Hidrología Hidrología Cuenca Hidrográfica CARACTERISTICAS FISICAS DE UNA CUENCA. Las características físicas inherentes a una cuenca que determinan y afectan su respuesta hidrológica son: a)Características a)Característ icas morfológica morfológicass b) Uso y cobertura del suelo c)Características c)Característ icas geológicas y pedológicas . 1. MORFOLOGÍA DE LA CUENCA. La morfología de la cuenca queda definida por tres tipos de parámetros:
1.1. PARÁMETROS DE FORMA.
•Permite realizar estudios cuantitativos sobre particularidades de cada una de las las cuencas , evitándose las descripciones descripciones subjetivas y se introducen parámetros matemáticos que se pueden calcular, pudiéndose analizar el medio Físico mediante términos matemáticos y su respuesta hidrológica. •A su vez , permite establecer la dinámica esperada de la escorrentía superficial en una cuenca, teniendo en cuenta que aquellas cuencas con formas alargadas, tienden a presentar un flujo de agua más veloz, a comparación de las cuencas redondeadas, logrando una evacuación de la cuenca más rápida, mayor desarrollo de energía cinética en el arrastre de sedimentos hacia el nivel de base, principalmente. •Por otro lado interviene en las características características del hidrograma de descarga de un río (eventos máximos). máximos). En general, cuencas de igual igual área pero de diferente forma generan hidrogramas diferentes. 1.2. PARÁMETROS DE RELIEVE. RELIEVE . 1.3. PARÁMETROS RELATIVOS A LA RED DE DRENAJE
Hidrología Hidrología Cuenca Hidrográfica CARACTERISTICAS FISICAS DE UNA CUENCA. Las características físicas inherentes a una cuenca que determinan y afectan su respuesta hidrológica son: a)Características a)Característ icas morfológica morfológicass b) Uso y cobertura del suelo c)Características c)Característ icas geológicas y pedológicas . 1. MORFOLOGÍA DE LA CUENCA. La morfología de la cuenca queda definida por tres tipos de parámetros:
1.1. PARÁMETROS DE FORMA. FORMA . 1.2. PARÁMETROS DE RELIEVE. RELIEVE . 1.3. PARÁMETROS RELATIVOS A LA RED DE DRENAJE . 1.2. PARÁMETROS DE RELIEVE .
La influencia del relieve sobre la respuesta hidrológica de la cuenca es importante, puesto que a mayores pendientes corresponden mayores velocidades del agua en las corrientes y menor será el tiempo de concentración de la cuenca. La influencia del relieve sobre el hidrograma es aún más evidente. A una mayor pendiente corresponderá una menor duración de concentración de las aguas de escorrentía en la red de drenaje y afluentes al curso principal.
Hidrología Hidrología Características físicas de la cuenca 1.2. PARÁMETROS DE RELIEVE Tiempo de Concentración (TC) Se . define como el tiempo que tarda el agua que llueve en el punto más lejano de la cuenca, en llegar al nivel de base o fin de la cuenca. El tiempo de concentración sirve para determinar la torrencialidad potencial de una cuenca en función de sus características físicas. El TC. parámetro fundamental en el estudio del comportamiento hidrologico de una cuenca.
CONCEPTO DE HIDROGRAMA
Un hidrograma es la expresion del Qt en función de T (tiempo), en una determinada sección. En el cual se pretende construir una obra hidráulica o proteger un bien existente. Caudal (m3/s): Se refiere a la velocidad de salida de la escorrentía, por la sección del cauce correspondiente. Depende del volumen de agua y de la sección de paso.
Cap X
Hidrología Hidrología CARACTERISTICAS FISICAS DE UNA CUENCA
HIDROGRAMA
Son gráficas que expresan la variación del caudal en el tiempo, durante una tormenta dada
Partes de un hidrograma Yetograma Punta del hidrograma ) 3
s/ m( Q
Curva de concentración
Curva de descenso
T respuesta T crecida T0
Curva de agotamiento
T1
Tiempo base Tiempo
Hidrología Hidrología Características físicas de la cuenca EL HIDROGRAMA Y SU DESCOMPOSICIÓN Curva de concentración. Tramo comprendido desde que se inicia el aumento de caudal en el río como
consecuencia de la lluvia hasta llegar al máximo. Se debe a la creciente acumulación de escorrentía, mayoritariamente escorrentía superficial. Punta del hidrograma. Valor de caudal máximo que ha generado el aguacero. Curva de descenso. Pasada la punta se inicia una disminución rápida de caudal hasta que cesa la
escorrentía superficial. Curva de agotamiento. Tramo del hidrograma en que todo el caudal se debe al aporte de las aguas
subterráneas.
Los parámetros de tiempo son: Tiempo de crecida. El transcurrido entre el inicio de la crecida y la punta del hidrograma. (T 0, T1).
El intervalo de T0 a T1 es el tiempo que tarda en llegar a la salida una gota caída en el punto mas alejado de esta, a esto se denomina tiempo de concentración. En el momento en que llega la gota de agua a la salida entonces , en ese momento toda la cuenca esta contribuyendo. Ademas que tiene que llover en forma constante hasta que suceda esto. Tiempo de respuesta o lag. El transcurrido entre el centro de gravedad del yetograma y la punta del
hidrograma.
Hidrología Hidrología Características físicas de la cuenca 1.2. PARÁMETROS DE RELIEVE
El relieve se cuantifica mediante : Pendiente de la cuenca Curva hipsométrica Elevación media de la cuenca Pendiente de la corriente principal Rectángulo equivalente
Pendiente de la cuenca Con frecuencia nos basta con medir la pendiente media del cauce principal, pero en ocasiones necesitamos calcular la pendiente media de toda la superficie de la cuenca. La pendiente media constituye un elemento importante en el efecto del agua al caer a la superficie, por la velocidad que adquiere y la erosión que produce. Si estamos trabajando con un programa de SIG, como ArcView, ILWIS y el programa dispone de un Modelo Digital del Terreno (mapa digital, con la cota de cada punto), entonces el cálculo de la pendiente media es inmediato. Si no disponemos de más herramientas que un mapa topográfico, lápiz, una regla. Explicaremos 3 métodos para el calculo de la pendiente media: a) El método de Horton, según lo refiere Viessman1.
Hidrología Hidrología Características físicas de la cuenca 1.2. PARÁMETROS DE RELIEVE
Representado una cuenca, a la que superpone una cuadrícula regular (Menor espaciado de la cuadrícula nos daría mayor precisión, pero también más trabajo).
1. Medida de la pendiente en sentido vertical a) Contamos los puntos de intersección de las líneas verticales con cualquier curva de nivel (puntos rojos). En este ejemplo son 11 (sólo las intersecciones que se encuentran dentro de la cuenca).
Hidrología Hidrología Características físicas de la cuenca 1.2. PARÁMETROS DE RELIEVE
b) Medimos la longitud de los tramos verticales de la rejilla dentro de los límites de la cuenca (en verde en el dibujo). En nuestro ejemplo, suman 16,65 km, medidos de acuerdo con la escala gráfica a la que está el mapa. Aplicamos la siguiente fórmula:
Donde: n = número de intersecciones e =equidistancia entre curvas de nivel (metros) Σlvert = suma de las longitudes de las verticales de la
cuadrícula (metros) Con nuestros datos:
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2. Medida de la pendiente en sentido horizontal Hacemos los mismo con las líneas horizontales. Contamos 12 intersecciones con las líneas horizontales, y las longitudes de dichas horizontales suman 16265 metros.
3. Cálculo de la pendiente de la cuenca Hacemos simplemente la media de las dos anteriores ( que en este ejemplo son curiosamente similares):
Hidrología Hidrología Características físicas de la cuenca 1.2. PARÁMETROS DE RELIEVE b) Pendiente de la cuenca (criterio de Nash) Actuando en forma similar al criterio de Horton,
1. Trazar una malla de cuadrados sobre el plano topográfico del área de la cuenca en estudio. Se debe tomar en cuenta que la aproximación del cálculo depende del tamaño de la malla por lo que se recomienda orientarla en el sentido de la corriente principal (figura 6.5) y obtener aproximadamente 100 intersecciones (10 x 10 divisiones) si son áreas grandes (alrededor de 250 km2) y aproximadamente unas 30 intersecciones (6 x 5 divisiones) cuando el área es muy chica (menor a 15 km2).
2. Calcular la pendiente en cada nodo o intersección como: Donde: Si =pendiente en un punto intersección de la malla desn =desnivel entre curvas de nivel que rodean al punto analizado li =distancia mínima entre curvas de nivel que pasa por el nodo de análisis
Hidrología Hidrología Características físicas de la cuenca 1.2. PERÁMETROS DE RELIEVE
Si =pendiente en un punto intersección de la malla desn =desnivel entre curvas de nivel que rodean al punto analizado li =distancia mínima entre curvas de nivel que pasa por el nodo de análisis. Se debe medir para cada una de ellas.
Cuando un nodo o intersección ocurre en un punto entre dos curvas del mismo valor, la pendiente se considera nula y ese punto no se toma en cuenta para el cálculo de la pendiente.
3. Calcular la pendiente media, es decir, el promedio de las pendientes de todos los nodos:
Hidrología Hidrología Características físicas de la cuenca 1.2. PARÁMETROS DE RELIEVE Pendiente media de la cuenca c) El Método de Alvord se aplica cuando se tiene la cartografía de la cuenca.
Sm = D*L / Ac Sm = Pendiente media de la cuenca D = Desnivel entre curvas de nivel (en metros) L = Longitud total de las curvas de nivel dentro de la cuenca (Km) Ac = Área de la cuenca (Km2) Aplicando estas unidades se obtiene Sm en m/Km, el cual se puede llevar a % si se desea.
Calculo de la pendiente media en %
Donde: J: pendiente media de la cuenca, en tanto por ciento Σ i L : suma de las longitudes de las curvas de nivel (Km) E: equidistancia entre curvas de nivel (Km) A superficie de la cuenca (Km2)
Hidrología Hidrología Características físicas de la cuenca 1.2. PARÁMETROS DE RELIEVE Pendiente media de la cuenca
Es uno de los principales parámetros que caracteriza el relieve de la misma y permite hacer comparaciones entre cuencas (Guilarte, 1978). La pendiente media estimada de esta manera, aunque útil para comparar cuencas, implica representar toda la cuenca con un sólo valor de pendiente, una situación que para algunos autores se aleja de la realidad (Guilarte, 1978). Por esta razón, en la actualidad se trabaja en el modelo de elevación digital del terreno de la cuenca, pieza clave en la delimitación de las unidades de paisaje presentes en una cuenca. Para el calculo de la pendiente media en base al modelo digital del terreno, es necesario realizar una reclasificación de la pendiente en diferentes rangos de acuerdo a las características de la cuenca, algunos de estos rangos son:
Hidrología Hidrología Características físicas de la cuenca 1.2. PARÁMETROS DE RELIEVE
Concluyendo que la pendiente media de la cuenca, es uno de los factores que mayor influencia tiene en la duración del escurrimiento, sobre el suelo y los cauces naturales, afectando de manera notable, la magnitud de las descargas; influye así mismo, en la infiltración, la humedad del suelo y la probable aparición de aguas subterránea al escurrimiento superficial, aunque es difícil la estimación cuantitativa, el efecto que tiene la pendiente sobre el escurrimiento para estos casos
Hidrología Hidrología Características físicas de la cuenca 1.2. PARÁMETROS DE RELIEVE
El relieve se cuantifica mediante : Pendiente de la cuenca Curva hipsométrica Elevación media de la cuenca Pendiente de la corriente principal Rectángulo equivalente
Hm.
50 % del área
Curva hipsométrica El reflejo más preciso sobre la elevación de una cuenca se logra a través la curva hipsométrica. Y esta es el producto del área de acuerdo con la elevación, es decir, una representación bidimensional, que grafica en el eje vertical la elevación y en el eje horizontal el porcentaje del área sobre cada curva de nivel, en términos del área total. Es decir es una representación gráfica de la superficie del terreno, que se encuentra por encima de determinada cota. .
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A través de esta curva también podemos determinar los siguientes parámetros:
Altura más frecuente: que viene definida por el intervalo correspondiente al mayor porcentaje de la superficie total. Altura media: definida como la correspondiente al percentil 50 de la curva hipsométrica. Por tanto es la altura para la cual las áreas quedan igual repartidas.
Hidrología Hidrología Características físicas de la cuenca 1.2. PARÁMETROS DE RELIEVE Por otro lado este parámetro también no brinda una idea respecto al grado de madurez de una cuenca, a su vez el Parámetro esta directamente relacionado con la temperatura y la precipitación en función de la altitud.
Iliustración 2.2. Curvas hipsométricas características del c iclo de erosión (según Strahler). (fuente: LLamas, J., Hidrología general, figura 2-6).
La curva superior (curva A) refleja una cuenca con un gran potencial erosivo; la curva intermedia (curva B) es característica de una cuenca en equilibrio; y la curva inferior (curva C) es típica de una cuenca sedimentaria. Quedarían, así, representadas distintas fases de la vida de los ríos: - curva A: fase de juventud - curva B: fase de madurez - curva C: fase de vejez
en la que se representa en ordenadas alturas de la cuenca, y en abscisas la superficie de la cuenca que est á por encima de esa cota. La forma de calcularla se realiza por medio
Hidrología Hidrología Características físicas de la cuenca
1.2. PARÁMETROS DE RELIEVE
Las curvas hipsométricas también han sido asociadas con las edades de los ríos de las respectivas cuencas, figura 4.5.
Hidrología Hidrología Características físicas de la cuenca 1.2. PARÁMETROS DE RELIEVE Para generar la C.H. en SIG se debe reclasificar el MDT, según los intervalos deseados, para obtener el calculo de Cada área en cada rango.
Esta curva hipsometrica corresponde a la de una cuenca erosionada, y clasificada como de valle o sedimentaria Pues se encuentra en la fase de vejez.
Hidrología Hidrología Características físicas de la cuenca 1.2. PARÁMETROS DE RELIEVE
PASOS: en la siguiente Tabla 4 se representan los pasos seguidos para el cálculo de la curva hipsométrica.
La curva hipsométrica: en ordenadas alturas de la cuenca y en abscisas la superficie de la cuenca que está por encima de esa cota. Esta curva permite definir el relieve mediante una gráfica de doble entrada
área hay que acumularla de las cotas máximas a las cotas más bajas
cota-superficie acumulada, el
Hidrología Hidrología Características físicas de la cuenca 1.2. PARÁMETROS DE RELIEVE
MAPAS ALTIMETRICOS
Hidrología Hidrología Características físicas de la cuenca 1.2. PARÁMETROS DE RELIEVE
El relieve se cuantifica mediante :
como consecuencia de la altitud, tiene un efecto importante sobre las pérdidas de agua por evaporación.
Pendiente de la cuenca Curva hipsométrica Elevación media de la cuenca Pendiente de la corriente principal Rectángulo equivalente
Elevación de la cuenca.La elevación media de la cuenca, así como la diferencia entre sus elevaciones extremas, influye en las características meteorológicas, que determinan principalmente las formas de la precipitación. Por lo general, existe una buena correlación, entre la precipitación y la elevación de la cuenca, es decir, a mayor elevación la precipitación es también mayor. Por otro lado las variaciones de altitud en el interior de la cuenca, así como su altitud media, son esenciales también para el estudio de la temperatura, que tienen un efecto importante sobre las pérdidas de agua por evaporación, como consecuencia de la altitud.
Hidrología Hidrología Características físicas de la cuenca 1.2. PARÁMETROS DE RELIEVE Elevación media de la cuenca
Recalcando una vez mas la altura o elevación media tiene importancia principalmente en zonas montañosas donde influye en el escurrimiento y en otros elementos que también afectan el régimen hidrológico, como el tipo de precipitación, la temperatura, etc. Para obtener la elevación media se aplica un método basado en la siguiente fórmula:
. Siendo: H = elevación media de la cuenca ci =cota media del área i, delimitada por 2 curvas de nivel. ai = área i entre curvas de nivel ( área de cada franja en Km2 m2 ) A = área total de la cuenca (En km2 o m2)
(Promedio de las curvas de nivel que delimitan cada franja)
-Amplitud del relieve: Se define como la diferencia entre la altura máxima menos la
altura mínima de la cuenca, que toma el valor d e Amp = hmax - hmin = 1303’6 –640 = 663’6 m -
Los datos nos proporciona la tabla para generar la curva hipsométrica
Hidrología Hidrología Cuenca Hidrográfica l
El informe de la práctica de Características físicas de una cueca deben estructurarse y presentarse de
l
la siguiente manera:
l
Practica titulada:
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ANÁLISIS MORFOMÉTRICO DE LA CUENCA CHIÑATA I. INTRODUCCIÓN II. OBJETIVOS II. ÁREA DE ESTUDIO III. MATERIALES IV.PROCEDIMIENTO:
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Se indicará en forma cronológica el desarrollo de la práctica.
l l l l l
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V. RESULTADOS DATOS, CÁLCULOS, TABLAS Y GRÁFICAS: VI. CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES
l
Se indicarán los resultados obtenidos y las sugerencias o recomendaciones
l
que el estudiante crea convenientes sobre práctica.
l l
l l
VI.BIBLIOGRAFÍA Hoja 6341_II, Zona 19. Cantón Santivañez,Provincia Capinota,Municipio Santivañez, Cbba.
