Ing. Fernando Montesinos

Andreses

CICLO 2013-I Módulo: II Unidad: 01 Semana:01

HIDROLOGÍA

CICLO HIDROLÓGICO

CUENCA HIDROGRÁFICA

ORIENTACIONES

Para llegar a donde deseas necesitas una

meta, que tu meta sea pasar este curso con

un buen resultado, es decir que puedas

lograr aprender a aprender. Para llegar a

ello debes tener un plan, el cual debe

incluir los puntos siguientes:·

• Prepararse para la clase.

• Asistir a clase.

• Solicitar ayuda especial cuando la

necesites·

CONTENIDOS TEMÁTICOS

• Hidrología. Definición, ciclo hidrológico,

variables hidrológicas y sus interrelaciones

en el ciclo hidrológico en una cuenca.

• Cuenca hidrográfica: divisorias,

delimitaciones, clasificación de los cursos de

agua, características físicas: área de drenaje,

parámetros en forma índice de Gravelious,

(factor de forma), sistema de drenaje (orden

de las corrientes, densidad de drenaje,

extensión media de la escorrentía superficial,

sinuosidad de las corrientes).

Delimitación de cuencas – Computarizada o automática

• Se hace a partir de las curvas a nivel y la red hidrográfica digitalizadas

• Puede presentar algunos problemas para su delimitación principalmente en el área cercana al punto de aforo.

• Depende de un insumo llamado Modelo de Elevación Digital (MED) o Modelo de Elevación de Terreno (MET).

• La primera práctica de este curso será la delimitación manual y automatizada de la cuenca y el cálculo de las características físicas de ella.

Delimitación automatizada de

cuencas • Generación del MED

• “Quemado” o “Marcado” de los ríos

• MED sin depresiones locales (Fill sinks)

• Grid de Dirección de Flujo

• Grid de Acumulación de Flujo

• Trazado automático

Características físicas de la

cuenca • Orientación

• Superficie o área

• Perímetro

• Topografía (curva hipsométrica y curva de

frecuencia de altitudes)

• Altitudes características

• Índices representativos

TIN y Modelo de Elevación Digital

Convertir a GRID

Delimitación de cuencas Quemado o Marcado de Ríos

Conversión de Ríos a Grid

Atributo de rios=100 No data

Delimitación de cuencas Quemado o Marcado de Ríos

Reclasificación de ríos

Atributo de rios=100 Atributo fuera de ríos=0

Delimitación de cuencas Quemado o Marcado de Ríos

Resta con el Map Calculator

Ríos 100 m más profundos

Delimitación de cuencas

Llenado de depresiones locales Mínimos locales

Fill Sinks

Parteaguas

Delimitación de cuencas

Dirección de Flujo

64

16 X 1

8 4 2

32 128

La dirección de flujo de una celda está definida por la dirección del mayor gradiente de elevación

Delimitación de cuencas

Dirección de Flujo

Delimitación de cuencas

Acumulación de Flujo

Delimitación de cuencas

Acumulación de Flujo

Delimitación de cuencas

Dirección y Acumulación de Flujo

Delimitación de cuencas

Trazado automático

Orientación de la cuenca

• El número de horas que está soleada la

cuenca. Este es un elemento bastante

importante en la medida que aumenta la

latitud de la cuenca. Puede ser el factor

principal en el cálculo de la evaporación y

la evapotranspiración.

• Las horas en las que incide el sol sobre la

ladera de la cuenca.

• La dirección de los vientos dominantes

• La dirección del movimiento de los frentes

de lluvia

• Los flujos de humedad

Superficie o área

• Método gravimétrico (balanza analítica)

Superficie o área

• Automatizada o computarizada

– Por medio de un SIG.

– En ArcView 3.3 se aplica la extensión Mila

Utilities 3.2.

– El proceso se hace de manera automática y el

área se agrega a la tabla de atributos de la

cuenca.

Superficie o área

• Planímetro

Trazado en el sentido de las agujas del reloj

Promediar tres mediciones con sus lecturas

Planimetrar un área conocida y aplicar regla de tres

Perímetro

• Cuerda o mecate

Escala 1:50,000 o sea 1 cm=500 m.

4.3 cm

P= 4.3 cm x 500 m = 2,150 m

Perímetro

• Curvímetro

Perímetro

• Automatizado o Computarizado

– Por medio de un SIG.

– En ArcView 3.3 se aplica la extensión Mila

Utilities 3.2.

– El proceso se hace de manera automática y el

perímetro se agrega a la tabla de atributos de la

cuenca.

Curva hipsométrica

• Es la curva que puesta en coordenadas

rectangulares, representa la relación entre

la altitud, y la superficie de la cuenca que

queda sobre esa altitud.

Curva hipsométrica

• Se debe calcular las

áreas entre curvas a

nivel

• Se calcula por

medio del

planímetro o por

medios

gravimétricos

• Nosotros lo vamos a

calcular por medios

computarizados

Altitudes características

• Altitud media: es la ordenada medida de la curva hipsométrica, donde el 50 % del área de la cuenca, está situado por encima de esa altitud y el 50 % está situado por debajo de ella.

• Altitud mas frecuente: es el máximo valor en porcentaje de la curva de frecuencia de altitudes.

• Altitud de frecuencia 1/2: es la altitud correspondiente al punto de abscisa ½ de la curva de frecuencia de altitudes.

Curva hipsométrica

Curva hipsométrica

Relación hipsométrica

Donde:

– Rh: Relación hipsométrica

– Ss: Area por encima de la

curva hipsométrica

– Si: Area por debajo de la

curva hipsométrica

Indice o Factor de Forma (F)

• Expresa la relación,

entre el ancho

promedio de la cuenca

y su longitud

Indice o Factor de Forma (F)

• A mayor F mayor

posibilidad de tener

una tormenta intensa

simultánea sobre toda

la extensión de la

cuenca

Índice de Compacidad o

Gravelious • El índice de

compacidad de una

cuenca, definida por

Gravelious, expresa

la relación entre el

perímetro de la

cuenca, y el

perímetro

equivalente de una

circunferencia

Índice de Compacidad o

Gravelious

• Cuando K=1 entonces la cuenca es

circular.

• Para K>1 la cuenca tiende a ser alargada y

por lo tanto aplica el mismo criterio que

para el índice de forma.

Rectángulo equivalente

• Transformación geométrica, que permite representar a la cuenca, de su forma heterogénea, con la forma de un rectángulo que tiene: – la misma área y perímetro (y

por lo tanto el mismo índice de compacidad ó índice de Gravelious)

– igual distribución de alturas (y por lo tanto igual curva hipsométrica)

– igual distribución de terreno, en cuanto a sus condiciones de cobertura.

• Las curvas de nivel se convierten en rectas paralelas al lado menor, siendo estos lados, la primera y última curvas de nivel.

Rectángulo equivalente

Rectángulo equivalente

Calculo de K, L y l: Se toma el signo + para L Se toma el signo – para l

Rectángulo equivalente

Calculo de los segmentos del lado mayor Li

A1=6.13/10.9034=0.56

Indice de Pendiente

• Es una ponderación que se establece entre

las pendientes y el tramo recorrido por el

río

Pendiente de la Cuenca

• Tiene una relación importante y compleja

con la infiltración, la escorrentía

superficial, la humedad del suelo, y la

contribución del agua subterránea a la

escorrentía

– Controla el tiempo de escurrimiento y

concentración de la lluvia en los canales de

drenaje

Pendiente de la Cuenca

• Criterios para evaluar la pendiente

– Criterio de Alvord

– Criterio de Horton

– Criterio de Nash

– Criterio del rectángulo equivalente

Criterio de Alvord

• Este criterio está

basado, en la

obtención previa de

las pendientes

existentes entre las

curvas de nivel.

Criterio del rectángulo

equivalente • Con este criterio, para hallar la pendiente de

la cuenca, se toma la pendiente media del

rectángulo equivalente, es decir:

Perfil longitudinal de un cauce

• Si se plotea la

proyección

horizontal de la

longitud de un

cauce versus su

altitud, se obtiene el

perfil longitudinal

del curso de agua.

Perfil longitudinal de un cauce

• Importancia:

– Proporciona una idea de las pendientes que

tiene el cauce, en diferentes tramos de su

recorrido,

– Factor de importancia para

• Control de torrentes

• Determinar puntos de captación

• Ubicación de posibles centrales hidroeléctricas.

Pendiente del cauce

• Importante para – Aprovechamiento hidroeléctrico

– Solución de problemas de inundaciones.

• La pendiente del cauce se puede considerar como el cociente, que resulta de dividir, el desnivel de los extremos del tramo, entre la longitud horizontal de dicho tramo.

• Existen varios métodos para obtener la pendiente de un cauce

Metodos para obtener pendiente

del cauce • Pendiente uniforme

• Compensación de áreas

• Ecuación de Taylor y Schwarz

Pendiente Uniforme

• Considera la pendiente

del cauce, como la

relación entre el

desnivel que hay entre

los extremos del cauce

y la proyección

horizontal de su

longitud

• El método puede

utilizarse en tramos

cortos del río.

Compensación de áreas

• Elegir la pendiente de una línea que se apoya en el extremo final del tramo por estudiar, y que tiene la propiedad de contener la misma área (abajo y arriba), respecto al perfil del cauce.

Ecuación de Taylor y Schwarz

• Considera que un río está formado por n tramos de igual

longitud, cada uno de ellos con pendiente uniforme.

• Tiene una mejor aproximación, cuanto más grande sea el

número de tramos, en los cuales se subdivide el perfil

longitudinal del río a analizar.

Tramos de diferente longitud

Red de Drenaje

• Trayectorias o arreglo que guardan entre

sí, los cauces de las corrientes naturales

dentro de ella

– Manifiesta la eficiencia del sistema de drenaje en

el escurrimiento (rapidez con que desaloja la

cantidad de agua que recibe).

– Proporciona indicios de las condiciones del

suelo y de la superficie de la cuenca.

Red de Drenaje

• Las características de una red de drenaje, pueden describirse principalmente de acuerdo con: – El tipo de corrientes

– El orden de las corrientes

– Longitud de los tributarios

– Densidad de corriente

– Densidad de drenaje

Tipo de Corrientes

• Corriente efímera, es aquella que solo lleva agua

• cuando llueve e inmediatamente después.

• Corriente intermitente, lleva agua la mayor parte

• del tiempo, pero principalmente en época de lluvias; su

• aporte cesa cuando el nivel freático desciende por

• debajo del fondo del cauce.

• Corriente perenne, contiene agua todo el tiempo, ya que aún en época de sequía es abastecida continuamente, pues el nivel freático siempre permanece por arriba del fondo del cauce.

Orden de las corrientes

• Proporciona el grado de bifurcación dentro de la cuenca.

• Se requiere de un plano de la cuenca que incluya tanto corrientes perennes como intermitentes.

• Existen dos métodos para determinarlas:

– Strahler

– Shreve

• Pueden trazarse mediante el uso de los SIG.

4

Strahler

Shreve

Longitud de los tributarios

• Indicador de la magnitud de la pendiente de la cuenca, así como del grado de drenaje.

• Areas escarpadas y bien drenadas ---> numerosos tributarios pequeños y cortos

• Areas planas (suelos son profundos y permeables) ---> tributarios largos, que generalmente son corrientes perennes

• Longitud de los tributarios se incrementa como una función de su orden.

• La medición de las corrientes, se realiza dividiendo la corriente en una serie de segmentos lineales, trazados lo más próximo posible a las trayectorias de los cauces de las corrientes.

• También puede realizarse desde un SIG.

Densidad de las corrientes

• Es la relación entre el número de corrientes y el área drenada

• Solamente se consideran corrientes perennes e intermitentes

• El cauce principal cuenta como una corriente y luego los tributarios a este cauce desde su nacimiento hasta su unión con el cauce principal

Densidad de drenaje

• Se expresa como la longitud de las corrientes, por unidad de área

• indica:

– La posible naturaleza de los suelos, que se encuentran en la cuenca.

– El grado de cobertura que existe en la cuenca.

• Valores altos, representan zonas con poca cobertura vegetal, suelos fácilmente erosionables o impermeables

• Valores bajos, indican suelos duros, poco erosionables o muy permeables y cobertura vegetal densa.

• Se puede calcular mediante un SIG

Densidad de drenaje

• La densidad de drenaje es un indicador de la

respuesta de la cuenca ante un aguacero, y,

por tanto, condiciona la forma del

hidrograma resultante en el desagüe de la

cuenca. A mayor densidad de drenaje, más

dominante es el flujo en el cauce frente al

flujo en ladera, lo que se traduce en un

menor tiempo de respuesta de la cuenca y,

por tanto, un menor tiempo al pico del

hidrograma.

Contraste entre Densidad de las corrientes (Dc) y Densidad de drenaje (Dd)

Cuencas hipotéticas a y b: Igual Dd pero diferente Dc Cuencas hipotéticas c y d: Igual Dc pero diferente Dd

Constante de estabilidad del río

• Representa, físicamente, la superficie de cuenca necesaria para

mantener condiciones hidrológicas estables en una unidad de

longitud de canal. Puede considerarse, por tanto, como una

medida de la erodabilidad de la cuenca. Así, regiones con suelo

rocoso muy resistente, o con suelos altamente permeables que

implican una elevada capacidad de infiltración, o regiones con

densa cobertura vegetal, tienen valores altos de la constante

de estabilidad y bajos de densidad de drenaje. Por el contrario,

una baja constante de estabilidad, o una elevada densidad de

drenaje, es característica de cuencas con rocas débiles, escasa

o nula vegetación y baja capacidad de infiltración del suelo.

•Es el inverso de la Densidad de Drenaje

•A: Area de la cuenca

•Lt: Longitud total de las corrientes perennes

GRACIAS