Factores Fisiográficos Que influyen en la escorrentía
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USO DE LA TIERRA TIPO DE SUELO EL AREA DE LA CUENCA FORMA ELEVACION PENDIENTE ORIENTACION LA RED DE DRENAJE
USO DE LA TIERRA Uno de los factores más importantes
Situaciones. Cubierta de hojas, ramas y pastos, acumulada durante muchos años, evitan que las lluvias más fuertes vayan a producir escorrentía que llegue a los canales de drenaje, y por lo tanto, no resultarán grandes crecidas. Si el área es deforestada y la tierra es cultivada, el suelo quedará compactado y como resultado las lluvias que previamente, quedaban en la cuenca, ahora correrán rápidamente sobre la superficie, hasta llegar a los canales de drenaje, produciendo crecidas no experimentadas con anterioridad.
TIPO DE SUELO Las características de la escorrentía son influenciadas altamente por el tipo predominante del suelo debido a la variación en las capacidades de infiltración de los diversos suelos lo cual depende del tamaño de sus granos, de su cementación, de su forma y de su arreglo. Suelos que contienen partículas coloidales se encogerán e hincharán con los cambios del contenido de humedad que afectarán las capacidades de infiltración.
La porosidad afecta tanto la infiltración como la capacidad de almacenamiento. Algunas rocas tienen porosidades menores que el 1%, mientras que existen suelos compuestos principalmente de materia orgánica, en los cuales la porosidad es tan alta cómo el 80 o el 90%. La porosidad depende principalmente del arreglo, de la selección de la forma y del grado de compactación de los suelos.
TIPO DE SUELO
EL AREA DE LA CUENCA Cada cuenca está rodeada por una divisoria que es una línea que divide la precipitación que cae en dos cuencas adyacentes. En general, cada cuenca tiene una divisoria superficial o topográfica que demarca el área desde la cual se produce el escurrimiento superficial al sistema de drenaje, mientras que existe otra divisoria del agua Subterránea o divisoria freática, determinada generalmente por la estructura geológica y algunas veces influenciada por la topografía, que fija la frontera del área que contribuye con agua subterránea a cada sistema fluvial.
Cuando estas dos divisorias no coinciden se dice que se produce una fuga de la cuenca que es igual al flujo subterráneo del área entre las dos cuencas. Este flujo subterráneo se mueve a través de la divisoria topográfico.
EL AREA DE LA CUENCA
EL AREA DE LA CUENCA El área de la cuenca se considera que es el área que contribuye, con escorrentía superficial y esta limitada por la divisoria topográfica. Usualmente la ubicación exacta de la divisoria freática es desconocida. La ubicación de la divisoria freática usualmente no es fija y permanente, sino que cambia con los cambios del nivel del agua subterránea. A medida que el nivel subterráneo es más alto, la divisoria freática y superficial son más coincidentes. En general, si no existe información, se asume que las dos divisorias son coincidentes.
Efecto del Área de la Cuenca sobre las Crecidas. Si los factores, profundidad y la intensidad de la precipitación permanecen constantes, la escorrentía total expresada en milímetros de profundidad sobre el área de drenaje, será la misma independientemente del tamaño de la cuenca. La base del hidrograma de la crecida se ampliará a medida qué el área de la cuenca aumente, mientras mayor sea la cuenca, mayor será el tiempo para que la crecida pase por una estación dada.
El caudal máximo disminuirá a medida que el área aumenta. A medida que el área de la cuenca aumenta, la máxima intensidad de la lluvia que pueda ocurrir para una frecuencia dada, disminuye, por lo tanto, el pico de la crecida disminuirá. La escorrentía superficial es igual a la precipitación menos la infiltración despreciando otras pérdidas.
Efecto del Área de la Cuenca sobre las Crecidas.
tc = 1 día Pr = 120 mm fr = 40 mm/dia Pe = 120- 1x40 = 80 Agua disponible para la escorrentía: 80 mm/dia
tc = 4 días Pr = 240 mm fr = 40 mm/dla' Pe = 240-4*40 = 80 Agua disponible para la escorrentía: 80/4 =20 - mm/día,
Crecidas que apresadas en m 3/s/KM2 son mayores en la cuenca pequeña.
Efectos Sobre El Caudal Mínimo . Después que termina la escorrentía superficial el caudal es producido solamente por las aguas subterráneas. A medida que este almacenaje se va agotando, el caudal se va haciendo menor , hasta que toda la corriente se seca, a menos que el almacenaje sea llenado nuevamente por la precipitación. Las lluvias que vuelven a llenar el almacenaje son frecuentemente locales y cubren un área de pocos kilómetros cuadrados Por lo tanto es más probable para las cuencas grandes, tener un caudal sostenido de sequía que en el caso de cuencas pequeñas.
Efecto Sobre el Caudal Mínimo
Q
Cd Ao
2 gh
tiempo de vaciado
t 1
V 1
Q
menor tiempo de vaciado caudal sostenido por corto tiempo
Cd Ao
2 gh
tiempo de vaciado
A h
Q
Q
t 1
V 2
10 A
Q
h
Q
10
t 1
mayor tiempo de vaciado caudal sostenido por largo tiempo
Efectos sobre el Caudal Medio.
Un estudio hecho en los EE.UU. en varias cuencas de drenaje revela que la producción promedio unitaria raramente se mantiene constante a través de la longitud del canal de la corriente. Las razones para estos cambios son usualmente atribuibles a condiciones superficiales, es decir el carácter de la cuenca raras veces es el mismo a través de un gran sistema de drenaje. Estas variaciones, son por lo tanto, no directamente atribuibles al tamaño, sino a otros factores. No influye el área solamente.
EL AREA DE LA CUENCA La forma de una cuenca de drenaje rige la intensidad a la cual el agua llega a la corriente principal, a medida que ella se mueve a lo largo de su curso. Las formas de las grandes cuencas de drenaje en términos generales están fijadas, al menos en parte, por estructuras geológicas mayores. Estas estructuras comúnmente fijan la posición de las cabeceras de las cuencas de drenaje más importantes, mientras que los controles laterales pueden ser definidos o por estructura geológicas o por erosión. Para las cuencas más pequeñas la erosión es usualmente el factor dominante. Varios índices han sido sugeridos para expresar la forma de la cuenca. Gravelius
EL AREA DE LA CUENCA FACTOR DE FORMA Gravelius F= A/L2 A : área L : longitud Axial
Una cuenca con un factor de forma bajo tiene menor posibilidad de tener una precipitación intensa simultáneamente sobre toda su extensión
También el coeficiente de forma K = P/C P = perímetro de la cuenca. C = Perímetro del círculo cuya área es igual a la de la cuenca
EL AREA DE LA CUENCA
ELEVACION La variación en elevación y también la elevación media de una cuenca de drenaje son factores importantes, en relación a la temperatura y a la precipitación, particularmente a la fracción de precipitación que cae como nieve. Para cuencas grandes, la elevación media se puede determinar por el método de intersección, el cual consiste en: •
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Tomar un mapa topográfico de la cuenca y subdividirlos en cuadrados de igual tamaño por suficientes líneas De tal forma, que por lo menos cien intersecciones caigan dentro del área. La elevación media de la cuenca se toma como el promedio de las elevaciones de todas la intersecciones.
ELEVACION Un análisis más completo de las características de elevación de una cuenca se puede hacer midiendo en una mapa adecuando las áreas que yacen entre pares sucesivas de curvas de nivel. Se calculan los porcentajes del total que cada una de estas áreas constituye, y se obtiene el porcentaje de área total que yace por encima o por debajo de cada curva de nivel, por sumatoria de la forma. Curvas de nivel
Áreas entre curvas
Porcentaje
Porcentaje del total sobre
límites (pies) (1)
de nivel (acres) (2)
del total (3)
la curva de nivel inferior (4)
170-300
500
2.4
100.0
300-400
1700
8.2
97.6
400-500
1900
9.2
89.4
500-600
2400
11.6
14.5
600-700
3000
14.5
14.3
700-800
2970
14.3
54.1
800-900
2270
11.0
39.8
900-1000
2180
10.5
28.8
1000-1100
1500
7.2
18.3
1100-1200
640
3.1
11.1
1200-1300
610
3.0
8.0
1300-1400
410
2.0
5.0
1400-1800
620
3.0
3.0
curva hipsométrica (tabla1) Elevación mediana muestra que 50% de área de drenaje se encuentra por encima de cota 650 m
1600 1400 1200 n ó i c a v e l E
1000 800 600 400 200 0 0
50
100
150
% de Area sobre varias elevaciones
E=Sa*e/A A : área media entre curvas e : elevación media entre curvas A : área total E : elevación media de la cuenca
PENDIENTE La pendiente de una cuenca de drenaje tiene una relación importante, pero más bien compleja con la infiltración, la escorrentía superficial, la humedad del suelo y la contribución del agua subterránea a la escorrentía.
Es uno de los factores que controla el tiempo de escurrimiento y concentración de la lluvia el los canales de drenaje y tiene una importancia directa en relación a la magnitud de las crecidas.
PENDIENTE La pendiente afecta la relación precipitación – escorrentía, principalmente por la velocidad que imprime al escurrimiento superficial, lo que acorta el período de infiltración, y produce una mayor concentración de escurrimiento superficial en las corrientes.
PENDIENTE
Las líneas ab y cd se dibujan equidistantes de las curvas de nivel 400 y 410 y entre las 410 y la 420 respectivamente representando: a= el área de la franja a,b,c,d; w= el ancho promedio de la franja a,b,c,d; l = longitud de la curva de nivel 410; s= pendiente promedio de la franja a,b,c,d; S = pendiente promedio de la cuenca; D = intervalo entre curva de nivel A = el área de la cuenca. L = longitud total de las curvas de nivel; entonces s1 = D = D1 1
W 1
a1
y ponderando la pendiente de cada franja de acuerdo con su área D1 a D1 a D ln an . . ... . a S= 1
a1
1
A
2
a2
2
A
an
A
de la cual S= D (l + l+....+ ln)= DL A A
En otras palabras, la pendiente promedio de la cuenca, es igual a la longitud total de las curvas de nivel multiplicada por el intervalo entre curvas de nivel y dividida por el área de la cuenca.
ORIENTACION Este factor afecta las perdidas por evaporación y transpiración, por su influencia en la cantidad de calor recibido del sol. También influye en las áreas templadas, en el tiempo de derretimiento de las nieves acumuladas. También la orientación de la cuenca montañosa con respecto a la dirección de los vientos prevalecientes, es importante por su relación con respecto a la dirección de movimiento de tormenta.
LA RED DE DRENAJE Otra característica importante de la cuenca es el arreglo de los cauces. Primero, porque la eficiencia del sistema de drenaje y por lo tanto las características del hidrograma resultante son dependientes de este factor mientras más eficiente sea el drenaje, más rápida es la respuesta de la corriente superficial y viceversa.
Por otra parte, la red de drenaje es indicación de la naturaleza del suelo y de las condiciones superficiales que existen en la cuenca, ya que el carácter de los canales formados a través de procesos erosivos, está definitivamente relacionado y restringido por el tipo de material de los cuales estos canales están hechos. Por esta razón, un mapa ordinario del sistema de drenaje, provee un índice confiable de la permeabilidad de la cuenca y da alguna indicación de su productividad.
Mientras más permeable, menos tributarios menores. Mientras más pendiente, más tributarios menores
LA RED DE DRENAJE Las características de la red de drenaje pueden ser bien descritas, mediante: 1°) Orden de los cauces; 2°) Longitud de los tributarios; 3°)Densidad de los cauces 4°) Densidad de drenaje y longitud de la corriente superficial. ORDEN DE LOS CAUCES Cada río largo tiene sus tributarios importantes, cada uno de los cuales tiene a la vez sus propios tributarios y así sucesivamente hasta llegar a las ultimas ramas de la red de drenaje. Como regla general, mientras más largo sea el cauce mayor es el numero de bifurcaciones. Es conveniente clasificar los cauces de acuerdo con el numero de bifurcaciones. El procedimiento más común es designar todos los tributarios que no se ramifican como de primer orden. Los causes que reciben solamente tributarios de primer orden como de segundo orden. Los de tercer orden serán los formados por la unión de dos de sucesivamente.
segundo orden y así
De esta manera el número de orden del cauce principal indica inmediatamente la extensión de bifurcaciones de sus tributarios y en general es una indicación directa del tamaño y extensión de la red de drenaje.
LA RED DE DRENAJE
LA RED DE DRENAJE Para determinar correctamente el orden de un cauce y hacer un análisis completo de la red de drenaje, es necesario tener un mapa de la cuenca que muestre todos los tributarios, incluyendo los perennes y los intermitentes, pero no deben incluir las cárcavas efímeras producidas por la lluvia , y los cuales no se han desarrollado como causes definitivos.
Longitud de los tributarios. La longitud de los tributarios es una indicación de la pendiente de la cuenca de drenaje, así como también el grado de drenaje. Las áreas pendientes y bien drenadas usualmente tienen numerosos tributarios pequeños, mientras que las regiones planas donde los suelos son profundos y permeables, solamente existen tributarios relativamente largos que se mantienen como cauces perennes. La longitud de los cauces se mide con curvimetros en mapas topográficos.
LA RED DE DRENAJE Densidad de los cauces. La densidad de los cauces o frecuencia de los cauces de una cuenca de drenaje, puede expresarse relacionando el número de cauces con el área drenada. Si N S es el número de cauces en la cuenca y A es el área total, la densidad de cauces de Ds puede expresarse como sigue: Ds
Ns
A
Esto es el número de cauces por km2.
Esta relación no provee una verdadera medida de eficiencia de drenaje . En la figura siguiente se representan dos cuencas de igual tamaño, cada una teniendo el mismo número de cauces, sin embargo, es evidente que la cuenca A está mejor drenada que la cuenca B.
LA RED DE DRENAJE
Densidad de Drenaje: La densidad de drenaje se expresa como la longitud de cauces por unidad de área Dd
L
A
La densidad de drenaje varia inversamente con la longitud del escurrimiento y por lo tanto, provee por lo menos una indicación de la eficiencia de drenaje de la cuenca.
LA RED DE DRENAJE
Drenaje Indirecto Existen casos importantes en que los ríos no se alimentan directamente del escurrimiento superficial, como sucede en los casos de topografía Kárstíca y en superficies MUY permeables y planas. En estos casos, el agua se infiltra en el suelo, y más tarde llega a canales subterráneos donde desemboca en corrientes lejanas, en lagos o en el mar.
LA RED DE DRENAJE
Drenaje Artificial Las tierras bajas cuando no están inundadas, por lo menos tienen una capa freática cerca de la superficie de la tierra. Tales áreas pueden ser mejoradas para pastos y agricultura mediante drenaje superficial o subterráneo.
Las tierras pueden ser mejoradas, removiendo el agua superficial más rápidamente después de las lluvias y bajando la masa de agua a un nivel optimo para los cultivos. El drenaje superficial hace más rápida la remoción de la escorrentía superficial y por lo tanto, aumenta el caudal de las crecidas del área inmediatamente drenada. Sin embargo, si esta área es solamente una porción y está en la parte más baja de la cuenca en consideración, su drenaje puede reducir los picos de las crecidas salida de la cuenca, permitiendo que las ,aguas del área baja salgan antes de la llegada de las aguas de los tributarios superiores. Inversamente, si el área drenada está en las cabeceras, el tiempo de concentración reducido y los picos de las crecidas aumentarán.
