Hidrologa

Introduccin El comportamiento del caudal y el de las crecidas, puede verse modificado por una serie de propiedades morfomtricas de las cuencas, como son el tamao, la forma y la pendiente, que resultan muy importantes en la respuesta del caudal recibido y que pueden operar tanto para atenuar como para intensificar las crecidas. La mayor parte de estas propiedades actan incrementando el volumen del flujo y la velocidad de su movimiento.Definicin de una cuenca hidrogrficaUna cuenca hidrogrfica es toda rea o superficie de un terreno que aporta aguas de escorrenta hacia un punto de desage o salida.La escorrenta se constituye por aguas que fluyen en la superficie terrestre, tras producirse una precipitacin pluvial o cualquier otro aporte de agua. El agua comienza a moverse en direccin de la pendiente hacia puntos de menor altitud por medio de gravedad, las aguas que no se infiltraron son las que generan la escorrenta superficial, mientras que las que se infiltraron en el suelo reciben el nombre de escorrenta subsuperficial.Una cuenca est formada por un conjunto de ros, arroyos y/o barrancos ms grandes o ms chicos que conducen el agua hacia un cause principal, que es el que normalmente le da su nombre a la cuenca. Su permetro es una lnea curvada y ondulada que recorre entre las cuencas adyacentes.El agua que se mueve por toda la superficie de la cuenca hasta llegar a formar la red de canales constituye la red de drenaje de la cuenca. (figura 1)

figura 1

Parmetros geomorfolgicos de una cuenca de drenajerea de la cuenca (A)La variable tamao o rea de una cuenca se refiere a una condicin geomtrica y se relaciona con la capacidad de colectar agua y drenarla a un cauce comn independientemente de la precipitacin, litologa y capacidad de infiltracin que caracteriza el rea. Por ello se asume que a mayor rea, mayor volumen de agua captada y transmitida al colector principal. La razn de elongacin es el ndice que representa mejor la relacin entre la forma y la hidrologa de la cuenca.figura 2

Para su clculo se puede usar papel milimetrado o un planmetro, pero tambin es posible determinarla por medio de herramientas informticas, para lo que es necesario disponer de una base cartogrfica digital y de un SIG (ArcView, ArcGIS, etc.) o un programa de dibujo asistido por ordenador (ACAD, etc.).

Longitud del cauce principal (L), permetro (P) y ancho (W)La longitud L de la cuenca (figura 3) viene definida por la longitud de su cauce principal, siendo la distancia equivalente que recorre el ro entre el punto de desage aguas abajo y el punto situado a mayor distancia topogrfica aguas arriba.En cuanto al permetro de la cuenca, P (figura 3), informa sucintamente sobre la forma de la cuenca; para una misma superficie, los permetros de mayor valor se corresponden con cuencas alargadas mientras que los de menor lo hacen con cuencas redondeadas.

figura 3Finalmente, el ancho se define como la relacin entre el rea (A) y la longitud de la cuenca (L); se designa por la letra W de forma que: Dnde: A: superficie de la cuenca en km2. L: longitud de la cuenca en km.

Desnivel altitudinal (DA)Este es la diferencia que hay entre la cota ms alta de la cuenca y la ms baja.DA=HM-HmEsto se relaciona con la variabilidad climatolgica, ya que una cuenca con mayor cantidad de pisos altitudinales puede albergar ms ecosistemas.

La razn de elongacin (Re)consiste en el cociente entre el dimetro de un crculo que posee la misma rea que la cuenca y la longitud del curso principal que la drena. Los valores inferiores a 1 implican formas alargadas y cuanto ms se aleje de este valor mayor ser su elongacin (Schumm, 1956; Sala y Gay, 1981).

Parmetros de formaEs importante conocer la forma de una cuenca, para poder determinar su comportamiento hidrolgico, ya que por ejemplo, 2 cuencas con la misma rea pero diferente forma, tienen diferentes respuestas hidrolgicas e hidrogramas diferentes, de ah que algunos parmetros traten de cuantificar las caractersticas morfolgicas por medio de coeficientes.Coeficiente de Gravelius (Cg)Este coeficiente relaciona el permetro de la cuenca con el permetro de una cuenca terica circular de igual rea; estima por tanto la relacin entre el ancho promedio del rea de captacin y la longitud de la cuenca.donde: Cg,=coeficiente de Graveluis P= permetro de la cuenca, en km A= superficie de la cuenca, en km2

Rectngulo equivalenteSupone la transformacin geomtrica de la cuenca real en una superficie rectangular de lados L y l del mismo permetro de tal forma que las curvas de nivel se convierten en rectas paralelas a los lados menores del rectngulo (l).DondeL=altura del rectngulo en km l= base del rectngulo en km Cg= coeficiente de Gravelius A= superficie de la cuenca en km2

Parmetros de relieveEl relieve de una cuenca tiene mucha influencia sobre la respuesta hidrolgica, incluso ms que su forma. Podemos decir que a mayor relieve o pendiente la escorrentase produce en lapsos de tiempos menores.

Pendiente media del cauce (j) Es la relacin existente entre el desnivel altitudinal del cauce y su longitud.Donde: h, DA: desnivel altitudinal ( km) L, L: longitud del cauce en km.

Pendiente media o promedio de la cuenca (J)Es un ndice de la velocidad media de la escorrenta y, por lo tanto, de su poder de arrastre o poder erosivo y se calcula:Donde,J= pendiente media de la cuenca Li= Longitud de cada una de las curvas de nivel (km) E= Equidistancia de las curvas de nivel (km) A= superficie de la cuenca (km2)

Curva hipsomtricaLa curva hipsomtrica representa el rea drenada variando con la altura de la superficie de la cuenca. Se construye llevando al eje de las abscisas los valores de la superficie drenada proyectada en km2 o en porcentaje, obtenida hasta un determinado nivel, el cual se lleva al eje de las ordenadas, generalmente en metros.

Histograma de frecuencias altimtricasEs la representacin de la superficie, en km2 o en porcentaje, comprendida entre dos cotas, siendo la marca de clase el promedio de las alturas (figura 4).

figura 4

Altura media (H)La altura media, H, es la elevacin promedia referida al nivel de la estacin de aforo de la boca de la cuenca.

Caractersticas de la red de drenajeLa red de drenaje es el sistema jerarquizado de cauces, desde los pequeos surcos hasta los ros, que confluyen unos en otros configurando un colector principal de toda una cuenca. Su funcin es el transporte de materia y energa en el interior de la cuenca. La morfologa de la red, la densidad de drenaje y los rdenes jerrquicos alcanzados son parmetros fundamentales de estudio que dependen de los caracteres geomorfolgicos y biticos del sistema.

Hidrulica de la red fluvialLa morfologa de los canales fluviales naturales depende de la interaccin entre el flujo y los materiales erosionables en el lmite del canal. Por su parte, el flujo de agua est sometido a dos fuerzas principales: la gravedad y la pendiente del canal, mientras que la friccin se opone al movimiento del agua.En atencin a ello, el movimiento del agua se puede producir el rgimen laminar o en rgimen turbulento.

Perfil longitudinalEl perfil longitudinal de un ro es la lnea obtenida al representar las diferentes alturas desde su nacimiento a su desembocadura (figura 5).

figura 5Jerarquizacin de la red fluvialLa jerarquizacin permite tener un mejor conocimiento de la complejidad y desarrollo del sistema de drenaje de la cuenca. El orden se relaciona con el caudal relativo del segmento de un canal Hay varios sistemas de jerarquizacin, siendo los ms utilizados el de Horton (1945) y el de Strahler (1952).Por el mtodo de Horton los canales van numerados en funcin del nmero de afluentes que tengan, de forma que aquel que fluye desde el origen y no tiene ningn afluente es de orden 1, mientras que uno de orden 2 recibe dos afluentes. Si un canal recibe un afluente de orden 1 y otro de orden 2, su orden ser 3. El orden de los canales va aumentando de uno en uno, de forma que aunque un canal recibiera uno de orden 2 y otro de orden 3, su orden sera 4. Cada canal tiene un nico orden, que se corresponder con el mayor que puede tener al final de su recorrido. El mtodo de Strahler es muy parecido a Horton, con la diferencia de que un mismo canal puede tener segmentos de distinto orden a lo largo de su curso, en funcin de los afluentes que le llegan en cada tramo. El orden no se incrementa cuando a un segmento de un determinado orden confluye uno de orden menor.Densidad de drenajeEste ndice permite tener un mejor conocimiento de la complejidad y desarrollo del sistema de drenaje de la cuenca. En general, una mayor densidad de escurrimientos indica mayor estructuracin de la red fluvial, o bien que existe mayor potencial de erosin.Dnde: L: longitud de las corrientes efmeras, intermitentes y perennes de la cuenca en km. A: superficie de la cuenca en km2

Identificacin del cauce principal

Es habitual el uso de 3 criterios diferentes para la determinacin de un cauce principal:1) El criterio topogrfico, por el que el cauce principal es aquel cuya cabecera alanza la cota mxima2) El criterio de longitud, por el que el cauce principal es el mas alejado del nivel de base3) El criterio hidrolgico, por el que el cauce principal es el que tiene su origen en un manantial importante. Este criterio es el utilizado habitualmente en la toponimia y en la cartografa.Existe un cuarto criterio para considerar el cauce principal, propuesto por Horton (1945), y tiene un contenido geomtrico. Consiste en asignar la categora de tal aquel cauce cuyo ngulo de confluencia sea menor respecto al valle principal.

Para la definicin del cauce principal no es necesario conocer con precisin el punto exacto de origen del canal de primer orden, pues se toma como punto de origen la divisora de aguans, siendo su final el punto de desague, bien sea en el nivel base o bien en el rea de control seleccionada.

Caractersticas fisiogrficasEn general, para estudiar una cuenca hidrolgica se requieren mtodos cuantitativos y cualitativos. En el primer caso, es fundamental definir parmetros que representen algunas caractersticas particulares importantes, que pueden ofrecer una informacin relevante acerca de las variables y los procesos hidrolgicos.

Parteaguas. Lnea imaginaria formada por los puntos de mayor nivel topogrfico y que separa dos cuencas adyacentes.

rea de la cuenca. Es la proyeccin del parteaguas a un plano horizontal, caracterizndose as el tamao de la cuenca. El valor del rea se obtiene de los mapas topogrficos a travs del uso del planmetro o de otros mtodos.

Corriente principal. Es la corriente de mayor longitud que pasa por la salida de la cuenca hidrolgica.

Corrientes tributarias. Serie de corrientes tributarias con un diferente grado de bifurcacin.

Orden de corrientes. Se determina a partir del grado de bifurcacin de las corrientes tributarias.

a) Corriente de orden 1 es un tributario sin ramificaciones;

b) Corriente de orden 2 solo tiene corrientes de orden uno;.

c) Y as sucesivamente dos corrientes de orden 1 forman una de orden 2, dos corrientes de orden 2 forman una de orden 3, dos corrientes de orden 3 forman una de orden 4, etc.

Longitud del eje mayor de la cuenca. Es la mxima longitud que va desde el punto de la descarga o salida de la cuenca al punto ms lejano de la cuenca. Este parmetro es importante, ya que da una idea de la forma de la cuenca. Los procesos hidrolgicos, por ejemplo el escurrimiento superficial, responden de manera diferente en una cuenca alargada que a la que se aproxima a una forma circular.

Ancho de la cuenca.Es la longitud perpendicular a la longitud del eje mayor de la cuenca y para su estimacin se miden las longitudes perpendiculares representativas de cada parte de la cuenca, tomando como referencia la recta que se ha trazado para la longitud del eje mayor.Orientacin de la cuenca. Es el ngulo de orientacin a partir del norte geogrfico y para su determinacin se toma como punto de referencia la descarga o salida de la cuenca y utilizando la recta que representa a la longitud del eje mayor, se determina el ngulo de la orientacin a partir del norte geogrfico. Este parmetro es importante, ya que los sistemas de circulacin atmosfrica son fundamentales en lo que respecta al rgimen pluviomtrico de una cuenca.

ndice de forma.

Es la relacin del permetro de la cuenca entre el permetro que tendra un crculo con el mismo valor de rea. Con este parmetro se determina cuanto se aleja la forma de la cuenca de un crculo.

Relacin de alargamiento.

Es la relacin del dimetro de un crculo que tiene el mismo valor de rea de la cuenca entre la longitud del eje mayor.

Curva hipsomtricaEs una curva que representa en ordenadas, las elevaciones o altitudes de lafigura 6

cuenca que se ubica a partir de las superficies de la descarga o salida enabscisa. Se puede considerar a esta curva como una especie del perfil decuenca de anlisis.La distribucin espacial de la altitud en la cuenca es fundamental paracaracterizar su condicin morfolgica, es decir, saber qu porcentaje de lacuenca corresponde a zonas de montaa, lomeros, planicies, etc. Primero serequiere obtener un diagrama de frecuencias que asocie rea-altitud; esdecir, determinar el valor de rea correspondiente a un intervalo de altitud,abarcando el rango comprendido entre las elevaciones del terreno mnima ymxima. La marca de clase, o intervalo de la altitud, se define a partir de lascondiciones topogrficas de cada cuenca. (figura 6)

Clasificacin de los ros1) A partir de su posicin topogrfica o edad geolgica los rospueden clasificarse en:

Corriente joven. Son aquellas corrientes que erosionan rpidamente lasriberas, creando secciones en forma de v; no cuentan con planicie deinundacin, o sta es muy poco extensa. Las pendientes del cauce sonpronunciadas y es comn encontrar en su desarrollo cascadas, rpidos ypocos tributarios de longitudes pequeas.

Corriente madura. El potencial erosivo disminuye, suavizando la pendientedel cauce y eliminando las cascadas y rpidos; las extensiones de lasplanicies de inundacin son mucho mayores y se inicia la formacin demeandros, alcanzando as sus profundidades mximas.

Corriente senil. El proceso de ensanchamiento de la planicie de inundacines ms importante que el de la profundizacin.

Conclusin

En esta investigacin se estudiaron las diferentes caractersticas de una cuenca hidrolgica, para adquirir un entendimiento o conocimiento de cmo se conformar y algunos factores que influyen en su comportamiento, as mismo para conocer los diferentes conceptos que estn arraigados a estas.

Referencias

1. Universidad Politcnica de Valencia.https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/10782/Morfolog%C3%ADa%20de%20una%20cuenca.pdf

2. Morfometria de la cuenca del ro San Pedro, Conchos, Chihuahua / Medio ambiente y desarrollo sustentable / Oscar Alejandro Viramontes Luis Fernando Escobaza Carmelo Pinedo Alfredo Pinedohttp://tecnociencia.uach.mx/numeros/v1n3/data/5-morfometria-de-la-cuenca.pdf

3. Anlisis morfomtrico de la cuenca y de la red de drenaje del ro Zadorra y sus afluentes aplicado a la peligrosidad de crecidas. / Dpto. Geografa, Prehistoria y Arqueologa Universidad del Pas Vascohttp://www.boletinage.com/articulos/38/17%20IBISATE%20311-329.pdf

4. Manual de manejo de cuencas.http://www.ufrrj.br/institutos/if/lmbh/pdf/ensino/TMBH/2015-I/TMBH%20Dinamica%2007%20(2015-1)%20Anexo.pdf

5. Agua y SIG Anlisis morfometrico de una cuenca.http://www.aguaysig.com/2013/10/analisis-morfometrico-de-una-cuenca.html