TALLER N° 1 CUENCAS HIDROGRÁFICAS
CHACON SERRANO DIEGO FERNANDO COSTO CERON PAULA ANDREA CRUZ BASTIDAS HERBER YESID RAMOS GUZMAN KARINA YOMAIRA VARGAS GUASCO YEIMI PAOLA
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS HIDROLOGIA Y DRENAJE VIAL TUNJA 2017
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TALLER N° 1 CUENCAS HIDROGRÁFICAS
GRUPO N° 3 TUNDAMA (DUITAMA)
CHACON SERRANO DIEGO FERNANDO Cód.: 201410016 COSTO CERON PAULA ANDREA Cód. 201410022 CRUZ BASTIDAS HERBER YESID Cód. 201410487 RAMOS GUZMAN KARINA YOMAIRA Cód.: 201220241 VARGAS GUASCO YEIMI PAOLA Cód.: 201321725
Presentado a: Ing. Msc. JOSE RODRIGO ALARCON DALLOS Docente de la asignatura Hidrología y Drenaje Vial
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS HIDROLOGIA Y DRENAJE VIAL TUNJA 2017
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CONTENIDO Pág. 1.OBJETIVOS ............................................................................................................................. 5 1.1Objetivo General .................................................................................................................... 5 1.2 Objetivos específicos ............................................................................................................. 5 2.DESARROLLO DEL TALLER ............................................................................................. 7 3.1Delimitación de la cuenca. ..................................................................................................... 7 3.2Partes de la cuenca del rio Surba por características del relieve....................................... 7 3.3Características físicas de la cuenca del Rio Surba. ............................................................. 8 3.3.1Área……………. ................................................................................................................. 8 3.3.2Perímetro ............................................................................................................................. 8 3.3.3Forma de la cuenca ............................................................................................................. 8 3.4Curva hipsométrica ............................................................................................................... 9 3.4.1Altitudes características ................................................................................................... 11 3.5Índice o factor de forma ...................................................................................................... 11 3.6Pendiente de la cuenca ......................................................................................................... 12 3.7Índice de pendiente Global .................................................................................................. 14 3.8Pendiente del cauce .............................................................................................................. 14 3.9Red de drenaje ...................................................................................................................... 14 3.ANALISIS DE RESULTADOS ............................................................................................ 17 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................................................... 18 BIBLIOGRAFIA....................................................................................................................... 19
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INDICE DE TABLAS Tabla 1. Área entre curvas ................................................................................................8 Tabla 2. Aproximación de cuencas, sub-cuencas y micro-cuencas. ................................. 8 Tabla 3. Forma de la cuenca según valores de Kc. ...........................................................9 Tabla 4. Datos para graficar la curva hipsométrica .......................................................... 9 Tabla 5. Cálculos Rectángulo equivalente ...................................................................... 12 Tabla 6. Criterio de Horton ............................................................................................ 13 Tabla 7. Tipo de relieve según el índice de pendiente global. ........................................ 14 Tabla 8. Densidad de las corrientes presentes en el rio surba. ........................................15 Tabla 9. Drenaje según la Densidad de las corrientes. . ................................................... 15
INDICE DE FIGURAS Figura 1.Curva Hipsométrica. .........................................................................................10 Figura 2. Curva Hipsométrica y frecuencia de altitudes. ................................................11 Figura 3. Relación distancia-Elevación cauce principal ................................................. 16
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1. OBJETIVOS 1.1 Objetivo General Demarcar la cuenca correspondiente al rio Surba indicando cada una de sus partes y sus características físicas más representativas.
1.2 Objetivos específicos
Interpretar la topografía de la zona aledaña a la cuenca del rio Surba.
Delimitar la cuenca teniendo en cuenta todas las corrientes fluviales presentes en la zona.
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Afianzar los conocimientos referentes a cuencas hidrográficas, sus partes y características como área, pendiente, forma de la cuenca entre otros.
Generar una relación entre la altitud y la superficie de la cuenca que queda sobre esa altitud.
METODOLOGIA La identificación y delimitación de la cuenca hidrográfica del sector de Boyacá zona Tundama (Duitama) se realizó a través del método manual, es decir, sobre dos cartas topográficas a escala 1:25000, las cuales fueron facilitadas en la sala de geomática de la universidad pedagógica y tecnológica de Colombia. La zona de estudio corresponde a la provincia de Tundama, Se utilizaron las cartas topográficas 171-II-D y 171-IV-B del Instituto Geográfico Agustín Codazzi a una escala 1:25000 tomadas en el año 1982. Al observar y analizar la topografía de la respectiva zona se logró resaltar las corrientes fluviales más importantes de este, observando las zonas de mayor altitud, redes de drenaje y corrientes superficiales para así poder ubicar el rio Surba el cual fue resaltado con sus respectivos tributarios. Luego de delimitar la cuenca con una línea que se traza por la parte de mayor altitud de la topografía presente en la zona, se da inicio a la caracterización de está. Con ayuda de instrumentos como el planímetro o el curvímetro se logró hallar el área y el perímetro respectivamente de la cuenca para así proseguir con los demás cálculos necesarios para la realización completa del taller propuesto.
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2. DESARROLLO DEL TALLER 3.1 Delimitación de la cuenca. Demarcando el Rio Surba, se procede a identificar todos sus afluentes, los cuales se identificaron con color azul sobre los planos topográficos, se tuvieron en cuenta quebradas como la zarza, parrales, el vote, la carbonera, de los Vargas, el chuscal, chorro blanco, salamanca, las animas, frailejonal, los cacaos, laguna pan de azúcar entre otras, al tener debidamente identificados todos los cursos de agua que desembocan en el rio se procede a realizar la delimitación de la cuenca o divisoria de aguas, observando detenidamente que el trazado de esta no corte con ningún tributarios y que se realice por las partes más altas del terreno donde debe cortar a las curvas de nivel de manera perpendicular. El parteaguas se encuentra entre las curvas de nivel 2400 y 3850, se realizan las divisiones respectivas para identificar cuencas, subcuencas, microcuencas.
3.2 Partes de la cuenca del rio Surba por características del relieve. Se logró identificar las diferentes partes de la cuenca hidrográfica del rio Surba, bajo el concepto de desarrollo de la cuenca, de acuerdo a este criterio se puede identificar: -
-
-
Parte alta o recepción : Corresponde a la zona donde nace el río (paramo pan de azúcar) el cual se desplaza por una pendiente alta, en el caso del rio Surba esta zona se encuentra entre las curvas de nivel correspondiente a la 3850 a 3600. Garganta: esta zona corresponde según lo especificado a la parte de la cuenca donde no hay erosión y existe un equilibrio entre el material solido que entra y sale, en el caso del rio surba las curvas de nivel que contienen esta zona se encuentran entre la cota 3600 y la 3000.
Lecho o cono de deyección: en esta zona se encuentra el punto de interés (rio chicamocha) allí se deposita el material extraído en la parte alta se encuentra en las curvas de nivel de cota 3000 y 2400.
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3.3 Características físicas de la cuenca del Rio Surba. 3.3.1 Área “La cuenca tiene su superficie perfectamente definida por su contorno y viene a ser el área drenada comprendida desde la línea de división de las aguas, hasta el punto convenido”1 (desembocadura en el rio Chicamocha). Para este caso la cuenca tiene un área de: 65,603 km² (tabla 1); lo que indica que es un microcuenca según la clasificación dada en la tabla 2. Tabla 1. Área entre curvas curvas de nivel
Area Km2
cuenca-2600
9,044
2600- 2800
7, 588
2800- 3000
6, 926
3000- 3200
8, 738
3200-3400
11,801
3400- 3600
8, 439
3600-3800
10,364
3800-cuenca
2,703
TOTAL
65,603
Fuente: propia.
Tabla 2. Aproximación de cuencas, sub-cuencas y micro-cuencas.
Fuente: conceptos básicos Hidrología y drenaje vial, Ing. José Rodrigo Alarcón Dallos
3.3.2 Perímetro La longitud del contorno del área para la cuenca del rio Surba corresponde a: 48,782 Km. 3.3.3 Forma de la cuenca Con los datos de área y perímetro se puede obtener o determinar la forma que tiende a tener la cuenca mediante el coeficiente de compacidad de gravelius.
1
https://es.wikipedia.org/wiki/Cuenca_hidrogr%C3%A1fica
8
= 2√ ∗ = 2 48,∗65,782603² ==,
Teniendo el valor del Kc, se determina la forma de la cuenca, con la ayuda de la siguiente tabla: Tabla 3. Forma de la cuenca según valores de Kc.
K C
FORMA DE LA CUENCA
1 - 1.25 1.25 - 1.5 1.5 - 1.75
De casi redonda a oval redonda De oval redonda a oval oblonga De oval oblonga a rectangular
TENDENCIA CRECIDAS Alta Media Baja
Fuente: conceptos básicos Hidrología y drenaje vial, Ing. José Rodrigo Alarcón Dallos
De acuerdo a la tabla 3, se identifica que la cuenca tiene una forma de oval oblonga a rectangular con tendencia a crecidas baja.
3.4 Curva hipsométrica Representa la altitud y las superficies de las cuencas, para graficarla se es necesario hallar el área entre las curvas de nivel, medición que se realiza con el planímetro. Esta grafica se realizar con datos en las abscisas de área y en las ordenadas de altitud. Tabla 4. Datos para graficar la curva hipsométrica ALTITUD
AREAS PARCIALES KM2
AREAS ACUMULADAS
AREAS QUE AUEDAN SOBRE LAS ALTITUDES
% DEL TOTAL
% TOTAL QUE QUEDA SOBRE LA ALTITUD
2550
0,000
0,000
65,603
0,000
100,000
2600
9,044
9,044
56,559
13,786
86,214
2650
2,042
11,086
54,517
3,113
83,101
2700
2,296
13,382
52,221
3,500
79,602
2750
1,796
15,178
50,425
2,738
76,864
2800
1,454
16,632
48,971
2,216
74,648
2850
1,896
18,528
47,075
2,890
71,757
2900
1,702
20,230
45,373
2,594
69,163
2950
1,807
22,037
43,566
2,754
66,409
9
3000
1,521
23,558
42,045
2,318
64,090
3050
2,007
25,565
40,038
3,059
61,031
3100
2,102
27,667
37,936
3,204
57,827
3150
2,108
29,775
35,828
3,213
54,613
3200
2,521
32,296
33,307
3,843
50,771
3250
3,458
35,754
29,849
5,271
45,499
3300
2,427
38,181
27,422
3,700
41,800
3350
4,158
42,339
23,264
6,338
35,462
3400
1,758
44,097
21,506
2,680
32,782
3450
1,256
45,353
20,250
1,915
30,867
3500
1,904
47,257
18,346
2,902
27,965
3550
2,141
49,398
16,205
3,264
24,702
3600
3,138
52,536
13,067
4,783
19,918
3650
2,160
54,696
10,907
3,293
16,626
3700
2,260
56,956
8,647
3,445
13,181
3750
3,151
60,107
5,496
4,803
8,378
3800
2,793
62,900
2,703
4,257
4,120
3850
2,703
65,603
0,000
4,120
0,000
TOTAL
65,603
100,000
Fuente: Elaboración propia.
Figura 1.Curva Hipsométrica.
Fuente: elaboración propia.
10
Es importante extraer de la gráfica la relación hipsométrica que existe entre el área sobre y bajo la curva que indicara el estado de equilibrio dinámico de la cuenca.
ℎ = = 33,31,871093 =0,94
A partir de la curva obtenida y del cálculo anterior se puede deducir que el rio Surba presenta características de una cuenca en equilibrio tendiendo a ser una cuenca de gran potencial erosivo, en fase de juventud aproximándose a una fase de madurez, con una actividad alta en procesos tectónicos, es válido aclarar que la edad de la cuenca no está relacionado con el nivel de actividad tectónico. Figura 2. Curva Hipsométrica y frecuencia de altitudes. CURVA HIPSOMETRICA Y FRECUENCIA DE ALTITUDES 0
2
4
6
8
10
12
14
16
3900 D3700 U3500 3300 T I T3100 L2900 A2700 2500 0
10
20
30
40
50
60
70
AREAS QUE QUEDAN SOBRE LAS ALTITUDES
Elaboración: Propia
3.4.1 Altitudes características Basados en la curva de altitudes se define la altitud característica de la cuenca del rio Surba: -
Altitud media: 3220 msnm Altitud más frecuente: 2600 msnm Altitud de frecuencia ½: 3200 msnm.
3.5 Índice o factor de forma: Este indica la oportunidad de tener una tormenta intensa sobre la cuenca, se puede realizar de dos formas.
Ancho = 11,6 Km Longitud = 18,5 Km
11
= 11,618,∗18, 5 = ² 5 ² =.
La posibilidad de que se presenten tormentas con intensidad es muy baja puesto que la extensión de la cuenca es pequeña, y no abarca mucho territorio.
3.6 Pendiente de la cuenca El cálculo de la pendiente de la cuenca permitirá conocer la relación de la misma con factores como: infiltración, escorrentía superficial, humedad del suelo y contribución del agua subterránea a la escorrentía. Para realizar el cálculo de la pendiente de la cuenca se utilizara el rectángulo equivalente y Horton.
3.6.1. Rectángulo equivalente Cálculos de L y I: Dónde:
L: longitud del lado mayor del rectángulo. I: longitud del lado menor del rectángulo.
√ , 1, 7 065, 6 03 1, 1 2 = , [+ −( ) ]= 1,12 [1+ 1 −(1,70) ]=, √ , 1, 7 065, 6 03 1, 1 2 = , [− −( ) ]= 1,12 [1− 1 −(1,70) ]=, Tabla 5. Cálculos Rectángulo equivalente área entre curvas (km2) 9,044 2,042 2,296 1,796 1,454 1,896 1,702 1,807 1,521 2,007 2,102 2,108 2,521
long. lado menor rectángulo (Km) 3,045 3,045 3,045 3,045 3,045 3,045 3,045 3,045 3,045 3,045 3,045 3,045 3,045
Li=ai/i 2,9701 0,6706 0,7540 0,5898 0,4775 0,6227 0,5589 0,5934 0,4995 0,6591 0,6903 0,6923 0,8279
TOTAL
long. lado área entre menor curvas rectángulo (km2) (Km) 3,458 3,045 2,427 3,045 4,158 3,045 1,758 3,045 1,256 3,045 1,904 3,045 2,141 3,045 3,138 3,045 2,16 3,045 2,26 3,045 3,151 3,045 2,793 3,045 2,703 3,045 65,603
Li=ai/i 1,1356 0,7970 1,3655 0,5773 0,4125 0,6253 0,7031 1,0305 0,7094 0,7422 1,0348 0,9172 0,8877 21,545
Fuente: propia.
Para hallar la pendiente de la cuenca se toma la pendiente media del rectángulo equivalente. Este valor no proporciona un valor significativo pero puede tomarse como una aproximación.
12
= = 3850−2550 21,545 =, 3.6.2. Criterio de Horton Realizando la cuadricula sobre un papel pergamino (anexo 2), se identificaron las intersecciones de las curvas de nivel con la cuadricula tanto vertical como horizontalmente. Tabla 6. Criterio
de Horton Verticales N° línea 10 9 8 7 6 5 4 3 2 TOTAL
Horizontales
Longitud 2,000 3,875 5,300 9,000 16,150 12,500 9,325 3,100 2,125 63,375 km
N° línea B C D E F G H I J K L M N O P TOTAL
Longitud 5,375 5,875 5,375 4,450 3,875 4,750 7,000 6,425 3,825 3,925 3,250 2,950 3,500 1,425 1,000 63,0 km
Fuente: Propia.
n = número de intersecciones
∗ = ∑
e = equidistancia entre curvas de nivel (metros) L = suma de las longitudes de la cuadricula (metros).
= 66∗200 =0,208 63375 = 63∗200 =0,200 63000 = ,+, ∗=,% 13
3.7 Índice de pendiente Global Nuevamente utilizando la información suministrada por la curva hipsométrica, se puede definir el índice de pendiente global, para de esta manera caracterizar el relieve de la cuenca estudiada.
− = 3750−2500 = 19 =.
Teniendo el Índice de pendiente global calculado, con ayuda de la siguiente tabla se puede lograr la caracterización de relieve donde se encuentra la cuenca. Tabla 7. Tipo de relieve según el índice de pendiente global.
Tipo de relieve Muy débil Débil Débil moderado Moderado Moderado fuerte Fuerte Muy fuerte Extremadamente fuerte
Ig <2 2a5 5 a 10 10 a 20 20 a 50 50 a 100 100 a 200 >200
Fuente: conceptos básicos Hidrología y drenaje vial, Ing. José Rodrigo Alarcón Dallos
De acuerdo a este cálculo, se determina que el relieve sobre el cual se encuentra la cuenca del Rio Surba es fuerte.
3.8 Pendiente del cauce Esta relaciona el desnivel que hay entre los extremos del cauce y la proyección horizontal de su longitud.
3.9 Red de drenaje
= . = 3.821.−2.255 =,
Para caracterizar la red de drenaje es importante tener en cuentas los siguientes factores: - Tipo de corrientes - Orden de corrientes
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Para establecer el orden de las corrientes se toman en cuenta las corrientes perennes e intermitentes y se determina por el método de Strahler. -
Longitud de los tributarios Densidad de las corrientes
Para calcular la densidad de las corrientes se utiliza la siguiente expresión:
= 41.84 ² = 65,603 ² =,
Tabla 8. Densidad de las corrientes presentes en el rio surba. Nombre de tributario Zonson iguabitos La carbonera Corrales La zarza Las minas El chuscal Cacaos Chorro blanco Parrales Vote Salamanca Cañada minas Animas Kasurgata La lagrima Hoya grande Chorro
Longitud en kilómetros 3.6 2.55 3.58 6 3.48 2.83 2.05 1.88 2.1 2.6 1.38 1.98 1.55 1.58 1.38 2 1.3
Densidad de las corrientes 0.0490 0.0347 0.0487 0.0817 0.0474 0.0385 0.0279 0.0256 0.0286 0.0354 0.0188 0.0270 0.0211 0.0215 0.0188 0.0272 0.0177
Elaboración: Propia.
El valor obtenido al realizar la operación de la densidad de corrientes, se compara con la siguiente tabla y de esta manera se determina la característica del drenaje de la cuenca. Tabla 9. Drenaje según la Densidad de las corrientes.
Característica cuenca Regular drenaje Normal drenaje Buen drenaje
Dc 0a1 1 a 1.5 >1.5
Elaboración: Propia De acuerdo con los resultados y luego de comparar con la Tabla 9. Se determina que el drenaje de la cuenca es un drenaje regular ; “la densidad del drenaje puede indicar la posible naturaleza de los suelos que se encuentran en la cuenca. con lo cual también se puede hacer una idea del grado de cobertura que existe en la cuenca, este valor estará
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indicando que es un suelo duro, poco erosionable o muy permeable y cobertura vegetal densa.”2
GRAFICAS Figura 3. Relación distancia-Elevación cauce principal
Elaboración: Propia.
2
https://es.slideshare.net – curva Hipsométrica
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3. ANALISIS DE RESULTADOS -
-
-
-
El área superficial de la cuenca estudiada es de 65,603 km² lo que la clasifica en una micro cuenca, pero según el orden se clasifica en una sub-cuenca por esta razón en ella se pudieron establecer diferentes micro-cuencas en ella. En los datos obtenidos el área total arrojo un valor de 64,713 km² y el área total entre curvas fue 65,603 esta variación puede tener varios errores los cuales pueden tener varios errores manuales a la hora de toma de datos, ya que por la forma en la que estaban dispuestas las curvas de nivel de la zona dificultaba la precisión al utilizar el planímetro. Se realizó la relación entre el área de la cuenca y la circunferencia equivalente al área de la cuenca, se obtuvo 1,7 lo cual indica que la forma de la cuenca va de oval a oblonga con tendencia a crecidas e inundaciones.
Mediante la información obtenida se graficó la elevación como variable dependiente y la distancia como variable independiente, a medida que aumenta la distancia del rio asciende su elevación, tiende a ser directamente proporcional.
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES -
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-
-
-
-
Se demarco la línea divisoria de aguas correspondiente al rio Surba logrando observar las características físicas más importantes y reconociendo cada uno de los afluentes que hacían parte de la cuenca. Se interpretó la topografía correspondiente de la zona logrando hacer una clasificación de la cuenca por altitud, además que según el área y desarrollo de la cuenca se logró determinar la parte alta de recepción, garganta, y lecho o cono de deyección. Se logró definir la divisoria de aguas como una sub-cuenca de acuerdo al tamaño de área, además clasificarla como unidad de gestión en micro-cuencas y quebradas dándole un orden a las corrientes definiendo el grado de bifurcación. Dependiendo del valor 0,63 del índice de forma se obtuvo que la posibilidad de que se presenten tormentas con intensidad es muy baja puesto que el área de la cuenca es pequeña. En la realización del taller sobre la delimitación de una cuenca hidrográfica se utilizaron aparatos para la medición de área, perímetro como lo son el planímetro y curvímetro respectivamente, los cuales al ser manipulados manualmente presenta un alto porcentaje de error en la toma de datos se recomienda tomar varias veces la misma medida para realizar un promedio teniendo así mayor confiabilidad en los resultados. A la hora de realizar la delimitación de la cuenca (parte aguas) se debe tener en cuenta la topografía de la zona, esta se debe trazar por las partes más altas sin interrumpir ningún curso de agua e identificando cada cause que hace parte de la red de drenaje de la cuenca.
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BIBLIOGRAFIA
UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA. HIDROLOGIA. Ing. Msc. JOSÉ RODRIGO ALARCÓN DALLOS. Hidrología y drenaje vial. [Diapositivas]. Tunja febrero 2017. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE. Facultad de ingeniería. Dpto. de hidráulica. Hidrología. Determinación de las características físicas de la cuenca. Viessman, W. & G.L. Lewis (1995) - introduction to Hydrology. Harper Collins, 4a ed., 760 pp.
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ANEXOS Anexo 1: Cartas topográficas 171-II- D y 171-IV- B a escala 1:25000. Anexo 2: Plano con cuenca del Rio Surba, orden de corrientes según Strahler y método de Horton.
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