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.
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La Cuenca Hidrográfica
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
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La Cuenca Hidrográfica
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
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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
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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
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Caracterización Hidrológica del Perú
n ó i c a z i r e t c a r a C
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”
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Caracterización Hidrológica del Perú
n ó i c a z i r e t c a r a C
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”
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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
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Caracterización Hidrográfica del Perú
n ó i c a z i r e t c a r a C
CARACTERIZACIÓN PLUVIOMÉTRICA (ONERN, 1980). Vertiente del Pacífico 53 ríos Vertiente del Atlántico 44 ríos Vertiente del Titicaca 9 ríos
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Caracterización Hidrográfica del Perú
100
PERÚ: DISPONIBILIDAD DE AGUA POR VERTIENTE EN PORCENTAJE (%)
95 90
FUENTE: ANA (2010).
85
n ó i c a z i r e t c a r a C
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
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Caracterización Hidrográfica del Perú
n ó i c a z i r e t c a r a C
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Caracterización Hidrográfica del Perú
n ó i c a z i r e t c a r a C
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Caracterización Hidrográfica del Perú
n ó i c a z i r e t c a r a C
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
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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
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La Cuenca Hidrográfica
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)
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La Cuenca Hidrográfica
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
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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
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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)
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La Cuenca Hidrográfica
s a m e u q s E
Criterios de cálculo y aplicaciones en Modelación y Pronóstico Hidrológico (Nabil Mobayed Khodr, Querétaro, México, 2006)
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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)
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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
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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.
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La Cuenca Hidrográfica Características Físicas: 1) Área de drenaje n ó i c a z i r e t c a r a C
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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)
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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)
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La Cuenca Hidrográfica Características Físicas: 2) Forma de la cuenca 2.2) Factor de forma (Kf )
n ó i c a z i r e t c a r a C
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
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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.
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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
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La Cuenca Hidrográfica 3.1.1.) Método Pfasftetter
n ó i c a z i r e t c a r a C
Nivel alcanzado por el Método Pfafstetter, según cuenca, cordillera y área - ANA )
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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
3.1.2.) 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
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La Cuenca Hidrográfica
3) Sistema de Drenaje: 3.1.Orden de las corrientes de agua 3.1.2.) Método Strahler
n ó i c a z i r e t c a r a C
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La Cuenca Hidrográfica 3.1.2.) Método Strahler
n ó i c a z i r e t c a r a C
Número de cuencas delimitadas por el método Strahler, según cuenca, cordillera y área - ANA)
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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.
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La Cuenca Hidrográfica 3) Sistema de drenaje 3.3) Extensión media de la escorrentía superficial A
n ó i c a z i r e t c a r a C
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
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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
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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
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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
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La Cuenca Hidrográfica 4) Características del Relieve: 4.3) Elevación media de la cuenca n
n ó i c a z i r e t c a r a C
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.
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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
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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)
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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
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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
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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