DELIMITACIÓN DE LA CUENCA EN QGIS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA FACULTAD DE CIENCIAS DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL - HUANCAVELICA

CURSO HIDROLOGÍA GENERAL CF-702 DELIMITACIÓN DE LA CUENCA Y CÁLCULO DE SUS PARÁMETROS DOCENTE: Ing. Ivan A. AYALA BIZARRO ALUMNO: PAITÁN MONTAÑEZ, Claudio SEMESTRE: VII CICLO

HUANCAVELICA HUANCAVELICA - PERÚ 2015 ***

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Dedicado a mis padres por su apoyo incondicional que me brinda dia a dia.

HIDROLOGÍA GENERAL

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Ing. Iván A. AYALA BIZARRO

Índice general 1. INTRODUC INTRODUCCIÓN CIÓN 1.1. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . 1.1.1. Objetivo general . . . . . . 1.1.2. Objetivo Objetivoss especificos . . . . 1.2. Descripción de la zona de estudio . 1.2.1. Ubicación geográfica geográfica . . . . 1.2.2. Ubicación Política . . . . . 1.2.3. Acceso . . . . . . . . . . .

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2. FUNDAMEN FUNDAMENTO TO TEÓRICO TEÓRICO 2.1. Cuenca hidrológico . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. Curva Hipsométrica . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3. Curva frecuencia de altitudes . . . . . . . . . . . 2.4. Índices representativ representativos os . . . . . . . . . . . . . . 2.4.1. Índice o factor de forma de una una cuenca(F) cuenca(F) . 2.4.2. Índice de compacidad(Índice de Gravelius) Gravelius) 2.5. Rectángulo equivalente . . . . . . . . . . . . . . 2.6. Pendiente media del cauce cauce . . . . . . . . . . . .

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5 6 6 6 6 6 6 6

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7 7 7 7 7 7 7 8 8

3. METODOL METODOLOGÍA OGÍA 9 3.1. Programa Programación ción en Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3.2. Desarrollo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 4. ANÁLISIS DE RESULT RESULTADOS 4.1. Área y perímetro . . . . . . . . . . . . . . 4.2. Índice de compacidad . . . . . . . . . . . 4.3. Rectángulo equivalente . . . . . . . . . . 4.4. Factor de forma forma . . . . . . . . . . . . . . 4.5. Longitud del cauce cauce principal principal . . . . . . . 4.6. Pendiente de la cuenca . . . . . . . . . . . 4.7. Datos de los los áreas parciales parciales de la cuenca . 4.8. Curva hipsométrico . . . . . . . . . . . . 4.9. Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . .

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17 17 17 17 17 17 17 18 18 20

5. CONCLUSI CONCLUSIONES ONES 5.1. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21 21

3

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Capítulo 1 INTRODUCCIÓN En el presente trabajo se analizó la Cuenca del rio Jequetepeque , que esta en el DepartaDepartamento de Cajamarca, el cual se delimitó todo en QGIS y usando el complemento de GRASS, en donde se hara su respectivo analisis usando cada uno de los módulos que tiene desde a partir de un RASTER unido, esto desde la correción de del raster, delimitación, extracción de máscara, implementando con el cauce principal y el e l cauce secundaria, y dandole la forma f orma de la cuenca delimtado en QGIS y el dibujo de las curvas de nivel. De igual manera la extracción de los datos principales como son: el área, el perímetro,la longitud del cauce principal y secundalo , el pendiente y datos de los áreas parciales. Tambien se hace el analisis de la curva hipsometrico y el poligono de frecuencias co una programación en PYTHON a partir de los datos de áreas parciales. Y por otra parte este trabajo pretende responder las exigencias del docente de Hidrología General.

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1.1. Objetivos 1.1.1. Objetivo general Hacer el análisis respectivo de la cuenca del rio Jequetepeque.

1.1.2. Objetivos especificos Conocer sus respectivos parámetros tales como el área, perímetro, pendiente, factor de forma, índice de compacidad, rectángulo equivalente y etc. Conocer los diferentes parámetros correspondientes mediante una delimitacion adecuada de dicho cuenca tales como el área, perímetro, pendiente, factor de forma, índice de compacidad, rectángulo equivalente y etc., donde que estos datos sera util para el diseño de estructuras hidraulicas. Saber delimitar una cuenca hidrológico y conocer si la cuenca en estudio, es una cuenca joven , cuenca madura o cuenca vieja, según la curva hipsometrico.

1.2. Descripción de la zona zona de estudio 1.2.1. Ubicación geográfica El proyecto de estudio sobre el análisis esta localizado en: Latitud : 78°51’00" Long Longit itud ud : 7°13’00" Altitud : 850 m

1.2.2. Ubicación Política Depa Depart rtam amen ento to : Cajamarca Provincia : Cajamarca Distrito : Tembladera

1.2.3. Acceso El acceso hacia la zona de estudio es por la carretera Panamericana norte. partiendo de la capital Lima por Chimbote, Trujillo y llegando a Pacasmayo y luego al la zona de estudio que es Tembladera Cajamarca.

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Capítulo 2 FUNDAMENTO TEÓRICO 2.1. Cuenca hidrológico La cuenca es aquella superficie en la cual el agua precipitada se transfiere a las partes topográficas gráficas bajas por medio del sistema sistema de drenaje, concentrándose concentrándose generalmente generalmente en un colector que descarga a otras cuencas aledañas, o finalmente al océano.

2.2. Curva Hipsométrica Es la curva puesta en coordenadas representa la relación entre la cota y la superficie de la cuenca que se encuentra por encima de esta cota. El relieve de una cuenca se representa correctamente con un plano con curvas de nivel, sin embargo, estas curvas de nivel son muy complejas, por medio de la curva hipsométrica se sintetiza esta información, lo que la hace más adecuada para trabajar.

2.3. Curva frecuencia de altitudes Es la representacion gráfica, de la distribución en porcentaje de las superfices ocupadas por diferentes altitudes.El cual tambien es un complemento de la curva hipsométrica.

2.4. Índices repr representativos esentativos 2.4.1. Índice o factor de forma de una cuenca(F) Expresa la relación, entre el ancho promedio de la cuenca y su longitud, es decir: F = =

Ancho Longitud Longit ud

=

B L

=

BxL

A

= LxL L2

(2.1)

2.4.2. Índice de compacidad(Índice de Gravelius) El índice de compacidad de la cuenca, definido por Gravelius, expresa la relación entre el perímetro de la cuenca y el e l perímetro equivalente de una circunferencia que tiene la misma área 7


de la cuenca, es decir: K c =

P

=

Po

P

2r π π

=

2

√ P

A

= 0 2820947918 ,

π

√ P

(2.2)

A

2.5. Rectángulo equivalente Es una transformación geométrica que permite representar a la cuenca, de su forma heterogenea, 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 Gravelius), igual distribución de alturas(Y por lo tanto igual curva hipsométrica). L =

l =

K c

√

A

π .

2 K c

√

A

π .

2

[1 +

[1

−

 − √ 

2

1 (

K c

π .

2 1 − ( √

K c

π .

)2 ]

2 si: K c ≥ √

(2.3)

)2 ]

2 si: K c ≥ √

(2.4)

π

π

2.6. Pendiente media del cauce La pendiente de un tramo de río es la relación que existe entre los extremos inicial y final y la distancia horizontal de dicho tramo. H S = (2.5) = L

De acuerdo con el criterio de Taylor y Schwarz, se considera que el río puede estar formado por una serie de tramos de igual longitud o bien por tramos de longitud variable. La pendiente media para tramos de igual longitud se determina con la expresión: S = = [

2

n

1

1

√ S + √ S + 1

...

2

+

]

1

(2.6)

√ S

n

La pendiente media para tramos de longitud variable se calcula con la ecuación: S = = [

l1

l2

√ S + √ S + 1

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2

L 2

8

...

+

]

ln

(2.7)

√ S

n


Capítulo 3 METODOLOGÍA Este trabajo se realizó con la ayuda de una computadora, donde se trabajo con el uso de Google Eath Pro, este nos facilito delimitar la cuenca, de igual manera se uso el programa QGIS para el proceso de calculo de areas de la cuenca hidrologico.

3.1. Programación en Python Para poder analizar la curva curva hipsométric hipsométricoo se utilizó utilizó el lenguaje lenguaje de programación programación Python, en donde que se presenta el algoritmo en el lenguaje especificado.

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3.2. Desarrollo En primer lugar se escogio una cuenca con la superficie recomendada, en donde se escogio el rio Jequetepeque Jequetepeque que esta ubicado ubicado en la departamento departamento Cajamarca, en donde donde se escogio el punto de interés o el punto de aforo en el puente Pampa Larga. Luego se descargo los raster de este sitio web. http://geoservidor.minam.gob http://geoservidor.minam.gob.pe/intro/ .pe/intro/ los cuadrantes necesarios para poder analizar la cuenca delimitada. Ahora se proseguio a poder juntar o combinar los DEM En el software de QGIS, el cual sera util para poder trabajar en GRASS GIS .

Ahora trabajando en GRASS GIS, en el cual lo primero es crear un directorio de mapas, en donde el programa va va poder manejar todas las mapas y capas. Y luego se edita la región de DEM unido.y luego dirigiendonos al módulo de GRASS en el cual se transforma el raster DE QGIS a un formato GRASS. HIDROLOGÍA GENERAL

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Utilizando lista el módulo r.fill.dir.en GRASS GIS, esto para poder corregir algunos errores que podría haber.

Ahora en este parte se procede a delimitar las cuencas con el móludo r.watershed", en el cual se delimita de acuerdo al tamaño,acumulacion de flujo,mapa de direcciones de flujo,segmentacion de corrientes y el raster de las subcuencas.

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Luego se procede delimitar la cuenca requerida y para esto es recomendable ubicar las coordenadas del punto de aforo o punto de interés en Google Earth y guardarlo en el formato "kml", despues importando el punto a QGIS en el cual facilita la ubicación para poder capturar los coordenadas en GRASS con r.water.outlet. en donde que con este comando de GRASS se pega las coordenadas capturadas en QGIS, y el cual se saca la superficie de la cuenca requerida.

Una vez hecho todo estos casos, procedemos con r.to.vect.area.a recortar en área delimitada y convertir a tipo GRASS, y para luego transformar a un tipo vector para poder analizar area y perimetro en la tabla de atributos. HIDROLOGÍA GENERAL

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Luego aplicamos algunos módulos para poder visualizar los rios primarios y secundarios del formato GRASS a QGIS.

Una Una vez vez hech hechoo todo todo estos estos proc proced edim imie ient ntos os,, en este este sgui sguien ente te paso paso gene generar rarem emos os una una másc máscar araa del área delimitada con r.out.gdal.en donde se hace la proyeccion de la capa Filled GRASS y genera una máscara proyectada, y en el cual se hace algunos arreglos como el cambio de fondo de la delimitación de la cuenca y el borde para poder visualizar el DEM.

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Ahora haciendo algunos retoques, podemos apreciar la cuenca del rio Jequetepeque bien delimitado con sus respectivos rios principales y secundarios en QGIS.

Ahora una vez hecho , ahora se procede a generar las curvas de nivel de la mascara generado en el programa de QGIS, una vez generado se verifica las altitudes en la tabla de atributos esto para saber si las altitudes salierón. En donde la curva de nivel generado de QGIS nos servirá para hacer la curva hipsométrica. HIDROLOGÍA GENERAL

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Para la extracción de los datos de área, perímetro y los demas parámetros se utilizó módulos de GRASS, y los datos de los áreas parciales se utilizo el commando Hypsometry en la caja de herramientas de QGIS.

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La cuenca del rio Jequetepeque delimitado en QGIS, con los rios principales y rios secundarios, de igual manera la morfologia de la cuenca.

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Capítulo 4 ANÁLISIS DE RESULTADOS 4.1. Área y perímetro Para el análisis de los resultados se obtuvo las áreas parciales con hypsometry en QGIS A = 3069 850059 Km 2 y el P = 282 734391 Km ,

,

4.2. Índice de compacidad K c =

2

√ P

A

282 734391 √ 2 3069 850059 ,

=

π

,

= 1 44 ,

π

4.3. Rectángulo equivalente √ 1 44 3069 850059 2 √ L = [1 + 1 − ( )2 ] = 114 6360826 km 2 1 44 √ 1 44 3069 850059 2 √ l = [1 − 1 − ( )2] = 26 77909074 km 2 1 44 ,

,

 

π

,

π

,

,

π

,

,

π

,

4.4. Factor de forma F = =

Ancho Longitud Longit ud

=

B L

=

26 77909074 = 0 2336008884 114 6360826 ,

,

,

4.5. Longitud del cauce principal Este dato fue obtenido del tabla de atributos de QGIS. LP = 30 0397 Km ,

4.6. Pendiente de la cuenca H 643 − 572 S = = = 0 6194 c

L

114 6361

,

,

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4.7. Datos de de los áreas parciales de la cuenca K m2 Datos obtenidos de los áreas parciales en Km

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

COTA(msnm) COTA(msnm) AREA PARC.(Km 2) 500.00 0.000 667.66 18.216 865.74 55.538 1048.68 82.196 1230.09 101.301 1413.73 129.292 1595.12 120.406 1777.48 141.288 1959.92 128.403 2142.69 125.293 2325.34 145.287 2507.56 165.725 2690.05 186.163 2872.42 248.809 3054.63 258.584 3237.44 236.369 3420.01 270.580 3603.27 334.116 3784.65 173.722 3966.94 111.520 4150.00 38.210

4.8. Curva hipsométrico Estos resultados es producto de la programación en PYTHONn cual hace el análisis de los datos obtenidos de los áreas parciales.

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La gráfica de la curva hipsométrica

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4.9. Bibliografía A. OSMAN AKAN. Open Channel Hydraulics. Elsevier Ltd, Oxford UK, 2006. André MUSY-Christophe MUSY-Christophe HIGY. HIGY. Hydrology a Science of Nature. USA, 2010 Hidrologia Basica, Luis V. Reyes Carrasco, Carra sco, CONCYTEC, Lima - Perú. Hidrologia , Maximo Villon Bejar,Serie en Ingeniería Agricola, Cartago - Costa Rica. http://www.slideshare.net/MIDA http://www.slideshare.net/MIDABA/proced BA/procedimiento-para-la-delimitación-cuencas-hidrográfícas. imiento-para-la-delimitación-cuencas-hidrográfícas.

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Capítulo 5 CONCLUSIONES 5.1. Conclusiones Segun la gráfica de la curva hipsométrico de la cuenca de rio Jequetepeque es una cuenca madura. tambien tambien se pudo calcular calcular los parametros parametros de la cuenca, cuenca, donde el cul nos permite saber el tiempo de concentración y de igual manera el rectángulo equivalente que son parámetros para saber el comportamiento de la cuenca. Tambien en la cuenca delimitada en QGIS, se puede observar como es la la morfologia y la topografia de la cuenca , de igual manera los rios principales y rios secundarios.

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