Clases de Hidrología Semana N° 03_FICA_UNHEVAL

CLASES S03 - CICLO 2015.1 Curso:

HIDROLOGÍA GENERAL

Código:

4105

Condición:

OBLIGATORIO

Pre - requisitos: ESTADISTICA Y MECANICA DE FLUIDOS II Responsable de cátedra :

C. M Sc. en Ingeniería Hidráulica Hidráulica – UNI – Lima - Perú Huánu co . Ab ril del 2015 1/45

Curso: HIDRO LO GÍA GENER A L – CICLO 2015 - 1

La Cuenca Hidrográfica

s e d a d i l a r e n e G

Las regiones en el Perú se definen por límites políticos en base a una delimitación topográfica, en las cuáles es importante definir desde el punto de vista hidráulico las unidades hidrológicas, base fundamental de los estudios, análisis y modelación de planes y programas de desarrollo integral, definiendo sus características físicas e inter-relación de sus diversos componentes, con la finalidad de conocer índices paramétricos que sirven para definir sus atributos y vulnerabilidades, como de comparación con otras regiones hidrológicas para compensar carencias o generar proyectos con recursos de varias cuencas a la vez.



s a m e u q s E

Configuración espacial para el análisis de una cuenca hidrográfica, sub-cuenca, micro-cuenca y un sector de tratamiento. Fuente: Absalón Vásquez Villanueva “Manejo de Cuencas Alto Andinas” – UNALM, Lima, 2000



s a m e u q s E

Identificación de problemas principales en una cuenca hidrográfica típica Fuente: Absalón Vásquez Villanueva “Manejo de Cuencas Alto Andinas” – UNALM, Lima, 2000


La Cuenca Hidrográfica GESTIÓN Y MANEJO DE CUENCAS Enfoques:  Enfoque proteccionista  Enfoque hidráulico  Enfoque sistémico  Nuevo enfoque (Mixto)

s a m e u q s E

La cuenca como sistema, sus elementos e interacciones Fuente: Absalón Vásquez Villanueva “Manejo de Cuencas Alto Andinas” – UNALM, Lima, 2000


Caracterización Hidrológica del Perú

n ó i c a z i r e t c a r a C

LATITUD Y CLIMA (ONERN, 1980) “Por su localización (Zona Tropical Sur), el clima del Perú debería ser cálido…sin embargo el territorio peruano es un complejo geográfico, climático, morfológico, geológico y ecológico”

COLOMBIA ECUADOR

BRASIL

BOLIVIA




CORDILLERA DE LOS ANDES (ONERN, 1980) “Es el rasgo geográfico geológico más importante del Perú, y es el que determina las regiones naturales del país, influye en su clima y es el asiento de gran parte de sus recursos naturales”




CORDILLERA DE LOS ANDES Y VERTIENTES (ONERN, 1980) “La cordillera, es la columna vertebral del Perú (A=1´285,215 km2), atraviesa en dirección Sureste – Noroeste, dando origen a tres vertientes hidrográficas: (1) Pacífico, (2) Atlántico (Amazonas) y (3) Lago Titicaca”


Caracterización Hidrológica del Perú ESQUEMA DEL RELIEVE PERUANOS (ONERN , 1989) n ó i c a z i r e t c a r a C

DE

LOS

ANDES


Caracterización Hidrográfica del Perú


CARACTERIZACIÓN PLUVIOMÉTRICA (ONERN, 1980). Vertiente del Pacífico 53 ríos Vertiente del Atlántico 44 ríos Vertiente del Titicaca 9 ríos



100

PERÚ: DISPONIBILIDAD DE AGUA POR VERTIENTE EN PORCENTAJE (%)

95 90

FUENTE: ANA (2010).

85


97.27%

80 75 70 65

) % ( e j a t n e c r o P

60 55 50 45 40 3

198,121.19 m /h ab ./año

35 30 25

3

2,066.64 m /h ab ./año 3

10,734.96 m /h ab ./año

20 15 10 5

2.18%

0.56%

0

Pacífico

Atlántico Vertiente

Titicaca










CARACTERIZACIÓN HIDROLÓGICA SANTA (UGEH, IRH, INRENA, 2006). Desglaciación Cordillera Blanca: 1970: 723.37 km2 (UGRH), 1997: 611.48 km2, En 27 años, una pérdida de 111.89 km2 (15.46% c/1970).

DEL

RÍO


Caracterización Hidrológica del Perú FACTORES DE MODELAMIENTO EN EL PERÚ n ó i c a z i r e t c a r a C

1.-

Cordillera de los An des

2.3.4.-

A nt ic ic lón d el Pacífic o Su r Corriente de Hum bo ldt Fen óm en o d el Ni ñ o

Carac teri zación p lu vi o m é tri ca Caracterizaci ón hid ro gr áfic a e hi dr ol ógic a



s a m e u q s E

P: Precipitación R: E scorr entía Superf icial E: Evaporación T: T ranspir ación I : I nfiltración S: Alm acenamiento Vb: Volu men de bombeo Qle: Caudal de entrada Qls: Caudal de sali da Gl e: E scorr entías Subterr ánea entr ant e Gl s: E scorr entía Subter ránea sali ente Rg: E scorr entía sub-superfici al que aparece como escorr entía superf icial

P T

Ss

ET

Q S

Qle

R

Estación hidrométrica

R

Qls

Vb Q Gle

Rg

In

Gls

Sg

Configuración espacial tridimensional, para el análisis de una cuenca hidrográfica, sub-cuencas, micro-cuencas y sectores de tratamiento (Nabil M obayed Khodr, Querétaro, México, 2006)



Balance hídrico encima de la superficie o c i r d í h e c n a l a B

P – R + Rg – Es – Ts – I = Ss

Balance hídrico debajo de la superficie I + Gle + Gls – Rg – Eg – Tg = Sg

Balance hídrico en la cuenca hidrográfica P – R – (Es + Eg) – (Ts + Tg) + (Gle – Gls) = (Ss + Sg) Los sub-índices s y g significan el origen del vector, respectivamente encima y debajo de la superficie del suelo


La Cuenca Hidrográfica 01 24

25

23

s a m e u q s E

27 38

530

36

540 59

60

61

48

49

50

62

63

64

37 51 65

510 msnm

26

52

66

39 53

67

40 54

41

515 55

68

520 72

550

86

73 87

74 88

75 89

76 90

77 78 91

104 105

79

80

92

93

94

106

107

108

81

82

“Sin duda, la hidrología física de parámetros distribuidos es uno de los caminos que habrá de 530 seguir esta disciplina en el futuro, pero aceptarlo no demerita en modo alguno los logros alcanzados por la hidrología clásica”

95 96 110 109

560

119

120

121 122

123

A 550

540

550

Sistema Hidrológico Distribuido para Modelación y Pronóstico (Nabil Mobayed Khodr, Querétaro, México, 2006)

540

Ramón Domínguez Mora


La Cuenca Hidrográfica Enfoque “nuevo” de la hidrología DISCIPLINAS

o c i m é t s i S a m e u q s E

Atmósfera

Agua

Suelo

- Meteorología - Climatología Estadística - Fisiografía - Hid r áu li c a - Mecánica suelos - Geohidrología

Enfoque

CLÁSICO

Variable - Distribuida Proceso - Estocástico

NUEVO

P

- Distribuida - Estocástico

Q Variable - Concentrada Proceso - Estocástico

- Distribuida - Determinístico

HERRAMIENTAS

- MDE - Percepción remota - SIG (ó GIS) - FÍSICA

REDES DE DRENAJE MODELOS DE ESCURRIMENTO MODELOS DE INFILTRACIÓN Sistema Hidrológico Distribuido para Modelación y Pronóstico (Nabil Mobayed Khodr, Querétaro, México, 2006)



s a m e u q s E

Criterios de cálculo y aplicaciones en Modelación y Pronóstico Hidrológico (Nabil Mobayed Khodr, Querétaro, México, 2006)


La Cuenca Hidrográfica SIG ... Está bien ... ¿y los modelos?

Herramientas s a m e u q s E

1) Arc VIEW, Arc GIS 2) Hec-Hms, ILWIS 3) AnnANGPS, RMMF, ANSWER, CREAMS, KINEROS, EUROSEM, WEPP, SPANS 4) Hec-Ras, FLO-2D, IDRISI

Modelos 1) Balances 2) Lluvia-escorrentía 3) Erosión hídrica 4) Inundaciones

Información

SISTEMA INTEGRAL Herramientas y Modelos (Nabil Mobayed Khodr, Querétaro, México, 2006 – Agregado y Complementado)


La Cuenca Hidrográfica Clasificación de los curso de agua: n ó i c a z i r e t c a r a C

1) Perennes 2) Intermitentes 3) Efímeros


La Cuenca Hidrográfica Características Físicas: 1) Área de drenaje n ó i c a z i r e t c a r a C

LÍMITES La cuenca en estudio, limita con las siguientes cuencas: Norte: Cuenca del río Higueras. Sur: Cuenca del río Mantaro. Este: Cuenca del río Pachitea. Oeste: Cuenca del río Marañon. HIDROGRAFÍA. La cuenca integral del río alto Huallaga, desde sus nacientes a la altura de Cerro de Pasco hasta la ciudad de Huánuco (Puente Taruca), tiene una extensión de 4,789.4 Km2. Es una cuenca húmeda en su integridad, sometida a precipitaciones significativas; tiene dos subcuencas principales y sub-cuencas secundarias: cuatro en el Alto Huallaga y tres en el río Huertas, además tiene una subcuenca lateral del río Higueras.


La Cuenca Hidrográfica Características Físicas: 1) Área de drenaje n ó i c a z i r e t c a r a C


La Cuenca Hidrográfica Características Físicas: 1) Área de drenaje.Información mínima necesaria: n ó i c a z i r e t c a r a C





  

Cartas Nacionales a escala 1/100,000 (Ejemplo: Huánuco: Hojas 19k, 20k); con curvas de nivel a cada 50 m; elaboradas por el Instituto Geográfico Nacional de Perú (IGN). ASTER GDEM, con formato GeoTIFF, de 30 m de resolución espacial, mapa topográfico diseñado por La NASA y el Ministerio de Economía, Comercio e Industria del Japón-METI (1999), distribuido por Ministerio del Ambiente del Perú MINAM en la página web. “Mapa Ecológico del Perú”, publicado por la Oficina Nacional de Recursos Naturales ONERN (1976) - Perú. Levantamiento topográfico, curvas de nivel (Cada dos, cinco o diez metros: dependiendo de la topografía). Vistas satelitales (complementario para análisis específicos)


La Cuenca Hidrográfica Características Físicas: 2) Forma de la cuenca n ó i c a z i r e t c a r a C

2.1) Índice de Gravelius o coeficiente de Compacidad (Kc)

P K c  0.282 A      

Donde: P: Perímetro de la cuenca, en Km. o m. A: Área de la cuenca en Km2 o m2

Cuando más irregular sea la hoya, mayor será su coeficiente de compacidad Una hoya circular posee el coeficiente mínimo, igual a 1 Hay mayor tendencia a las crecientes en la medida que éste número sea próximo a la unidad Si Kc = 1.128, se trata de una cuenca cuadrada Si Kc = 3.0, las cuencas son muy alargadas Kc = 1.481, la cuenca tiende a un cuadrado (largo y ancho son valores cercanos)


La Cuenca Hidrográfica Características Físicas: 2) Forma de la cuenca 2.2) Factor de forma (Kf )


A K f  2 L Donde: A = B/L A: Área de drenaje en Km2 o m2 B: Ancho medio en Km. o m. L: Longitud axial de la cuenca, en Km. o m. 

Una cuenca con un factor de forma bajo está menos sujeta a crecientes que otra del mismo tamaño, pero con mayor factor de forma


La Cuenca Hidrográfica 3) Sistema de Drenaje: 3.1.Orden de las corrientes de agua n ó i c a z i r e t c a r a C

3.1.1.) Método Pfasftetter  Se usa cartografía validada, el modelo de elevación digital y el modelo de sombras.  Se subdivide las cuencas hidrográficas, identificando los mayores afluentes en términos de área y longitud al rio principal.


La Cuenca Hidrográfica 3) Sistema de Drenaje: 3.1.Orden de las corrientes de agua n ó i c a z i r e t c a r a C

3.1.1.) Método Pfasftetter


La Cuenca Hidrográfica 3.1.1.) Método Pfasftetter


Nivel alcanzado por el Método Pfafstetter, según cuenca, cordillera y área - ANA )



3) Sistema de Drenaje: 3.1.Orden de las corrientes de agua n ó i c a z i r e t c a r a C

3.1.2.) Método Strahler 

Se usa cartografía validada, el modelo de elevación digital y el modelo de sombras.



Refleja el grado de ramificación o bifurcación dentro de una cuenca. - Corrientes de 1er. Orden: Pequeños canales que no tiene tributarios - Corrientes de 2do. Orden: Cuando dos corrientes de 1er. Orden se unen - Corrientes de 3er. Orden: Cuando dos corrientes de 2d. Orden se unen - Corrientes de orden n + 1: Cuando dos corrientes de orden n se unen



3) Sistema de Drenaje: 3.1.Orden de las corrientes de agua 3.1.2.) Método Strahler



La Cuenca Hidrográfica 3.1.2.) Método Strahler


Número de cuencas delimitadas por el método Strahler, según cuenca, cordillera y área - ANA)


La Cuenca Hidrográfica 3) Sistema de drenaje 3.2) Densidad de drenaje (Dd) n ó i c a z i r e t c a r a C

Dd

L 

A

Donde: L = Longitud total de las corrientes de agua , en km. A = Área de drenaje de la cuenca, en Km 2 

La densidad de drenaje, toma valores entre 0.5 Km/km2 para cuencas con drenaje pobre hasta 3.5 km/km2 para cuencas bien drenadas.


La Cuenca Hidrográfica 3) Sistema de drenaje 3.3) Extensión media de la escorrentía superficial A


l



4lL

A 

4 L

Donde: l = Extensión media de la escorrentía superficial, en km. L = Longitud total de las corrientes de agua en la cuenca , en km. A: Área de drenaje de la cuenca, en Km 2


La Cuenca Hidrográfica 3) Sistema de drenaje 3.4) Sinuosidad de la corriente de agua n ó i c a z i r e t c a r a C

S

L 

Lt

Donde: L = Longitud del cauce el río Lt = Longitud del valle el río, medido en línea curva o recta


La Cuenca Hidrográfica 4) Características del relieve 4.1) Pendiente de la cuenca n ó i c a z i r e t c a r a C

Esta característica controla en buena parte la velocidad con que se da la escorrentía superficial y afecta por lo tanto, el tiempo que lleva el agua de la lluvia para concentrarse en lechos pluviales que constituyen la red de drenaje de las hoyas


La Cuenca Hidrográfica 4) Características del relieve 4.2) Curva Hipsométrica n ó i c a z i r e t c a r a C


La Cuenca Hidrográfica 4) Características del Relieve: 4.3) Elevación media de la cuenca n


E 

 (Cota Media Intervaloi  Áreai ) i 1

n

 ( Áreai )

i 1 Donde: n: Número de intervalos de clase 



También se puede definir la elevación de una cuenca, por un rectángulo de área equivalente al área limitada por la curva hipsométrica y los ejes coordenados. Se debe tener en cuenta que la altitud y la elevación media de una cuenca son, también, importantes por la influencia que ejercen sobre la precipitación, pérdidas de agua por evaporación y transpiración y consecuentemente sobre el caudal medio.


La Cuenca Hidrográfica 4) Características del relieve 4.4) Pendiente de la corriente principal n ó i c a z i r e t c a r a C


La Cuenca Hidrográfica 4) Características del relieve n ó i c a z i r e t c a r a C

4.4) Pendiente de la corriente principal La velocidad de escurrimiento de las corrientes de agua depende de la pendiente de sus canales fluviales. A mayor pendiente mayor velocidad 4.1. Pendiente media (S 1) 4.2. Pendiente media ponderada (S 2) 4.3. Pendiente equivalente constante (S 3) V



KS

1 2

Donde: V = Velocidad del agua (m/s) L = Longitud del recorrido del agua (m) T = Tiempo de recorrido del agua (s) K = Constante (m/s)


La Cuenca Hidrográfica 4) Características del relieve 4.5) Rectángulo equivalente n ó i c a z i r e t c a r a C


La Cuenca Hidrográfica 5) Suelos n ó i c a z i r e t c a r a C

Así como la precipitación depende de las condiciones climatológicas de la cuenca, la escorrentía y la pérdidas de precipitación dependen de las características físicas de la cuenca, entre las cuales los suelos desempeñan un papel importante. La escorrentía y las pérdidas determinan el volumen de agua aportado en la cuenca , y la manera como ese volumen de agua se distribuye en el tiempo


La Cuenca Hidrográfica 6) Cuenca representativa y Experimental n ó i c a z i r e t c a r a C

6.1) Cuenca representativa De tipo ecológico determinado y localizado sin limitaciones de intervención humana, para el estudio de las diversas fases del ciclo hidrológico. 6.2) Cuenca experimental De tipo ecológico modificable con intervención humana para estudiar sus efectos sobre el ciclo ecológico

Clases de Hidrología Semana N° 03_FICA_UNHEVAL

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