 12,5 13,6 16 15,3 14,9 16,1
DEM-9 0,3165 5,4 5 5,4 5,4 6,6 6,2 6,6 6,6 6,2 7,8 8,3 8,3 9,8 9,2 9,8 9,8 11,8 11,1 11,8 11,8
Sector Chepa 4,4449 70,3 65,9 64,5 63,5 86,2 79,6 78 77,1 79,6 98,5 97,2 95,3 126,8 116,6 114,9 111,3 152,3 140,9 138,7 132,7
Sector Emiliano Alcalá 1,8112 25,5 26 24,5 24,4 31 31,8 30,1 29,9 31,8 39,6 37,6 37,5 45 46,4 44,2 44,3 53,8 55,6 53,1 53,3
Sector Ricaurte 5,7142 83,7 83 81,4 80,5 102,1 99,7 97,8 97,2 99,7 121,8 119,6 119,2 148,6 141 138,6 138,5 177,5 168,2 163,8 164,1
Sector San Pedro 1 3,6315 55,3 53,6 52,6 51,5 68 64,9 63,8 62,7 64,9 80,2 78,8 77,9 100,5 93,5 91,9 91,2 121 111,3 109,4 109
Sector San Pedro 2 2,6542 36,9 37,9 36,2 36,1 45,1 46,4 44,2 44,3 46,4 57,7 55 55,4 67,9 67,6 64,5 65,2 82,4 80,9 77,2 78,3
Tramo Chepa 1 2,6542 36,9 37,4 35,7 35,7 44,8 45,8 43,8 43,5 45,8 57,1 54,6 54,5 65,6 67,1 64,1 64,3 79,9 80,4 76,9 77,4
Tramo Chepa 2 4,4449 68,4 65,7 64,4 63,1 84,2 79,5 78 76,6 79,5 98 96 94,9 124,4 114,3 112,1 110,9 149,8 137,7 135,6 132,3
Tramo Ricaurte 1 3,6315 54,2 53,4 52,4 51 66,8 64,8 63,6 62,3 64,8 80 78,6 77,4 99 93,4 91,8 90,7 119,4 111,3 109,3 108,5
Tramo Ricaurte 2 4,4449 63,2 62,9 62,2 60,8 76 75,9 75 73,7 75,9 93 91,9 90,9 111,8 107,9 106,7 105,9 134 129,7 127,4 125,7
Tramo Ricaurte 3 4,4449 64,8 63,1 62,5 61,9 78,8 76,5 75,2 74,6 76,5 95,4 93,7 91,3 113,9 112,1 110 106 135,6 134,3 131,7 126,9
Tramo San Pedro 1 4,4449 65,7 64,4 63,4 62,2 79,5 78,5 77,1 74,6 78,5 97,4 95,6 92,4 114,1 114 111,8 108,4 137,1 136,1 133,4 129,9
Tramo San Pedro 2 3,6315 55 53,5 52,6 51,4 67,7 64,9 63,7 62,6 64,9 80,1 78,7 77,7 100,2 93,5 91,9 91,1 120,6 111,3 109,4 108,9
Tramo San Pedro 3 1,8112 25,2 25,4 24,4 24,4 30,8 31,2 29,5 29,5 31,2 39 37 36,6 44,9 45,9 43,6 43,3 53,7 55,1 52,4 52,2
Fuente: Autor
31
10.4.Análisis
De los resultados obtenidos, son varias las diferencias que encontramos entre el modelo de
cuenca GE y DEM. Respecto al modelo DEM, el modelo GE presenta incrementos en el área
(34%), perímetro (15,2%) y ancho de la cuenca (51,8%). En relación al cauce principal, los
modelos presentan igual longitud, siendo esta la corriente más fuerte mostrada por el
programa. Al igual que la altura final de cada modelo, ambas presentan una altura de 2 m
sobre el nivel del mar (ver Tabla 13).
Tabla 13. Parámetros morfométricos para cada modelo de cuenca.
Parámetro Valor Und

GE PM DEM
Área (A) 7,46 7,6528 5,7139 km2
Perímetro (P) 22,09 15,26 12,9400 km
longitud axial (L) 4,38 5,013 5,6714 km
Ancho de la cuenca (B) 1,56 1,53 1,0075 km
Longitud del cauce principal (Lc) 5,60 5,21 5,2193 km
Pendiente de la cuenca 0,974 0,974 1,0320 %
Fuente: Autor
Ambos modelos de cuencas presentan el mismo número de subcuencas fuertes, solo que el
modelo DEM presenta en ella dos subcuencas (DEM-2 y DEM-3) que dentro del modelo GE
corresponderían a una sola (GE-2) lo que varía el volumen del caudal a lo largo del cauce
principal (Ilustración 6).
Ilustración 6. Diferencia entre las subcuencas de los modelos GE y DEM
Fuente: Autor
32
La variación en los resultados se debe a los distintos errores que se presentan dentro de cada
uno de los procedimientos en los sistemas y de cada uno de los componentes de los archivos
cartográficos; errores por defectos que provienen desde la obtención del MED, de puntos
georreferenciados en Google Earth Pro hasta el manejo de éstos en ArcGIS 10.5.
Dentro del modelo DEM utilizado, la exactitud vertical y horizontal depende del lugar de
donde fue extraído, y varía según la rugosidad del relieve (Correa, 2012). En el caso de las
curvas de nivel, se pueden derivar de los errores en el mapa de partida, ambos modelos fueron
procesados en el mismo programa ArcGIS 10.5, y que, dentro de su ejecución, por ser
distintos modelos y los errores mencionados anteriormente, se presenta una variación en los
resultados.
En relación a los datos proporcionados por el plan maestro a continuación, se presentan los
porcentajes equivalente de cada uno de los resultados obtenidos por parte de los distintos
modelos en relación al Plan Maestro. El color verde claro representa los resultados del
modelo GE y el verde oscuro los del DEM, mientras que la línea amarilla señala un 100%
que representaría los valores de referencia. Los parámetros morfométricos a evaluar son:
Área (A), perímetro (P), longitud axial (l), ancho de la cuenca (B), longitud del cauce
principal (lc) y pendiente de la cuenca (s).
PORCENTAJES EN RELACIÓN A LAS CARACTERÍSTICAS DEL PLAN MAESTRO

CON CADA UNA DE LOS MODELOS
150%
129%
114% 115%
108%
103%
98% 93% 93%
100%
Porcentaje %
77%
69%
65%
59%
50%
0%
A P DEM l B lc s
Parámetros
GE
Ilustración 7.Comparacion de los parámetros morfométricos de los modelos con la cuenca de referencia
Fuete: Autor
33
Se puede observar que en promedio el modelo de cuenca que presenta un mayor número de
proximidad es la obtenida por las curvas de nivel generadas a partir de Google Earth Pro
(GE), en un 98%. Por su parte, el modelo de cuenca obtenido por medio del DEM (DEM),
se aproxima en un 90%.
Los caudales máximos obtenidos para cada uno de los periodos de retorno, con cada tiempo
de concentración se denota que no presentan desviaciones significativas en los resultados de
uno a otro. Observando los resultados de los caudales para cada uno de los modelos
presentados en el capítulo anterior, en el modelo DEM para cada subcuenca, los caudales de
mayor valor fueron los obtenidos mediante la ecuación de kirpich, para el modelo GE, los
caudales de mayor valor fueron los obtenidos mediante la ecuación de TR-55, mientras que
para el Plan Maestro no se evidencia esta tendencia con alguna de las ecuaciones de Tc.
Al analizar el caudal que llega a la desembocadura (ver Ilustración 8), calculado para cada
modelo mediante las diferentes ecuaciones de Tc, se pudo observar los siguiente:
i. Mediante la ecuación de kirpich, el modelo de cuenca DEM presenta un valor

mayor de caudal máximo y un tiempo al pico menor en comparación a los
otros modelos en los distintos tiempos de concentración. El modelo de cuenca
GE y Plan Maestro presenta un comportamiento similar en la mayoría de los
periodos de retorno y el caudal máximo alcanzado (para un periodo de retorno
de 5 años, el Qmáx. para el GE es de 81,1 m3/s, para DEM es 83,7 m3/s y para
Plan Maestro es de 80,9 m3/s).
ii. Mediante la ecuación de Bureau, el modelo de cuenca DEM presenta unos
valores menores en los distintos periodos de retornos en comparación al
modelo de cuenca GE y Plan Maestro (ver Tabla 14.).
Tabla 14. Caudales máximos asociados a diferentes periodos de retorno (m3/s), ecuación Tc Bureau.
T5 T10 T25 T50 T100

GE 86,8 106,5 133,1 156,8 188,4
Plan Maestro 91,6 112,1 139,2 162,9 184,1
DEM 83 99,7 121,8 141 168,5
Fuente: Autor
34
iii. Mediante la ecuación TR-55, el modelo de cuenca DEM presenta unos valores
de caudal menor en los distintos periodos de retornos en comparación con los
otros modelos, los cuales presentan una mayor similitud (ver Tabla 15). El
tiempo al pico para la cuenca en los diferentes modelos mediante el TR-55 es
el mismo, 60 minutos.
Tabla 15. Caudales máximos asociados a diferentes periodos de retorno (m3/s), ecuación Tc TR-55
T5 T10 T25 T50 T100

GE 90,7 101,2 138,1 155 184,8
Plan Maestro 88,2 107,5 133,4 156 184,1
DEM 80,5 97,2 119,2 138,5 168,2
Fuente: Autor
iv. Mediante la ecuación Témez, el modelo DEM presenta unos valores menores
en los caudales máximos para cada periodo de retorno, el modelo de cuenca
GE y Plan Maestro presenta una mayor similitud, en relación al caudal
máximo (ver Tabla 16) y su tiempo al pico (60 min).
Tabla 16. Caudales máximos asociados a diferentes periodos de retorno (m3/s), ecuación Tc Témez
T5 T10 T25 T50 T100

GE 90,3 110,3 137,3 164,2 193,1
Plan Maestro 93,9 114,1 141 164,4 192,9
DEM 82,2 98,7 120,6 139,7 165,2
Fuente: Autor
35
Tabla 17. Hidrogramas de crecida para un periodo de retorno de 5, con cada ecuación de Tc para
cada modelo de cuenca.
Hidrograma de crecida, T5 Hidrograma de crecida, T5

100 100
80 80
Q(m3/s)
Q(m3/s)
60 60
40 40
20 20
0 0
0 60 120 180 240 300 0 60 120 180 240 300
t(min) t(min)
Kirpich GE Kirpich DEM Kirpich PM

Bureau GE Bureau DEM Bureau PM
Hidrograma de crecida, T5 Hidrograma de crecida, T5

100 100
80 80
Q(m3/s)
Q(m3/s)
60 60
40 40
20 20
0 0
0 60 120 180 240 300 0 60 120 180 240 300
t(min) t(min)
TR55 GE TR55 DEM TR55 PM Témez GE Témez DEM Témez PM
Fuente: Autor
De tal manera que el modelo de cuenca que más se ajusta a los caudales obtenidos a partir de
las diferentes ecuaciones de Tc para el Plan Maestro es el modelo GE, teniendo en cuenta el
punto de salida de la cuenca.
36
Ilustración 8. Hidrogramas de crecida en la desembocadura de cada modelo de Cuenca con cada ecuación de T c, para los distintos periodos de retorno
Fuente: Autor
37
10.5.Análisis estadístico
Una vez obtenidos los resultados de los caudales, se analizó los datos del modelo del Plan
Maestro (cuenca de referencia) vs los datos de los modelos GE y DEM, para posteriormente
determinar el modelo que mejor se ajuste a la cuenca de referencia. Esto se llevó a cabo
teniendo en cuenta el coeficiente de determinación (R2).
Tabla 18. Determinación del R2 del modelo GE para un periodo de retorno de 5, 10, 25, 50
y 100 años respectivamente.
R2
Ecuación T5 T10 T25 T50 T100
Kirpich 0,986 0,985 0,987 0,988 0,989
Bureau 0,988 0,987 0,988 0,990 0,992
Témez 0,987 0,988 0,990 0,988 0,985
TR-55 0,986 0,988 0,986 0,987 0,987
Fuente: Autor
Tabla 19. Determinación del R2 del modelo DEM para un periodo de retorno de 5, 10, 25,
50 y 100 años respectivamente
R2
Kirpich 0,981 0,980 0,983 0,985 0,986
Bureau 0,985 0,986 0,990 0,989 0,988
Témez 0,985 0,987 0,987 0,988 0,986
TR-55 0,984 0,987 0,990 0,991 0,992
Fuente: Autor
Tabla 20. Determinación del R2 del modelo de cuenca Plan maestro para un periodo de
retorno de 5, 10, 25, 50 y 100 años respectivamente.
R2
Kirpich 0,973 0,966 0,953 0,946 0,946
Bureau 0,993 0,990 0,988 0,987 0,988
Témez 0,996 0,994 0,993 0,993 0,990
Fuente: Autor
38
i. Ambos modelos presentan un alto ajuste de bondad, sin embargo, el modelo

que más se ajustó según la línea de referencia para el cálculo del caudal máximo obtenido
para el modelo de cuenca del Plan Maestro teniendo en cuenta el tiempo de concentración
TR-55 fue el modelo GE (ver Tabla 22) ya que presentó valores de bondad de ajuste
altamente significativos (ver Tabla 18) en todos los periodos de retorno evaluados.
ii. Para el modelo GE y DEM, de los caudales calculados el que tiene una mayor
incidencia es el obtenido mediante el Tc Bureau y TR-55, respectivamente.
iii. Mientras que para el modelo de cuenca del Plan Maestro en promedio los
caudales de mayor ajuste al obtenido mediante el TR-55, son los obtenidos mediante la
ecuación de Témez (ver Tabla 20).
iv. Los resultados de los caudales para el modelo de cuenca del Plan Maestro con
cada una de las ecuaciones (Témez, Bureau, Kirpich) vs el caudal de referencia, tienen
un ajuste de bondad altamente significativo como se muestra en la Tabla 20. Lo que
implica que las ecuaciones utilizadas pueden ser aplicables a la en base a la de referencia,
y que las diferencias entre los modelos estudiados se deben a la variación de los
parámetros morfométricos.
39
Tabla 21. Qestimado vs Qreferencia para los periodos de retorno de 5,10, 25, 50 y 100 años para el modelo de la cuenca DEM
T5 T10 T25 T50 T55

DEM Kirpich DEM Kirpich DEM Kirpich DEM Kirpich DEM Kirpich
200 200 200 200 200

3
150 150 150 1 3 150
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
150
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
4 1 3 4
4 5
100 100 4 100 100
4 100 5 5
3 3
5 2 5
50 1 50 50 50
2 50
1 2 2
0 2 0 0
0
0 50 100 150 200 0 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200
0 50 100 150 200
Q estimado (m3/s) Q estimado (m3/s) Q estimado (m3/s) Q estimado (m3/s)
Q estimado (m3/s)
DEM Bureau DEM Bureau DEM Bureau DEM Bureau DEM Bureau
200 200 200 200

200
3
1
150 150 150 1 3 150
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
150 4
Q referencia (m3/s)
4 1 3 4
5 5
4 100 100 4 100 5 100
100 3
5 2
3 1 5
2 50 50 50 50
50 2 2
2
1 0 0 0
0
0 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200
0 50 100 150 200
Q estimado (m3/s)
DEM Témez DEM Témez DEM Témez DEM Témez DEM TR-55
200 200 200 200 200

3
150 150 150 150 1 3 150
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
4
Q referencia (m3/s)
1
1 3
4 4
100 4 100 100 4 100 100
3 5 5
3 5
5
5 50 1 50 50
50 2 2 50 2
1 2
2
0 0 0 0
0
0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200
0 50 100 150 200
Q estimado (m3/s)
DEM TR-55 DEM TR-55 DEM TR-55 DEM TR-55 DEM Témez
200 200 200 200 200

3
1
150 150 150 150 3 150
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
4
4 1 3 1
4 4 4 5
100 100 100 100 100
3 5
3 5 5
5 50 1 50 50 50
50 2
1 2 2
2 2
0 0 0 0 0
0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200
Q estimado (m3/s) Q estimado (m3/s) Q estimado (m3/s) Q estimado (m3/s) Q estimado (m3/s)
Fuente: Autor
40
Tabla 22 Qestimado vs Qreferencia para los periodos de retorno de 5,10, 25, 50 y 100 años para el modelo GE
T5 T10 T25 T50 T100

GE Kirpich GE Kirpich GE Kirpich GE Kirpich GE Kirpich
200
200 200 200 200
3
150 1 1
3
Q referencia (m3/s)
150 150 150 150
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
4 1 3
100 100 100 100 100 45
4 3
3 5 5 45
5
50 2 50 1 2 50 50
2
50
2 4
1 2
0 0 0 0 0
0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200
GE Bureau GE Bureau GE Bureau GE Bureau GE Bureau

200
200 200 200 200
3
150 1
3
Q referencia (m3/s)
150 150 150 1 150

Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
2 3
100 100 100 100 100
4 43 5 54
3 5 7 45
5 50 1 2 50 50 50
50 2 2
2
1 2
0 0 0 0
0
0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200
0 50 100 150 200
Q estimado (m3/s)
GE Témez GE Témez GE Témez GE Témez GE Témez

200
200 200 200 200
1 3
150 3
Q referencia (m3/s)
150 150 150 150

Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
1 3
100 100 100 100 100 45
4 43
5 45
5
3
50
1
2 50 45 50 50
50 2 2 2
1 2
0 0 0 0
0 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200
0 50 100 150 200
Q estimado (m3/s)
GE TR-55 GE TR-55 GE TR-55 GE TR-55 GE TR-55
200 200 200 200 200

3
1
150 150 150 150 1 3 150
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
1 3
100 100 100 100 100 4
4 43
5 5
3 1 45 4 5
5 50 2 50 50 50
50 2 2
2
1 2
0 0 0 0
0
0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200
0 50 100 150 200
Q estimado (m3/s)
Fuente: Autor
41
Tabla 23. Qestimado vs Qreferencia para los periodos de retorno de 5,10, 25, 50 y 100 años para la el modelo de cuenca Plan Maestro
T5 T10 T25 T50 T100

a) Plan M kirpich a) Plan M kirpich a) Plan M kirpich a) Plan M kirpich a) Plan M kirpich
200
200 200 200 200
5
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
150 150 150 150 3 150 6
3 1
100 100 8 100 1 100 4 100
4 3 4 5
3 5 5 1
5
50 2 50 2 50 50 50
2 2
1 42
1
0 0 0 0 78 3
0 50 100 150 200 0 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200
0 50 100 150 200
Q estimado (m3/s)
b) Plan M Bureau b) Plan M Bureau b) Plan M Bureau b) Plan M Bureau b) Plan M Bureau
200
200 200 200 200
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
150 150 150 150 5 150 3

3
6 1
100 4 100 1 100 100 4
4 100
3 4 5
3 5
5 5 50 1
50 2 50 50
50 2 2 2
1 4
1 0 32
0 0 78 0
0 50 100 150 200 0 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200
Q estimado (m3/s) 0 50 100 150 200 Q estimado (m3/s) Q estimado (m3/s) Q estimado (m3/s)
Q estimado (m3/s)
c) Plan M Témez c) Plan M Témez c) Plan M Témez c) Plan M Témez c) Plan M Témez
200 200 200 200 200

Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
Q referencia (m3/s)
150 150 150 150 5 150 3
3 6 1
100 100 4 100 1 100 100 4
4 4
3
3 5 5 5
5 2 50 1
50 2 50 50 50
2 2
1 1 42
0 0 0 0 78 3 0
0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200
Fuente: Autor
42
11. CONCLUSIONES
A partir del proceso de delimitación de la cuenca mediante cartografías distintas, un DEM y

curvas de nivel exportadas desde Google Earth, encontramos una diferencia en los resultados
obtenidos, debido a la exactitud y manejo de cada uno de los modelos, cada DEM presenta
una exactitud que depende de la zona, de la rugosidad del relieve y en el caso de las curvas
de nivel se derivan del mapa de partida y posteriormente la ejecución en el programa ArcGIS
10.5 también presenta errores en el sistema, estos errores son considerados equivocaciones
ineludibles por ser estos modelos una simplificación de la realidad. Estableciendo así, el
modelo con mayor porcentaje de similitud al del plan maestro es el obtenido mediante el
modelo GE, con un 98% de similitud y el DEM, no en gran diferencia se aproxima en un
90%.
Teniendo en cuenta el punto de salida de la cuenca, al analizar el comportamiento del caudal

en cada modelo se pudo observar que el modelo GE y el Plan Maestro, en cada periodo de
retorno y con cada ecuación del Tc es similar, a diferencia del modelo DEM quien presenta
valores mayores o menores de caudal en comparación con GE y Plan maestro.
La comparación entre un caudal de referencia obtenido mediante la ecuación TR-55 para los
datos del plan maestro frente a los caudales obtenidos por las distintas ecuaciones que
estiman el Tc en cada uno de los modelos de estudios, permitió evidenciar el comportamiento
correlacional entre ellos y mediante el análisis estadístico, se pudo realizar una mejor
selección de la cuenca y el tiempo de concentración que mejor se ajusta al modelo de
referencia. Entre los modelos de estudios el que obtuvo un mejor ajuste de bondad en relación
al de referencia fue la cuenca GE y los caudales de mejor ajuste fueron los obtenidos mediante
la ecuación de Bureau.
Posteriormente se puede concluir que debido a la variación en los parámetros morfométricos

de cada uno de los modelos tales como las pendientes y longitudes (longitud axial y longitud
del cauce principal) inciden directamente en las ecuaciones utilizadas. Así mismo, los
43
caudales obtenidos entre sí en cada modelo a partir de las diferentes ecuaciones no varían en
gran medida entre si debido a la dependencia de unos mismos parámetros, y que la diferencia
se debe a la conformación y origen de cada ecuación.
De modo que los caudales obtenidos y su variabilidad en los distintos modelos está
relacionada directamente con el área establecida, las características de las pendientes, el
transito del caudal y el evento de precipitación.
44
12. BIBLIOGRAFÍA
Alcaldía Mayor de Cartagena de Indias (2006). Estudios y diseños del plan maestro de
drenajes pluviales del distrito de Cartagena de Indias. Cartagena de Indias, Colombia
Alonso Nore, F. L., Díaz Arias, U. A. & Guacaneme Prieto, D. F. (2017). Estimación de
caudales máximos para el sector hidrológico de la quebrada El Diamante, mediante
modelación con HEC-HMS. Trabajo de Grado. Universidad Católica de Colombia.
Facultad de Ingeniería. Programa de Ingeniería Civil. Especialización en Recursos
Hídricos. Bogotá, Colombia.
ARCGIS 10.5 (1999) [SOFTWARE] Recuperado de http://www.esri.com/software/arcgis
Bermeo, S., León, A., & Lopéz, H. (2018). Estimación de caudales máximos y
caracterización morfométrica de la subcuenca del cauce en el sector hidro dependiente
del municipio de san francisco - Cundinamarca. Especialista en recursos hídricos.
Universidad católica de Colombia facultad de ingeniería programa de especialización
en recursos hídricos.
Centro de Ingeniería Hidrológica del Cuerpo de Ingenieros de la Armada de los EE.UU
(1992).HEC-HMS 4.3 recuperado de https://www.hec.usace.army.mil/software/hec-
hms/downloads.aspx
Correa, M. (2012) Método para la caracterización de las formas del terreno en zonas de
montaña utilizando Modelos Digitales de Elevación. Caso: Departamento del Cauca.
Maestría thesis, Universidad Nacional de Colombia.
Cunge, J. A. (1969). On the Subject of a Flood Propagation Computation Method
(Muskingum Method), Journal of Hydraulic Research, Vol. 7, No. 2, 205-230.
Recuperado http://ponce.sdsu.edu/cunge205.html
Departamento Administrativo de Valorización Distrital. (2008). Estudios y Diseños del Plan
Maestro de Drenajes Pluviales del Distrito de Cartagena de Indias. Alcaldía Mayor
de Cartagena de Indias.
45
Gaspari FJ, Senisterra GE, Delgado MI, Rodríguez Vagaría A & Besteiro S. (2009). Manual
de Manejo Integral de Cuencas Hidrográficas. Editorial Autores, 1 ed, La Plata,
Argentina: 321p
Gaspari, F. J., Rodríguez Vagaría, A. M., Senisterra, G. E., Denegri, G. A., Delgado, M. I.,
& Besteiro, S. I. (2012). Caracterización morfométrica de la cuenca alta del río Sauce
Grande, Buenos Aires, Argentina. AUGMDOMUS, 4, 143-158. Recuperado a partir
de https://revistas.unlp.edu.ar/domus/article/view/476
Geraldi, A., Piccolo, & M., Perillo, G. (2010). Delimitación y estudio de cuencas
hidrográficas con modelos hidrológicos. Investigaciones geográficas Universidad de
Alicante, Instituto de Geografía, nº 52 pp. 215 – 225.
Global Mapper 16 (2001) [Software] recuperado de
https://www.bluemarblegeo.com/global-mapper-download/
Gonzalez-Alvarez, A., Coronado-Hernández, O. E., Fuertes-Miquel, V, S. & Ramos, H. M.
(2018). Effect of the Non-Stationarity of Rainfall Events on the Design of Hydraulic
Structures for Runoff Management and Its Applications to a Case Study at Gordo
Creek Watershed in Cartagena de Indias, Colombia. Fluids 2018, 3, 27.
Google (2001) Google Earth Pro 7.3 [Software] recuperado de
https://www.google.com/intl/es/earth/download/gep/agree.html
Grimaldi, S., Petroselli, A., Tauro, F., & Porfiri, M. (2012) Time of concentration: a paradox
in modern hydrology. Hydrological Sciences Journal, 57:2, 217-228, DOI:
10.1080/02626667.2011.644244
Gutiérrez, M. & Ayala, A. (2000) Hidrología Urbana: Efectos de la Impermeabilización en
las Cuencas Urbanas de la Ciudad de Posadas.
Horton, R. E. (1945). Erosional development of streams and their drainage basins:
hydrophysical approach to quantitative morphology Geological Society of America
Bulletin. U.S.A.
Ibáñez, S., Moreno, H., & Gisbert, J. (2011). Métodos para la determinación del tiempo de
concentración (Tc) de una cuenca hidrográfica. Escuela Técnica Superior de
Ingeniería Agronómica y del Medio Natural. Universidad politécnica de valencia.
46
IDEAM. Precipitaciones P24h-max (1941-2015), estación aeropuerto Rafael Núñez.

http://www.ideam.gov.co/solicitud-de-informacion.
Jiménez, D. (2013). Inundaciones en Cartagena sin soluciones definitivas ni parciales.
Recuperado el 14 de junio de 2016, de MOIR: http://moir.org.co/Inundaciones-en-
Cartagena-sin.html
Kirpich, T.P. (1940). Time of Concentration of Small Agricultural Watersheds. Journal of
Civil Engineering, v.10, n.6, p. 362, 1940.
Monroy, J. (2010). Análisis del ajuste, sensibilidad e incertidumbre de los parámetros del
modelo del scs.
Peréz, I. (2016). Análisis hidráulico del canal Ricaurte como parte del drenaje de aguas
lluvias en Cartagena de indias mediante la implementación del programa hec-ras 4.1.
Título el especialista en recursos hídricos. Universidad de los Andes Departamento
de Ingeniería Civil y Ambiental Centro de Investigaciones en Acueductos y
Alcantarillados – CIACUA.
POT (2001). Decreto No 0977 de 2001.Recuperado de
http://curaduria2cartagena.com/pdf/POT.pdf
Presutti, M. (s.f.) Evaluación de errores en modelos digitales de elevación (dems) generados
mediante diferentes técnicas de interpolación.
Quesada, M., & Marsik, M. (2012). Uso de modelos de elevación digital como alternativa
para mostrar errores en mapas topográficos. Revista Geográfica de América Central,
Número 48, pp. 77–93.
Ramírez, A., Cruz, A., Sánchez, P., & Monterroso, A. (2015). La caracterización
morfométrica de la subcuenca del Río Moctezuma, Sonora: ejemplo de aplicación de
los sistemas de información geográfica. Revista de Geografía Agrícola, núm. 55 / 36.
Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico: TÍTULO D.
Sistemas de recolección y evacuación de aguas residuales domésticas y aguas lluvias
(2016) -- 2da. Ed. / Viceministerio de Agua y Saneamiento Básico (Ed.); Universidad
de los Andes. Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados –CIACUA
(consultor). Bogotá, D.C. Colombia, Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio.
2012
47
Schneider, A. (2003). GPS visualizer. Recuperado de https://www.gpsvisualizer.com/

Servidor geológico de los estados unidos (USGS) (s.f.). Stands for Shuttle Radar Topography
Mission (STRM). Recuperado de https://earthexplorer.usgs.gov/
Sistema de información geográfica, Geoinformador. EPA Cartagena. Recuperado de
http://geoinformador.epacartagena.gov.co/
Toppi, N. (2016). Caracterización morfométrica de la cuenca del rio Ñacunday. Núcleo
disciplinario/sensoramiento remoto y meteorología aplicada.
Urban Hidrology for small watersheds, Tecnical relese 55 (1986). Time of concentration and
travel. Chapter 3. Second ed. June q986. Recuperado de
https://www.nrcs.usda.gov/Internet/FSE_DOCUMENTS/stelprdb1044171.pdf
Vidal-Abarca, M. R., Montes, C., Suárez, M. L., & Ramírez Díaz, L. (1987). Caracterización
morfométrica de la cuenca del rio segura: estudio cuantitativo de las formas de las
subcuencas. Papeles De Geografía, (12). Recuperado a partir de
https://revistas.um.es/geografia/article/view/42371
Walker, J. (1982) AutoCAD 2019 [Software]. Recuperado de
https://www.autodesk.com/products/autocad
48

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Universidad Tecnológica de Bolívar

Trabajo de Grado Facultad de Ingeniería

Incidencia de la cartografía base en la determinación de los parámetros

Alexandra Sierra Sánchez

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE BOLÍVAR

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

CARTAGENA DE INDIAS D.T Y C.

Incidencia de la cartografía base en la determinación de los parámetros

Alexandra Sierra Sánchez

Trabajo de Grado para Optar al Título de Ingeniero Civil

Óscar Enrique Coronado-Hernández

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE BOLÍVAR

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

CARTAGENA DE INDIAS D.T Y C.

Cartagena de Indias D. T. y C., MARZO 2021

Cartagena de Indias D. T. Y C., marzo 2021.

Por medio de la presente me permito someter para estudio, consideración y aprobación el

Proverbios 16:3 (RVR1960)

Palabras claves: Cuenca, Tiempo de concentración, Caudales máximos

8.4. Cálculo del número de curva y abstracciones iniciales ...................................... 19

Tabla 1. Coeficiente de Manning para el flujo laminar .......................................................... 9

Ilustración 1. Ubicación de la cuenca del canal Ricaurte ..................................................... 15

3. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

4.2. Objetivos específicos

Considerando desde un inicio la variación que se presenta al momento de delimitar una

morfométricos. La manipulación de fórmulas empíricas basadas en modelos aplicativos a

Kirpich (1940) desarrolló una ecuación empírica, a partir de información antecedente de

Tc= tiempo de concentración (minutos)

L= longitud máxima a la salida (m)

S= pendiente media del lecho (m/m)

Tc = tiempo de concentración, en horas.

∆H = diferencia de nivel en metros.

Tc = tiempo de concentración, en horas.

L = longitud del cauce principal, en km

6.1.1.4. Technical Release 55 (TR-55)

𝑇𝑐 = 𝑇𝑡1 + 𝑇𝑡2 + 𝑇𝑡3 + ⋯ + 𝑇𝑡𝑚 ( 4)

Donde m es el número de segmentos.

Tt1: es el tiempo de viaje para flujo laminar, en horas.

n: es el coeficiente de Manning (ver Tabla 1).

Tabla 1. Coeficiente de Manning para el flujo laminar

Smooth surfaces (concrete, asphalt, gravel, or bare

• Tiempo de viaje flujo concentrado superficial: después de 91.5 m el flujo laminar se

𝑉 = 6,91976 √𝑆, para superficies pavimentadas ( 6)

𝑉 = 4,919 √𝑆, para superficies no pavimentadas ( 7)

V: es la velocidad media en m/s.

6.1.2. Método de conservación SCS

“S” es la diferencia potencial máxima entre P y Q a la hora que se inicia la tormenta y

CN: Número de Curva

Y las abstracciones iniciales se calcula como:

6.1.3. Método de Muskingum-Cunge

Propuesto por Cunge en 1969, es un método de transito de avenida basado en el método de

Donde los parámetros Ci se definen en función de los parámetros K y X del método de

∆x=Longitud del tramo del cauce considerado

m =aproximadamente 5/3 para cauces naturales amplios

So = pendiente media del cauce (adimensional)

B = anchura del cauce, para lo cual se debe cumplir que, 0≤X≤ ½.

6.1.4. Análisis estadístico

Coeficiente de determinación o coeficiente de correlación múltiple, el cual se denota con

𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑛𝑧𝑎 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑑𝑎 𝑎 𝑙𝑎𝑠 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑙𝑒𝑠 𝑖𝑛𝑑𝑒𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠