RESUMEN. El páramo es un ecosistema típico de la región alto andina ecuatoriana, que

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Universidad de Cuenca – Facultad de Ingeniería Resumen.
RESUMEN.
El páramo es un ecosistema típico de la región alto andina ecuatoriana, que
constituye el principal proveedor de agua para la región. El presente estudio
analiza la generación de escorrentía en dos microcuencas de páramo ubicadas
en la zona de Quimsacocha en la provincia del Azuay. La zona se caracteriza
por un clima frío, húmedo, con radiación solar intensa en el mediodía, vientos
que provienen principalmente del oeste y precipitaciones constantes durante el
año.
La precipitación, el caudal de descarga, y la evapotranspiración constituyen los
componentes principales del balance hídrico en las microcuencas, por lo que la
información pluviográfica, limnigráfica y climática necesaria para la estimación
de cada componente es sometida a un estricto control de calidad.
Las pruebas hidrofísicas realizadas en los suelos de páramo revelan que éstos
tienen una alta capacidad de retención de agua y una baja conductividad
hidráulica, que combinado con la firme entrada de agua hacen que los suelos
se encuentren constantemente cerca de la saturación.
El proceso hidrológico de las microcuencas se analiza mediante la
implementación de un modelo semi-distribuido como es TOPMODEL; el
modelo fue calibrado durante un año y logró alcanzar una eficiencia superior a
0.70 para las dos microcuencas, lo que indica que simula apropiadamente la
hidrología de las cuencas y sus parámetros representan adecuadamente las
características de los suelos. Se encontró que flujo subsuperficial es la principal
fuente de generación de escorrentía, lo que conjuntamente con las
características de los suelos explican el flujo base sostenido característico de la
zona.
Palabras clave: Microcuencas de páramo, escorrentía, balance hídrico,
pruebas hidrofísicas, TOPMODEL, flujo subsuperficial.
Pedro David Barrera Crespo. 1
Christian Oswaldo Torres Vázquez
Universidad de Cuenca – Facultad de Ingeniería Contenido.
CONTENIDO
RESUMEN. ------------------------------------------------------------------------------------------------- 1
CONTENIDO ----------------------------------------------------------------------------------------------- 2
ÍNDICE DE TABLAS. ------------------------------------------------------------------------------------ 6
ÍNDICE DE FOTOS. -------------------------------------------------------------------------------------- 7
ÍNDICE DE FIGURAS. ----------------------------------------------------------------------------------- 7
ÍNDICE DE ANEXOS. ------------------------------------------------------------------------------------ 9
LISTA DE SÍMBOLOS. -------------------------------------------------------------------------------- 10
1. INTRODUCCIÓN. --------------------------------------------------------------------------------- 17
1.1 ANTECEDENTES. ------------------------------------------------------------------------------ 17
1.2 ALCANCE. -------------------------------------------------------------------------------------- 17
1.3 JUSTIFICACIÓN. -------------------------------------------------------------------------------- 18
1.4 OBJETIVO GENERAL. ------------------------------------------------------------------------- 20
1.5 OBJETIVOS ESPECÍFICOS. ------------------------------------------------------------------- 20
2. MATERIALES Y MÉTODOS. ------------------------------------------------------------------ 21
2.1 UBICACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO. ------------------------------------------------------ 21
2.2 DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO. --------------------------------------------------- 22
2.3 EVAPOTRANSPIRACIÓN. --------------------------------------------------------------------- 22
2.3.1 Datos Meteorológicos. ------------------------------------------------------------------ 23
2.3.2 Factores Meteorológicos Que Determinan la ET0. ------------------------------ 24
2.3.2.1 Radiación Solar. ----------------------------------------------------------------------------- 24
2.3.2.2 Temperatura del Aire.----------------------------------------------------------------------- 24
2.3.2.3 Humedad del Aire. --------------------------------------------------------------------------- 25
2.3.2.4 Velocidad del Viento. ----------------------------------------------------------------------- 25
2.3.3 Parámetros Atmosféricos. -------------------------------------------------------------- 25
2.3.3.1 Localización. ---------------------------------------------------------------------------------- 25
2.3.3.2 Presión Atmosférica (P). ------------------------------------------------------------------- 25
2.3.3.3 Calor Latente de Vaporización (λ). ------------------------------------------------------ 26
2.3.3.4 Constante Psicrométrica (γ). -------------------------------------------------------------- 26
2.3.4 Temperatura del Aire. ------------------------------------------------------------------- 27
2.3.5 Humedad del Aire. ----------------------------------------------------------------------- 27
Presión de Vapor. ------------------------------------------------------------------------------------- 27
Temperatura del Punto de Rocío. ----------------------------------------------------------------- 28
Humedad Relativa (HR). ----------------------------------------------------------------------------- 28
2.3.5.1 Medición. --------------------------------------------------------------------------------------- 28
2.3.5.2 Procedimientos de Cálculo. --------------------------------------------------------------- 29
Presión Media de Vapor de la Saturación. (es). ----------------------------------------------- 29
Pendiente de la Curva de Presión de Saturación de Vapor (Δ). --------------------------- 29
Presión Real de Vapor (e ) Derivada de la Temperatura del Punto de Rocío. --------- 29
a
Déficit de Presión de Vapor (e -e ). --------------------------------------------------------------- 29
s a
2.3.6 Radiación. ---------------------------------------------------------------------------------- 30
Radiación Extraterrestre (Ra). ---------------------------------------------------------------------- 30
Radiación Solar o de Onda Corta (Rs). ---------------------------------------------------------- 30
Radiación Relativa de Onda Corta (Rs/Rso). --------------------------------------------------- 30
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Albedo (α) y Radiación Neta Solar (Rns). ------------------------------------------------------- 30
Radiación Neta o de Onda Larga (Rnl). --------------------------------------------------------- 30
Radiación Neta (Rn). --------------------------------------------------------------------------------- 31
Flujo de Calor del Suelo (G). ----------------------------------------------------------------------- 31
2.3.6.1 Procedimientos de Cálculo. --------------------------------------------------------------- 31
Radiación Extraterrestre para periodos diarios (Ra). ----------------------------------------- 31
Radiación extraterrestre para periodos horarios (Ra). --------------------------------------- 31
Radiación solar (Rs). --------------------------------------------------------------------------------- 33
Radiación solar en un día despejado (Rso). ---------------------------------------------------- 33
Radiación neta solar o de onda corta (Rns). ---------------------------------------------------- 33
Radiación neta de onda larga (Rnl). -------------------------------------------------------------- 33
Radiación neta (Rn). ---------------------------------------------------------------------------------- 34
Flujo de calor del suelo (G). ------------------------------------------------------------------------- 34
2.3.7 Velocidad del Viento. -------------------------------------------------------------------- 34
2.4 CONTROL DE CALIDAD DE LA INFORMACIÓN CLIMÁTICA. ------------------------------- 35
2.5 RELLENO DE LA INFORMACIÓN CLIMÁTICA. ----------------------------------------------- 35
2.5.1 Agregación diaria de los datos. ------------------------------------------------------- 35
2.5.2 Correlaciones y Relleno de la Información Climática. -------------------------- 36
2.5.2.1 Metodología de Relleno de Información. ---------------------------------------------- 36
2.5.2.1.1 TÉCNICA DE DOBLE MASA (UNESCO, 1982) ------------------------------------- 37
2.5.2.2 Correlaciones --------------------------------------------------------------------------------- 38
2.6 DETERMINACIÓN DE LA ET0. --------------------------------------------------------------- 39
2.6.1 ET Calculada con Datos Meteorológicos. ------------------------------------------ 39
2.6.2 Ecuación de FAO Penman-Monteith. ----------------------------------------------- 40
2.6.2.1 Procedimiento de cálculo. ----------------------------------------------------------------- 41
Planilla de cálculo. ------------------------------------------------------------------------------------ 41
2.6.3 ET0 calculada para diversos periodos de tiempo. ------------------------------- 41
2.6.3.1 Cálculo de ET0 para periodos de un día. ---------------------------------------------- 41
2.6.3.2 Cálculo de ET0 para periodos horarios.------------------------------------------------ 42
2.7 ALTERNATIVAS PARA EL CÁLCULO DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN DE REFERENCIA
(ET0). --------------------------------------------------------------------------------------------------- 45
2.7.1 FAO Hargreaves. ------------------------------------------------------------------------- 45
2.7.2 Jensen-Haise. ----------------------------------------------------------------------------- 46
2.8 DISTRIBUCIÓN HORARIA DE LA ET0. ------------------------------------------------------ 48
2.9 CONTROL DE CALIDAD DE LA INFORMACIÓN HIDROLÓGICA. -------------------------- 48
2.9.1 Objetivos. ----------------------------------------------------------------------------------- 50
2.9.2 Determinación de las Secciones de Control del Aforo. ------------------------- 50
2.9.3 Medición de Velocidades del Agua. ------------------------------------------------- 50
2.9.4 Procesamiento de Datos y Estimación del Caudal Aforado. ------------------ 51
2.9.5 Calibración y Obtención de los Coeficientes de Gasto para los Vertederos
de Calluancay y Quinuahuaycu. --------------------------------------------------------------- 54
2.9.5.1 Factor de Contracción de la Cresta del Vertedero. ---------------------------------- 54
2.9.6 Relleno de la información de caudal ------------------------------------------------ 58
2.9.6.1 Agregación horaria de los datos de caudal -------------------------------------------- 58
2.9.6.2 Correlaciones y Relleno de la Información de Caudales--------------------------- 58
2.10 PRECIPITACIÓN -------------------------------------------------------------------------------- 59
2.10.1 Variabilidad Espacial de la Precipitación. --------------------------------------- 59
2.11 BALANCE DE AGUA EN UNA CUENCA. ----------------------------------------------------- 60
2.11.1 Cálculo de la Evapotranspiración Usando la Ecuación de Balance
Hídrico.-- --------------------------------------------------------------------------------------------- 62
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2.11.2 Evapotranspiración del Cultivo (ETc). -------------------------------------------- 63
2.11.3 Estimación del Coeficiente de Cultivo (Kc) ------------------------------------- 64
2.12 HIDROFÍSICA DE LOS SUELOS EN PÁRAMO. ---------------------------------------------- 64
2.12.1 Definición. ------------------------------------------------------------------------------- 65
2.12.1.1 Infiltración. ------------------------------------------------------------------------------------- 65
2.12.1.2 Capacidad de Infiltración. ------------------------------------------------------------------ 65
2.12.1.3 Factores que Afectan la Capacidad de Infiltración: --------------------------------- 66
2.12.1.4 Conductividad Hidráulica. ------------------------------------------------------------------ 66
2.12.2 Métodos de Determinación. -------------------------------------------------------- 67
2.12.2.1 Métodos de Correlación: ------------------------------------------------------------------- 67
2.12.2.2 Métodos Hidráulicos: ----------------------------------------------------------------------- 67
Métodos de Laboratorio: ----------------------------------------------------------------------------- 67
Métodos In-Situ: --------------------------------------------------------------------------------------- 67
2.12.3 Modelo de Infiltración Green Ampt. (Chávarri, 2008). ----------------------- 68
2.12.4 Métodos Ensayados. ----------------------------------------------------------------- 69
2.12.4.1 Prueba de Pozo Invertido. ----------------------------------------------------------------- 70
Descripción del Equipo. ------------------------------------------------------------------------------ 71
Procedimiento Experimental (PROMAS). ------------------------------------------------------- 71
Cálculos. ------------------------------------------------------------------------------------------------- 72
2.12.4.2 Infiltrómetro de Tensión. ------------------------------------------------------------------- 73
Descripción del Equipo. ------------------------------------------------------------------------------ 73
Procedimiento Experimental (PROMAS). ------------------------------------------------------- 74
Cálculos. ------------------------------------------------------------------------------------------------- 76
2.12.4.3 Infiltrómetro de Doble Anillo. -------------------------------------------------------------- 77
Descripción del Equipo. ------------------------------------------------------------------------------ 78
Procedimiento Experimental (PROMAS). ------------------------------------------------------- 78
Cálculos. ------------------------------------------------------------------------------------------------- 79
2.12.4.4 Ensayos de Laboratorio. ------------------------------------------------------------------- 79
2.13 TOPMODEL. ---------------------------------------------------------------------------------- 80
2.13.1 Objetivos del Modelamiento. ------------------------------------------------------- 80
2.13.2 Asunciones Básicas y Conceptualización del Modelo (Beven et al.,
1995).---- --------------------------------------------------------------------------------------------- 80
2.13.3 Organización de los reservorios en TOPMODEL. ---------------------------- 84
2.13.4 Derivación del Índice Topográfico. ------------------------------------------------ 85
2.13.5 Parámetros. ----------------------------------------------------------------------------- 86
3. RESULTADOS Y DISCUSION. --------------------------------------------------------------- 87
3.1 RELLENO DE LA INFORMACIÓN CLIMÁTICA. ---------------------------------------------- 87
3.2 CARACTERIZACIÓN DEL CLIMA. ------------------------------------------------------------ 88
3.2.1 Temperatura del Aire. ------------------------------------------------------------------- 89
3.2.2 Humedad Relativa del Aire. ------------------------------------------------------------ 92
3.2.3 Radiación Solar. -------------------------------------------------------------------------- 95
3.2.4 Velocidad del Viento. -------------------------------------------------------------------- 98
3.3 CARACTERIZACIÓN DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN DE REFERENCIA (ET0). ------- 101
3.4 COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE CÁLCULO DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN DE
REFERENCIA. ------------------------------------------------------------------------------------------ 103
3.5 ESTIMACIÓN DE LOS ERRORES EN LA DISTRIBUCIÓN HORARIA DE LA ET0. ------ 106
3.5.1 Estimación del Error en el Periodo de 06:00 a 18:00. ------------------------- 110
3.5.2 Estimación del Error en el Periodo de 19:00 a 05:00. ------------------------- 111
3.6 CARACTERIZACIÓN HIDROFÍSICA DE LOS SUELOS. ------------------------------------ 112
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3.7 CURVAS DE DESCARGA DE LOS VERTEDEROS. ---------------------------------------- 117
3.7.1 Curva de Descarga del Vertedero de Quinuahuaycu. ------------------------- 118
3.7.2 Curva de Descarga del Vertedero de Calluancay. ------------------------------ 119
3.8 CARACTERIZACIÓN DE LA PRODUCCIÓN HÍDRICA EN PÁRAMO A ESCALA DE
MICROCUENCA. --------------------------------------------------------------------------------------- 120
3.8.1 Series de datos de caudal a escala de microcuenca -------------------------- 121
3.9 CARACTERIZACIÓN DE LA PRECIPITACIÓN. ---------------------------------------------- 124
3.10 ANÁLISIS DE LLUVIA ESCORRENTÍA. ------------------------------------------------------ 127
3.11 BALANCE HÍDRICO. -------------------------------------------------------------------------- 132
3.12 CARACTERIZACIÓN DEL ÍNDICE TOPOGRÁFICO. ---------------------------------------- 134
3.13 MODELAMIENTO HIDROLÓGICO ----------------------------------------------------------- 136
3.13.1 Elección del periodo de calibración del modelo ------------------------------ 136
3.13.1.1 Comparación de información pluviográfica y limnigráfica para la microcuenca
de Quinuahuaycu. -------------------------------------------------------------------------------------- 137
3.13.1.2 Comparación de información pluviográfica y limnigráfica para la microcuenca
de Calluancay. ------------------------------------------------------------------------------------------- 139
3.13.2 Calibración del Modelo -------------------------------------------------------------- 141
3.13.2.1 Sensibilidad de los parámetros para la microcuenca de Calluancay --------- 142
3.13.2.2 Sensibilidad de los parámetros para la microcuenca de Quinuahuaycu ----- 147
3.14 RESULTADOS OBTENIDOS CON EL MODELO --------------------------------------------- 152
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. -------------------------------------------- 156
4.1 CONCLUSIONES. ----------------------------------------------------------------------------- 156
4.2 RECOMENDACIONES. ------------------------------------------------------------------------ 159
5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. ------------------------------------------------------- 161
ANEXOS. ------------------------------------------------------------------------------------------------- 165

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ÍNDICE DE TABLAS.
TABLA 2.1: CARACTERÍSTICAS TOPOGRÁFICAS DE LAS MICROCUENCAS DE ESTUDIO. -------------------- 22
TABLA 2.2: UBICACIÓN DE LA ESTACIÓN CLIMÁTICA EN EL ÁREA DE ESTUDIO. ------------------------------ 23
TABLA 2.3: UBICACIÓN DE LOS VERTEDEROS EN EL ÁREA DE ESTUDIO. ------------------------------------- 49
TABLA 2.4: FACTORES DE CONTRACCIÓN. ----------------------------------------------------------------------- 55
TABLA 2.5: ALTURAS CORREGIDAS DE LOS AFOROS. ----------------------------------------------------------- 55
TABLA 2.6: UBICACIÓN GEOGRÁFICA DE LOS PLUVIÓGRAFOS. ------------------------------------------------ 59
TABLA 2.7: UBICACIÓN DE PRUEBAS HIDROFÍSICAS EN EL ÁREA DE ESTUDIO ------------------------------- 70
TABLA 3.1: REGISTRO DE INFORMACIÓN DE LA ESTACIÓN QUIMSACOCHA 1. ------------------------------- 87
TABLA 3.2: RESUMEN DE CORRELACIONES. ---------------------------------------------------------------------- 88
TABLA 3.3: ECUACIONES DE TENDENCIA. ------------------------------------------------------------------------ 88
TABLA 3.4: MEDIDAS ESTADÍSTICAS PARA CARACTERIZAR LA TEMPERATURA DEL AIRE. ----------------- 90
TABLA 3.5: MEDIDAS ESTADÍSTICAS PARA CARACTERIZAR LA HUMEDAD RELATIVA. ---------------------- 93
TABLA 3.6: MEDIDAS ESTADÍSTICAS PARA CARACTERIZAR LA RADIACIÓN SOLAR EN EL PERIODO
COMPRENDIDO ENTRE 10:00 Y 14:00. --------------------------------------------------------------------- 97
TABLA 3.7: COMPARACIÓN DE DATOS DIARIOS PROMEDIOS DE VELOCIDAD DEL VIENTO, PARA LOS
DIFERENTES MESES -------------------------------------------------------------------------------------------- 98
TABLA 3.8: RANGOS DE VELOCIDADES DE VIENTO (M/S) DE LA ESTACIÓN QUIMSACOCHA 1.------------- 99
TABLA 3.9 DATOS ESTADÍSTICOS DE LA ET0 PARA LOS DIFERENTES MESES ----------------------------- 102
TABLA 3.10: COMPARACIÓN DE LOS MÉTODOS DE CÁLCULO DE LA ET0 ---------------------------------- 105
TABLA 3.11: VALORES DE DENSIDAD APARENTE OBTENIDOS EN EL ESTUDIO. ---------------------------- 112
TABLA 3.12: VALORES DE HUMEDAD VOLUMÉTRICA EN LOS PUNTOS PF. --------------------------------- 114
TABLA 3.13: KS OBTENIDO POR EL INFILTRÓMETRO DE TENSIÓN. ------------------------------------------ 115
TABLA 3.14: KS OBTENIDO POR LA PRUEBA DE POZO INVERTIDO. ------------------------------------------ 117
TABLA 3.15: AFOROS REALIZADOS EN QUINUAHUAYCU. ----------------------------------------------------- 118
TABLA 3.16: COEFICIENTES DE GASTO Y POTENCIAS OBTENIDAS EN QUINUAHUAYCU. ----------------- 118
TABLA 3.17: AFOROS REALIZADOS EN CALLUANCAY. -------------------------------------------------------- 119
TABLA 3.18: COEFICIENTES DE GASTO Y POTENCIAS OBTENIDAS EN CALLUANCAY.--------------------- 120
TABLA 3.19: REGISTRO DE INFORMACIÓN OBTENIDA POR LOS LIMNÍGRAFOS. ---------------------------- 121
TABLA 3.20: CARACTERIZACIÓN DEL CAUDAL INSTANTÁNEO EN LAS MICROCUENCAS DE ESTUDIO. --- 123
TABLA 3.21: REGISTRO DE INFORMACIÓN DE PLUVIÓGRAFOS. ---------------------------------------------- 124
TABLA 3.22: RESUMEN DE PRECIPITACIONES. ----------------------------------------------------------------- 127
TABLA 3.23: PESO DE CADA PLUVIÓGRAFO PARA EL CÁLCULO DE LA PRECIPITACIÓN MEDIA EN CADA
MICROCUENCA. ----------------------------------------------------------------------------------------------- 128
TABLA 3.24: COEFICIENTE DE CULTIVO OBTENIDO EN CADA MICROCUENCA. ----------------------------- 134
TABLA 3.25: PORCENTAJE DE DATOS CRUDOS FALTANTES MENSUALES EN EL VERTEDERO DE
QUINUAHUAYCU Y EN LOS PLUVIÓGRAFOS. -------------------------------------------------------------- 138
TABLA 3.26: PORCENTAJE DE DATOS CRUDOS FALTANTES MENSUALES EN EL VERTEDERO DE
CALLUANCAY Y EN LOS PLUVIÓGRAFOS. ----------------------------------------------------------------- 140
TABLA 3.27: PARÁMETROS ÓPTIMOS DE TOPMODEL PARA LA MICROCUENCA DE CALLUANCAY. --- 143
TABLA 3.28: PARÁMETROS ÓPTIMOS DE TOPMODEL PARA LA MICROCUENCA DE QUINUAHUAYCU - 149
TABLA 3.29 VALORES DEL COEFICIENTE DE CULTIVO KC DE LAS MICROCUENCAS OBTENIDOS MEDIANTE
EL BALANCE HÍDRICO Y EL MODELO. ----------------------------------------------------------------------- 152

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ÍNDICE DE FOTOS.
FOTO 2.1: PRUEBA DE POZO INVERTIDO REALIZADA EN EL CAMPO. ------------------------------------------ 70
FOTO 2.2: EQUIPO PARA LA REALIZACIÓN DE LA PRUEBA DE POZO INVERTIDO. ---------------------------- 71
FOTO 2.3: LIMPIEZA DEL TERRENO. ------------------------------------------------------------------------------- 74
FOTO 2.4: COLOCACIÓN Y NIVELACIÓN DE LA CAPA DE ARENA. ----------------------------------------------- 75
FOTO 2.5: POSICIONAMIENTO DEL INFILTRÓMETRO DE TENSIÓN. -------------------------------------------- 75
FOTO 2.6: EQUIPO DE LOS INFILTRÓMETROS DE DOBLE ANILLO. --------------------------------------------- 78
FOTO 2.7: LOCALIZACIÓN DE LOS INFILTRÓMETROS DE DOBLE ANILLO. ------------------------------------ 78
FOTO 2.8: MEDICIÓN DEL FLUJO DE AGUA EN EL ANILLO INTERIOR. ------------------------------------------ 79
FOTO 2.9: VARIACIÓN DEL FLUJO DE AGUA EN EL ANILLO INTERIOR. ----------------------------------------- 79

ÍNDICE DE FIGURAS.
FIGURA 2.1: LOCALIZACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO. ----------------------------------------------------------- 21
FIGURA 2.2 PRESIÓN DE SATURACIÓN DE VAPOR (EO) EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA: CURVA DE
EO(T). ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 28
FIGURA 2.3: CURVA DE DOBLE MASA DE LA TEMPERATURA 2007 -------------------------------------------- 38
FIGURA 2.4: VERTEDERO TRIANGULAR DE CRESTA DELGADA. ------------------------------------------------ 49
FIGURA 2.5: RED CLIMÁTICA PARA LOS PÁRAMOS DE QUIMSACOCHA Y SU ÁREA DE INFLUENCIA. ------- 49
FIGURA 2.6: VARIACIÓN VERTICAL TÍPICA DE LA VELOCIDAD DE FLUJO EN UN RÍO. ------------------------ 51
FIGURA 2.7: MÉTODO ESTANDARIZADO PARA EL CÁLCULO DEL CAUDAL AFORADO ------------------------ 52
FIGURA 2.8: LEVANTAMIENTO AGUAS ARRIBA DEL VERTEDERO DE LA MICROCUENCA DE
QUINUAHUAYCU. ----------------------------------------------------------------------------------------------- 56
FIGURA 2.9: LEVANTAMIENTO AGUAS ARRIBA DEL VERTEDERO DE LA MICROCUENCA DE CALLUANCAY.
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 57
FIGURA 2.10: BALANCE HÍDRICO EN UNA CUENCA. ------------------------------------------------------------- 62
FIGURA 2.11: DERIVACIÓN DEL MODELO DE INFILTRACIÓN GREEN AMPT A PARTIR DE LA LEY DE DARCY.
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 68
FIGURA 2.12: UBICACIÓN DE PRUEBAS HIDROFÍSICAS ---------------------------------------------------------- 69
FIGURA 2.13: PRUEBA DE POZO INVERTIDO. --------------------------------------------------------------------- 71
FIGURA 2.14: GRÁFICO LOG(H+R/2) VS. TIEMPO. -------------------------------------------------------------- 72
FIGURA 2.15: INFILTRÓMETRO DE TENSIÓN. --------------------------------------------------------------------- 73
FIGURA 2.16: GRÁFICO VOLUMEN ACUMULADO VS. TIEMPO. ------------------------------------------------- 76
FIGURA 2.17: CURVA DE CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA. ------------------------------------------------------- 77
FIGURA 2.18: REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA ORGANIZACIÓN DE LOS RESERVORIOS EN TOPMODEL
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 85
FIGURA 3.1: DISTRIBUCIÓN DE LA TEMPERATURA DEL AIRE EN BASE A DATOS AGREGADOS
DIARIAMENTE. --------------------------------------------------------------------------------------------------- 91
FIGURA 3.2: DISTRIBUCIÓN DE LA HUMEDAD RELATIVA EN BASE A DATOS AGREGADOS DIARIAMENTE. - 94
FIGURA 3.3: DISTRIBUCIÓN MENSUAL DE LA RADIACIÓN SOLAR EN BASE A DATOS HORARIOS. ---------- 96
FIGURA 3.4: DISTRIBUCIÓN MENSUAL DE LA RADIACIÓN SOLAR EN EL PERIODO COMPRENDIDO ENTRE
10:00 Y 14:00. ------------------------------------------------------------------------------------------------- 97
FIGURA 3.5: ANÁLISIS DE FRECUENCIAS DE NO EXCEDENCIA PARA VELOCIDADES DEL VIENTO EN LOS
DIFERENTES AÑOS. -------------------------------------------------------------------------------------------- 98
FIGURA 3.6: MAPA DE DIRECCIÓN Y VELOCIDAD DEL VIENTO EN LA ESTACIÓN DE QUIMSACOCHA 1PARA
LOS DIFERENTES AÑOS -------------------------------------------------------------------------------------- 100
FIGURA 3.7: DISTRIBUCIÓN MENSUAL DE EVAPOTRANSPIRACIÓN DE REFERENCIA CON DATOS DE
RESOLUCIÓN HORARIA -------------------------------------------------------------------------------------- 101
FIGURA 3.8: COMPARACIÓN DE LAS DISTRIBUCIONES MENSUALES PROMEDIAS DE LA ET0 CON LA
RADIACIÓN SOLAR. ------------------------------------------------------------------------------------------ 103
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FIGURA 3.9: COMPARACIÓN DE LOS DIFERENTES MÉTODOS DE CÁLCULO DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN
DE REFERENCIA. --------------------------------------------------------------------------------------------- 104
FIGURA 3.10: DIFERENCIAS DE LOS DIFERENTES MÉTODOS DE CÁLCULO DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN
DE REFERENCIA, CON RESPECTO AL MÉTODO DE LA FAO PENMAN – MONTEITH. ----------------- 105
FIGURA 3.11: RESULTADOS OBTENIDOS MEDIANTE LAS RELACIONES LINEALES DE LOS MÉTODOS DE
CÁLCULO DE LA ET0 CON RESPECTO AL MÉTODO DE FAO PENMAN-MONTEITH. ------------------ 106
FIGURA 3.12: DISTRIBUCIÓN MENSUAL DE LA ET0 CALCULADA CON LA ECUACIÓN DE LA FAO PENMAN-
MONTEITH PARA DATOS HORARIOS.----------------------------------------------------------------------- 108
FIGURA 3.13: DISTRIBUCIÓN MENSUAL DE LA ET0 CALCULADA CON EL CRITERIO DE LOS DÍAS TÍPICOS
APLICADO PARA DISTRIBUIR HORARIAMENTE LOS VALORES DE ET0 OBTENIDOS CON LA ECUACIÓN
DE FAO PENMAN-MONTEITH PARA DATOS DIARIOS ---------------------------------------------------- 109
FIGURA 3.14: HISTOGRAMA DE FRECUENCIAS RELATIVAS DE LAS DIFERENCIAS DE ET0 PARA EL
PERIODO ENTRE 06:00 Y 18:00. --------------------------------------------------------------------------- 111
FIGURA 3.15: HISTOGRAMA DE FRECUENCIAS RELATIVAS DE LAS DIFERENCIAS DE ET0 PARA EL
PERIODO ENTRE 19:00 Y 05:00. --------------------------------------------------------------------------- 112
FIGURA 3.16: CURVAS PF DE CADA SITIO DE ESTUDIO. ------------------------------------------------------ 113
FIGURA 3.17: COMPARACIÓN DE LOS MÉTODOS ENSAYADOS DE CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA.------- 115
FIGURA 3.18: CURVAS DE CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA DE LOS DISTINTOS PUNTOS ENSAYADOS. --- 116
FIGURA 3.19: APROXIMACIÓN LINEAL Q-H2.5. ------------------------------------------------------------------ 119
FIGURA 3.20: CURVA DE DESCARGA DEL VERTEDERO DE QUINUAHUAYCU. ------------------------------ 119
FIGURA 3.21: APROXIMACIÓN LINEAL Q-H2.5. ------------------------------------------------------------------ 120
FIGURA 3.22: CURVA DE DESCARGA DEL VERTEDERO DE CALLUANCAY. ---------------------------------- 120
FIGURA 3.23: DATOS DE CAUDAL EN RESOLUCIÓN HORARIA. ----------------------------------------------- 122
FIGURA 3.24: ANÁLISIS DE FRECUENCIAS DE NO EXCEDENCIA PARA CAUDALES ESPECÍFICOS DE LAS
MICROCUENCAS ESTUDIADAS, EN ESCALA SEMI-LOGARÍTMICA. --------------------------------------- 123
FIGURA 3.25: HIETOGRAMAS DIARIOS Y MENSUALES DE PRECIPITACIÓN. --------------------------------- 125
FIGURA 3.26: MÉTODO DE LOS DOS EJES PARA EL CÁLCULO DE LA PRECIPITACIÓN MEDIA DE LA
MICROCUENCA DE CALLUANCAY. -------------------------------------------------------------------------- 129
FIGURA 3.27: MÉTODO DE LOS DOS EJES PARA EL CÁLCULO DE LA PRECIPITACIÓN MEDIA DE LA
MICROCUENCA DE QUINUAHUAYCU ----------------------------------------------------------------------- 130
FIGURA 3.28: PRECIPITACIONES MEDIAS Y CAUDALES EN RESOLUCIÓN HORARIA EN LAS MICROCUENCAS
DE CALLUANCAY Y QUINUAHUAYCU. ---------------------------------------------------------------------- 131
FIGURA 3.29: VARIABILIDAD EN EL CONTENIDO DE AGUA DE ANDOSOLES ESTIMADA MEDIANTE ENSAYOS
DE TDR -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 133
FIGURA 3.30: BALANCE HÍDRICO APLICADO A CADA UNA DE LAS MICROCUENCAS. ----------------------- 134
FIGURA 3.31: DISTRIBUCIÓN DEL ÍNDICE TOPOGRÁFICO EN LAS MICROCUENCAS DE QUINUAHUAYCU Y
CALLUANCAY ------------------------------------------------------------------------------------------------- 135
FIGURA 3.32: PATRÓN DEL ÍNDICE TOPOGRÁFICO EN LAS MICROCUENCAS DE QUINUAHUAYCU Y
CALLUANCAY. ------------------------------------------------------------------------------------------------ 135
FIGURA 3.33: COMPARACIÓN DE LOS DATOS DE CAUDAL DE QUINUAHUAYCU CON LOS DATOS DE
PRECIPITACIÓN DE LOS DIFERENTES PLUVIÓGRAFOS. -------------------------------------------------- 138
FIGURA 3.34: COMPARACIÓN DE LOS DATOS DE CAUDAL DE CALLUANCAY CON LOS DATOS DE
PRECIPITACIÓN DE LOS DIFERENTES PLUVIÓGRAFOS. -------------------------------------------------- 140
FIGURA 3.35: VALORES OPTIMIZADOS DE MONTE CARLO PARA CADA PARÁMETRO DE TOPMODEL
IMPLEMENTADO EN LA MICROCUENCA DE CALLUANCAY. ----------------------------------------------- 143
FIGURA 3.36: CAUDALES OBSERVADOS Y SIMULADOS PARA EL PERIODO DE CALIBRACIÓN DEL MODELO
IMPLEMENTADO EN AL MICROCUENCA DE CALLUANCAY. ----------------------------------------------- 145
FIGURA 3.37: HISTOGRAMAS DE FRECUENCIAS RELATIVAS DE LAS DIFERENCIAS ENTRE CAUDALES
OBSERVADOS Y SIMULADOS EN EL PERIODO DE CALIBRACIÓN PARA LA MICROCUENCA DE
CALLUANCAY ------------------------------------------------------------------------------------------------- 147
FIGURA 3.38: VALORES OPTIMIZADOS DE MONTE CARLO PARA CADA PARÁMETRO DE TOPMODEL
IMPLEMENTADO EN LA MICROCUENCA QUINUAHUAYCU. ----------------------------------------------- 148
Pedro David Barrera Crespo. 8
Christian Oswaldo Torres Vázquez
Universidad de Cuenca – Facultad de Ingeniería Contenido.
FIGURA 3.39: CAUDALES OBSERVADOS Y SIMULADOS PARA EL PERIODO DE CALIBRACIÓN DEL MODELO
IMPLEMENTADO EN AL MICROCUENCA DE QUINUAHUAYCU. ------------------------------------------- 150
FIGURA 3.40: HISTOGRAMAS DE FRECUENCIAS RELATIVAS DE LAS DIFERENCIAS ENTRE CAUDALES
OBSERVADOS Y SIMULADOS EN EL PERIODO DE CALIBRACIÓN PARA LA MICROCUENCA DE
QUINUAHUAYCU. --------------------------------------------------------------------------------------------- 151
FIGURA 3.41 EVAPOTRANSPIRACIÓN DE REFERENCIA Y EVAPOTRANSPIRACIÓN DEL CULTIVO OBTENIDA
POR EL MODELO PARA LAS MICROCUENCAS. ------------------------------------------------------------- 153
FIGURA 3.42: HISTOGRAMAS DE FRECUENCIAS RELATIVAS DE QO/PRECIPITACIÓN CUANDO EL CAUDAL >
240 L/S -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 153
FIGURA 3.43: HISTOGRAMA DE FRECUENCIAS RELATIVA DE QS/CAUDAL CUANDO EL CAUDAL < 240 L/S.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 154
FIGURA 3.44: RESULTADOS OBTENIDOS CON EL MODELO PARA LAS MICROCUENCAS. ------------------ 155

ÍNDICE DE ANEXOS.
ANEXO 1. DATOS DE AFOROS. ....................................................................................................... 166 
ANEXO 1.1 
Formato para la Toma de Datos de los Aforos. ............................................................................ 167 
ANEXO 1.2 
Aforos en la Microcuenca de Calluancay. ..................................................................................... 169 
ANEXO 1.3 
Aforos en la Microcuenca de Quinuahuaycu. ............................................................................... 176 

Pedro David Barrera Crespo. 9
Christian Oswaldo Torres Vázquez
Universidad de Cuenca – Facultad de Ingeniería Caratula.

UNIVERSIDAD DE CUENCA.
Facultad de Ingeniería.
Escuela de Ingeniería Civil.

“ESTUDIO SOBRE LA GENERACIÓN DE
ESCORRENTÍA EN MICROCUENCAS DE
PÁRAMO CON ÉNFASIS EN LA HIDROFÍSICA DE
SUELOS”

Tesis previa a la
obtención del Título de

Ingeniero Civil.

AUTORES:
Pedro David Barrera Crespo.
Christian Oswaldo Torres Vázquez.

DIRECTOR:
Ing. Felipe Cisneros Espinoza. Ph.D.

Cuenca-Ecuador
2010

Pedro David Barrera Crespo. 10
Christian Oswaldo Torres Vázquez