UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTA DE CIENCIAS FISICAS E.A.P. DE INGENIERIA MECANICA DE DE FLUIDOS
CURSO Ingeniería de Recursos Hídricos
Trabajo N° 01
Delimitación de la Cuenca de la Quebrada Valencia y Cálculos de sus Parámetros Geomorfológicos
ALUMNO Ángel Enrique Fernández Castro
PROFESOR Ing. Douglas Sarango Julca
Semestre 2014 – II II Lima – Perú Perú 2014
INTRODUCCIÓN A medida que va pasando el tiempo “ debido al cambio climático, por lo tanto cambios meteorológicos e hidrológicos” la configuración de los recursos hídricos cambia, en consecuencia su distribución también variara de acuerdo al lugar. Entonces es imprescindible contar con información que describa este fenómeno, para tratarlos, analizarlos y obtener conclusiones que nos sirvan para tomar acciones frente a algún caso o situación que se presente. La única acción que debería existir, una general, es el aprovechamiento racional y efectivo de los usos tanto poblacional, energético, agrícola, industrial y minero que asegure el equilibrio ecológico e integral de los espacios geográficos. Es por ello que nace el concepto de Cuenca Hidrográfica y Parámetros Geomorfológicos que son; un sistema determinado por variables meteorológicas e hidrológicas (el elemento principal puede ser o un rio o una quebrada) y características y propiedades que describen este sistema. Estos parámetros facilitan el empleo de fórmulas hidrológicas, en su mayoría empíricas, de tal manera que luego de obtenerlos nos permita tener información cuya conclusión final nos permita realizar una u otra acción o actividad. Existen una variedad de parámetros geomorfológicos en las cuencas hidrográficas entre ellos tenemos: el perímetro, coeficiente de compacidad, factor de forma, densidad de drenaje, frecuencia de ríos, etc. Uno de los parámetros más importante es el área de la cuenca, este varía indefinidamente y depende del relieve natural del terreno y de la divisoria aguas de la cuenca. Sirve de base para determinar otros elementos (parámetros, coeficientes, relaciones, etc.). La exactitud y precisión en la determinación del área influyen en gran medida para determinar los demás factores de la cuenca hidrográfica. A continuación desarrollaremos todo lo antes mencionado en un caso particular que corresponde al Estudio de la Cuenca de la Quebrada Valencia ubicada en la provincia de Jaén, departamento de Cajamarca.
OBJETIVO Delimitar y calcular los parámetros geomorfológicos de la cuenca de la quebrada valencia
I.
ASPECTOS TEORICOS 1.1 Cuenca Hidrográfica a) Definición La cuenca hidrográfica es un sistema que presenta como principal entrada la lluvia, y como salida el caudal, la evapotranspiración, el flujo subsuperficial y la percolación. Área de terreno donde las aguas caídas por precipitación se concentran para formar un solo curso de agua principal hacia un colector (rio, océano, lago, etc.).
Fig. 1 CUENCAS A DIFERENTES ESCALAS
b) Divisoria de Aguas La divisoria es la línea topográfica que separa superficialmente dos cuencas hidrográficas, cuyas salidas no necesariamente coinciden en un rio común determinado. Aparte de la divisoria topográfica o superficial, existe la divisoria freática o subterránea. Esta última establece los límites de los cuerpos de agua subterránea, de donde se deriva el caudal base de la misma cuenca. Las divisorias difícilmente coinciden, l divisoria freática varia con la posición (el nivel freático es el nivel que determina el agua subterránea y sobre el que actúa la presión atmosférica)
c) Delimitación de una Cuenca la delimitaron de una cuenca, se hace sobre un plano o papa de curvas de nivel siguiendo las líneas del divortium acuarum (parte aguas), la cual es la línea imaginaria que divide cuencas adyacentes y distribuye el escurrimiento originado por la precipitación, que en cada sistema de corriente, fluye hacia el punto de la salida de la cuenca. El trazado de una cuenca consta de: 1°) remarcar los tributarios del rio principal 2°) aproximación, seguir los puntos de nivel topográfico. Las divisorias de agua siguen las cotas cumbres en forma perpendicular. 3°) ajuste, la línea de divisorias tiene que pasar por el punto mas alto
Fig. 2 DELIMITACION DE UNA CUENCA
1.2 Parámetros Geomorfológicos Área de la Cuenca Es la proyectada en un plano horizontal, es de forma muy irregular, se obtiene después de delimitar la cuenca. La delimitación exacta de las cuencas se efectúa sobre los planos correspondientes a la restitución planialtimetricas a escala adecuada. De acuerdo a los órdenes de magnitud de las escalas de los planos base en trabajos de hidrología, se suelen considerarse como suficientes las escalas de trabajo en todos las casos se determina primero la línea de contorno de cada cuenca coincidente con la divisoria topográfica. Unidad km2 o Has Perímetro de la Cuenca Se refiere al borde de la forma de la cuenca proyectada en un plano horizontal, es de forma muy irregular, se obtiene después de delimitar la cuenca.
Fig.3 PERIMETRO DE UNA CUENCA
Coeficiente de Compacidad (kc) Una cuenca vertiente está definida en primer lugar por su contorno, que tiene una forma determinada y encierra una cierta área, A. es evidente que esta forma tendrá una gran influencia sobre la configuración del hidrograma resultante de una lluvia dada. El índice utilizado para representar esta característica es el coeficiente de compacidad de Gravelius, o simplemente índice de compacidad
√
o
√
cercano a 1, la forma de la cuenca se aproxima a la circular y entre más alejado de ella, mas irregular es su forma en relación con el circulo.
Factor de Forma (kd) Es la relación entre el área A de la cuenca y el cuadrado del máximo recorrido (L). Este parámetro mide la tendencia de la cuenca hacia las crecidas, rápidas y muy intensas a lentas y sostenidas, según que su factor de forma tienda hacia valores extremos grandes o pequeños respectivamente.
Orden de Red de Drenaje Refleja el grado de ramificaciones o bifurcaciones dentro de una red de drenaje.
Fig. 4 ORDEN DE LA RED DE DRENAJE
Densidad de Drenaje Es un importante indicador de la forma del terreno y el grado de erosión que puede tener la cuenca en función de los factores geológicos, de vegetación y de tipo de suelo. Cuantitativamente es la relación entre la longitud de los cursos de agua de la cuenca y su área total, así
Altitud media Dado que la precipitación es vascamente el resultado del ascenso y enfriamiento de masas de aire, existe generalmente una correlación entre a mima y la altitud media, en cuencas de zonas montañosas. En consecuencia, la elevación media de una cuenca sobre el nivel del mar es un indicador general de las cantidades de precipitación. Se obtienen mediante
∑ Rectángulo equivalente
Se suele admitir que una cuenca se comporta, hidrológicamente, de un modo análogo a un rectángulo que tuviera la misma área y perímetro y, por tanto, igual índice de compacidad, distribución de alturas curva hipsométrica, y distribución de terreno por su naturaleza, rocas, cultivos, etc. En este rectángulo, las curvas de nivel están dadas por restas paralelas a la base menor, y se supone que las pendientes de la cuenca quedan sustituidas por las pendientes del rectángulo y el desagüe de la cuenca, que era un punto, queda convertido en el lado menor
√ [ ( ) ] √ [ ( ) ] Pendiente Media del Rio Este parámetro es empleado para determinar la declividad de un curso de agua entre dos puntos y se determina mediante la siguiente relación.
Declive Equivalente El cálculo de este parámetro se basa en un método representativo del perfil longitudinal de un curso de agua. Este método se asume que el tiempo de traslado varía en todo la extensión del curso de agua con la inversa de la raíz cuadrada de la declividad.
∑ Coeficiente de Torrencialidad Este parámetro indica la relación entre el número de cursos de agua de primer orden y el área total de la cuenca, esta expresada en ríos/km2
Tiempo de Concentración Este parámetro, llamado también tiempo de equilibrio, es el tiempo que toma la partícula, hidráulicamente más lejana, en viajar hasta un punto emisor. Para ello se supone que el tiempo de duración de la lluvia es de por lo menos igual al tiempo de concentración y que se distribuye uniformemente en toda la cuenca. La fórmula más usada es la siguiente:
⁄
II.
CÁLCULO DE LOS PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS
1. En una carta del IGN a escala 1:100000, defina y delimite la cuenca de un rio, rio tributario y/o quebrada seleccionada por el profesor. Cuadro N°01 Cuenca hidrográfica Región Provincia Distrito Quebrada Valencia Cajamarca Jaén Jaén 2. Para la cuenca elegida en el punto 1, determinar : a) Área de la cuenca ( , usar como mínimo dos métodos: método de cuadriculas en papel milimetrado, AutoCAD o SIG Área de la cuenca usando el método de cuadriculas en papel milimetrado: 101.4 km2 Área de la cuenca usando el software ArcGIS: 104.4 km2 b) Perímetro de la cuenca, usar curvímetro, método practico del hilo mojado y método del compás. Perímetro de la cuenca usando el método del hilo mojado: 53 km Perímetro de la cuenca usando software ArcGIS: 51.3 km c) Determinar el coeficiente de compacidad (kc) e indicar su significado
√ √
3. Para la cuenca elegida en el punto 1, determinar el sistema de drenaje a) Grado de ramificaciones e indique su significado CUADRO N°02 Orden N° de ríos Longitud (km) 1er 17 26.7 2do 5 10.4 3er 10 32 Total 32 69.1
b) Densidad de drenaje e indique su significado
c) Extensión media del escurrimiento superficial e indique su significado d) Frecuencia de ríos e indique su significado
4. Para la cuenca elegida en el punto 1, determinar la elevación de los terrenos: a) Altitud media de la cuenca CUADRO N°03 Áreas Cota baja Cota alta Altitud parciales (Si (hi x Si)/1000 (msnm) (msnm) media (hi) m ) km2 734.73 800.33 1003.26 1202.26 1403.64 1600.89 1800.12 2000.25 2200.23 2400.87 2601.73 2801.50 3001.20
789.85 1000.00 1200.00 1400.00 1600.00 1800.00 2000.00 2200.00 2400.00 2600.00 2800.00 3000.00 3185.92
0.10 2.50 4.64 8.88 10.88 11.88 12.58 12.83 17.62 13.83 6.29 1.85 0.65
762.29 903.64 1115.50 1309.51 1507.80 1701.54 1901.39 2109.46 2305.84 2495.40 2687.99 2903.66 3083.65
∑
De acuerdo a la siguiente relación obtenemos la altitud media
b) Polígono de frecuencia de altitudes e indique su significado CUADRO N°04 Áreas % del total (de Cota baja Cota alta parciales (Si ) cada área (msnm) (msnm) km2 parcial) 0 734.73 800.33 1003.26 1202.26 1403.64 1600.89 1800.12 2000.25 2200.23 2400.87 2601.73 2801.50 3001.20
734.73 789.85 1000.00 1200.00 1400.00 1600.00 1800.00 2000.00 2200.00 2400.00 2600.00 2800.00 3000.00 3185.92
0 0.10 2.50 4.64 8.88 10.88 11.88 12.58 12.83 17.62 13.83 6.29 1.85 0.65
0 0.10 2.39 4.44 8.50 10.41 11.37 12.03 12.27 16.86 13.23 6.02 1.77 0.62 100.00
0.08 2.26 5.18 11.63 16.41 20.21 23.91 27.06 40.63 34.50 16.90 5.36 2.00 206.13
c) Curva hipsométrica ( en todas sus formas), e indique su significado Áreas que Áreas que % del Cota Cota Áreas están están área que Baja Superior Parciales debajo de sobre de está (msnm) (msnm) (km2) la altitud la altitud debajo de (km2) (km2) la altitud confluencia
734.73 800.33 1003.26 1202.26 1403.64 1600.89 1800.12 2000.25 2200.23 2400.87 2601.73 2801.50 3001.20 3185.92
734.73 789.85 1000.00 1200.00 1400.00 1600.00 1800.00 2000.00 2200.00 2400.00 2600.00 2800.00 3000.00 3185.92 Limite superior
0.00 0.10 2.50 4.64 8.88 10.88 11.88 12.58 12.83 17.62 13.83 6.29 1.85 0.65
0.00 0.10 2.60 7.14 13.53 19.76 22.76 24.46 25.40 30.45 31.44 20.11 8.14 2.50
104.51 104.41 101.92 97.28 88.39 77.51 65.63 53.06 40.23 22.61 8.78 2.50 0.65 0.00
0.00 0.10 2.48 6.83 12.94 18.91 21.78 23.40 24.31 29.13 30.09 19.25 7.78 2.39
% del área que esta sobre la altitud 100.00 99.90 97.52 93.08 84.57 74.16 62.80 50.76 38.49 21.63 8.40 2.39 0.62 0.00
104.51
5. Para la cuenca elegida en el punto 1, determinar el rectángulo equivalente, e indique su significado 6. Para la cuenca elegida en el punto 1, determinar la declividad de os álveos a) Pendiente media del rio e indique su significado b) Declive equivalente constante e indique su significado 7. Para la cuenca elegida en el punto 1, determinar la declividad de los terreno a) Método de líneas sub divisorias b) Método de índice de pendiente de la cuenca o pendiente media de la cuenca 8. Para la cuenca elegida en el punto 1, determinar el coeficiente de torrencialidad, indique su significado 9. Para la cuenca elegida en el punto 1, determinar el coeficiente de pasividad, indique su significado. 10. Para la cuenca elegida en el punto 1 determinar e tiempo de concentración (Tc), e indique su significado. Utilice al menos tres formulas 11. Para la cuenca elegida en el punto 1, determinar el coeficiente orográfico (Co), indique su significado. 12. Para la cuenca elegida en el punto 1, determinar la relación de confluencias (Rc), este cálculo debe realizarse para el número de cauce igual a 1, e indique su significado. 13. Para la cuenca elegida en el punto 1, determinar la relación de longitudes (Rl), este cálculo debe realizarse para todas las longitudes de cauce de orden i en la cuenca elegida, e indique su significado
14. Elaborar el diagrama topologico de la cuenca determinada en el punto 1 teniendo como base la carta del IGN 1:100000 15. Determinar para la cuenca del punto 1 el área de nevados, área actualmente usada para la agricultura, área de proyectos de irrigación. 16. Deberá efectuar una comparación de los resultados encontrados para las preguntas 1 a la 15, con los resultados de la segunda cuenca investigada por el segundo miembro del equipo de trabajo, determinada en la misma carta del IGN a escala 1:100000 17. En las dos cuencas que se están comparando determinar su similitud hidrológica, basado en la similitud geométrica. 18. En las dos cuencas que se están comparando determinar su similitud hidrológica, basado en la similitud dinámica. 19. En las dos cuencas que se están comparando determinar su similitud hidrológica, basado en similitud dinámica.
