INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE VALLADOLID
HIDROLÓGICA SUPERFICIAL Unidad 1. Cuenca hidrológica
Docente: Ing. Gabriela Guadalupe Huitz Chan Alumnos: Chan May Benjamín Dzib Escalante Roger Kumul Chimal Miguel Ángel Martínez Granados Fernando Giovany Mukul Caamal Gerardo Osorio León Erwin Semestre: 6to
Grupo: “A” Fecha de entrega: 18/02/14
ÍNDICE INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 3 1. Cuenca hidrológica ........................................................................................... 4 1.1. Generalidades (Definiciones, desarrollo histórico y administración de los recursos)....................................................................................................... 4 1.1.1. Definiciones........................................................................................... 4 1.1.2. Desarrollo histórico. ............................................................................ 6 1.2. Balance hidrológico .................................................................................... 7 1.2.1Objetivo del balance hidrológico ........................................................... 8 1.2.2Precipitaciones atmosféricas ................................................................ 9 1.2.3 Ecuación de continuidad .................................................................... 10 1.3. Propiedades fisiográficas......................................................................... 12 1.3.1. Propiedades ........................................................................................ 13 1.3.2. Pendiente del cauce principal............................................................ 14 1.3.3. Clasificación de corrientes ................................................................ 15 1.4. Tipos de cuencas hidrográficas. ............................................................. 17 1.4.1 Clasificación de las cuencas. ............................................................. 18 CONCLUSIÓN ...................................................................................................... 21 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................... 22
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ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 Distribución del manto acuífero ................................................................. 4 Figura 2 Ciclo Hidrológico ....................................................................................... 5 Figura 3 Tipos de cuencas hidrológicas .................................................................. 6 Figura 4 Proceso para cuantificar los recursos hídricos .......................................... 7 Figura 5 Demandas por las cuales se pueden realizar un balance hidrológico. ...... 8 Figura 6 Proceso de evapotranspiración. ................................................................ 9 Figura 7 Caminos donde circula el agua. .............................................................. 10 Figura 8 Términos del balance hídrico. ................................................................. 12 Figura 9 Pendiente del cauce principal.................................................................. 14 Figura 10Pendiente del cauce principal................................................................. 15 Figura 11 Clasificación de corrientes (por el tiempo en que transportan agua) ..... 16 Figura 12 Clasificación de corrientes (por su posición topográfica o edad geológica) .............................................................................................................. 17 Figura 13 Cuenca exorreica. ................................................................................. 18 Figura 14 Cuenca endorreica. ............................................................................... 19 Figura 15 Cuenca arreica. ..................................................................................... 19 Figura 16 Cuencas criptorreicas............................................................................ 20
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INTRODUCCIÓN
En el trabajo profesional que a continuación se presenta, se expondrá información acerca de la cuenca hidrológica y sus diferentes características, en las cuencas se desarrollan procesos que nos brindan información, como volúmenes, déficit de sequía o demanda.
Para realizar deferentes estudios a las cuencas hay que tener en cuenta algunos fenómenos como pueden ser la precipitación, la cual se define como la manera en que el agua llega de la atmosfera a la superficie de igual manera debemos tener en cuenta la evapotranspiración y la infiltración, como también se pueden mencionar aspectos que son favorables para la flora y la fauna.
Se demostrara que las cuencas son un factor muy importante y requieren estudios de diferentes índoles el cual al juntarlos se llegara a los objetivos deseados y por mencionar los estudio podrían ser los topográficos, los resultados arrojados de un pluviómetro, entre otros.
De igual forma con la información presentada será más fácil identificar las diferencias entre los tipos de cuencas que existen y por qué su clasificación.
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1. Cuenca hidrológica
1.1. Generalidades (Definiciones, desarrollo histórico y administración de los recursos).
1.1.1. Definiciones
Hidrología Es la ciencia que estudia el comportamiento del agua, enfocándose al ciclo hidrológico global así como a los procesos involucrados en la parte continental de dicho ciclo. Las variaciones del agua en las etapas terrestres, oceánica y atmosférica, así como el movimiento del agua sobre o debajo de la superficie terrestres incluyendo procesos físicos, químicos y biológicos.
Ciclo hidrológico La tierra contiene grandes cantidades de agua de las cuales, el 97.5 % son aguas saladas, el otro 2.5 % son aguas dulces. De todo el total de agua solo un 0.6 % de agua es dulce y se encuentra en forma de lago, ríos, acuíferos y vapor.
Figura 1 Distribución del manto acuífero 4
El ciclo hidrológico está compuesto por: Evaporación, precipitación, escurrimiento e infiltración, cada parte del ciclo es importante para dar lugar al balance hidrológico.
Figura 2 Ciclo Hidrológico Calidad de vida. Es el grado en la que un miembro de una sociedad satisface sus necesidades materiales. Su clasificación se fundamenta en indicadores de satisfacción básica a través de juicios de valor. (Universitaria Politécnica, 2014) Cuenca Hidrológica La cuenca son las zonas donde el agua precipitada se transfiere a otras zonas más bajas por medio de un sistema de drenajes (canales), concentrándose para descargar en otras cuencas o finalmente al océano. Dependiendo de su punto de salida existen dos tipos de cuencas, las endorreicas y las exorreicas.
Las endorreicas; son las que desembocan en los lagos sin llegar al mar.
Las exorreicas; son las que desembocan en los océanos, mares, etc. 5
Figura 3 Tipos de cuencas hidrológicas 1.1.2. Desarrollo histórico.
La primera regionalización nacional, que considero como criterios básicos la orografía e hidrografía, fue elaborada en los años 60 por la entonces Dirección de Hidrología de la Secretaría de Recursos Hidráulicos, agrupando para ello las cuencas del país en 37 regiones hidrológicas y que hoy día prevalecen como base de los estudios técnicos en materia de agua y de las diferentes regionalizaciones realizadas a lo largo del tiempo.
Posteriormente y con el propósito de formular el Plan Nacional Hidráulico 1975 (SRH, 1975), se definieron trece regiones administrativas y 102 subregiones hidrológicas conforme a criterios que incorporan además de los aspectos hidrológicos.
(AGUSTÍN FELIPE BREÑA PUYOL, 2006) (CATIE, 2001)
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1.2. Balance hidrológico
El agua, recurso de la humanidad el cual se encuentra en un ciclo continuo debido a los diferentes procesos que conlleva su almacenamiento y explotación, es cuantificable y debido a los requerimientos actuales del hombre, es necesario conocer con exactitud ese movimiento y definirlo para aprovechar de forma racional los recursos hídricos y que no se modifiquen de forma irreversible los componentes que intervienen en el ciclo del agua.
El balance hidrológico tiene por objeto cuantificar los recursos y volúmenes de agua del ciclo hidrológico de acuerdo con el axioma de Lavoisier (el cual nos dice que nada se crea ni se destruye, solo se transforma. Lo que nos lleva a suponer que todo recurso hídrico puede ser medible a manera de pérdida o uso natural y de esta manera poderse administrar) este axioma permite establecer las relaciones entre las variables hidrológicas.
Figura 4 Proceso para cuantificar los recursos hídricos 7
1.2.1Objetivo del balance hidrológico
El balance hidrológico puede ser denominado como un proceso para administrar recursos hidrológicos de esta manera este puede ser aplicado en cuencas o en diversas regiones.
Este proceso permite obtener información sobre:
1. El volumen anual de escurrimiento o excedentes. 2. El periodo en el que se produce el excedente y por tanto la infiltración o recarga del acuífero. 3. Periodo en el que se produce un déficit de agua o sequía. 4. El cálculo de demanda de riego para ese periodo.
Figura 5 Demandas por las cuales se pueden realizar un balance hidrológico.
El establecimiento de un balance hidrológico supone la medición de caudales y almacenamiento de la misma la cual puede se puede cuantificar mediante niveles.
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Se pueden establecer balances para medir el agua de forma general o por separado ya sea en aguas subterráneas o superficiales de manera que se pueda analizar las entradas y salidas de agua en el sistema supervisado.
La propia idea de balance supone la medida independiente de los términos que intervienen en la ecuación de balance. Como toda medida física, está sujeta a error, que, en algunos casos es grande debido a diversas circunstancias. Por ello ha de actuarse con gran prudencia a la hora de obtener datos del balance.
1.2.2. Precipitaciones atmosféricas
Por medio de precipitaciones atmosféricas llega agua a la superficie de la tierra. Parte de estas precipitaciones se evaporan en contacto con el aire o puede ser absorbida por las plantas para posteriormente ser transpirada por las mismas. Fenómeno que denominaremos como “evapotranspiración”.
Figura 6 Proceso de evapotranspiración.
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El agua puede seguir dos caminos: parte fluye por la superficie de la corteza y otra parte por se infiltra en el terreno. El agua de infiltración aún puede ser captada por el suelo y las plantas sufriendo
entonces
fenómenos
de
evapotranspiración
o
puede
circular
hipodérmicamente junto con agua que a su vez circulan en la superficie denominándose aguas de escurrimiento. El agua que alcanza una zona más profunda constituye una verdadera agua de infiltración que se junta con las aguas subterráneas alimentando a la zona acuífera.
Figura 7 Caminos donde circula el agua.
1.2.3 Ecuación de continuidad
La ecuación de continuidad se basa en que la diferencia que se produce entre las entradas y las salidas del agua de agua se traduce en el agua que se queda almacenada.
Entradas- salidas= variación de almacenamiento 10
Sabiendo de antemano este concepto, podemos definir que la precipitación se expresa como: P= E + R + I + e Dónde: e= error cometido en estimaciones. E= evapotranspiración. R= escurrimiento. I= infiltración. Para que esta ecuación pueda ser aplicada, debemos tener en cuenta dos condiciones importantes: Unidad hidrológica: todas las aguas medidas y comparadas deben permanecer al mismo acuífero. Periodo de tiempo: el periodo de medición deberá ser de al menos un año.
1.2.4 Datos Para realizar un balance hídrico lo principal es la adquisición de datos, por lo que se requiere que los datos a utilizar se obtengan de una manera precisa. Precipitación: se mide por la altura que alcanzaría sobre una superficie plana u horizontal, antes de sufrir pérdidas. Para obtener este dato se utilizan pluviómetros y la unidad de precipitación es el milímetro de altura. Evapotranspiración: la obtención de este dato se realiza mediante cálculos basados en la temperatura y humedad de la atmosfera y suelo. Escurrimiento superficial o directo: se determina por aforos de recursos fluviales.
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Escurrimiento subterráneo o base: se calcula por diferencia, una vez conocidos los demás términos del balance hídrico o por cálculos o experiencias basado en la porosidad y permeabilidad de diferentes rocas.
Figura 8 Términos del balance hídrico.
1.3. Propiedades fisiográficas.
Para el estudio de las cuencas hidrológicas se necesitan diferentes métodos en los cuales se puedan obtener características de las cuencas. Existen fundamentos de los cuales nos ofrece información relevante acerca del ciclo hidrológico.
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1.3.1. Propiedades
Algunos de los parámetros característicos de mayor interés se presentan a continuación: Parteaguas. Línea imaginaria formada por los puntos de mayor nivel topográfico y que separa dos cuencas adyacentes. Área de la cuenca. Es la proyección del parteaguas a un plano horizontal, caracterizándose así el tamaño de la cuenca. El valor del área se obtiene de los mapas topográficos a través del uso del planímetro o de otros métodos. Corriente principal. Es la corriente de mayor longitud que pasa por la salida de la cuenca hidrológica. Corrientes tributarias. Serie de corrientes tributarias con un diferente grado de bifurcación. Orden de corrientes. Se determina a partir del grado de bifurcación de las corrientes tributarias. a) Corriente de orden 1 es un tributario sin ramificaciones; b) Corriente de orden 2 solo tiene corrientes de orden uno;. c) Y así sucesivamente dos corrientes de orden 1 forman una de orden 2, dos corrientes de orden 2 forman una de orden 3, dos corrientes de orden 3 forman una de orden 4, etc. Longitud del eje mayor de la cuenca. Es la máxima longitud que va desde el punto de la descarga o salida de la cuenca al punto más lejano de la cuenca. Este parámetro es importante, ya que da una idea de la forma de la cuenca. Los procesos hidrológicos, por ejemplo el escurrimiento superficial, responden de manera diferente en una cuenca alargada que a la que se aproxima a una forma circular. Ancho de la cuenca. Es la longitud perpendicular a la longitud del eje mayor de la cuenca y para su estimación se miden las longitudes perpendiculares representativas de cada parte de la cuenca, tomando como referencia la recta que se ha trazado para la longitud del eje mayor.
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Orientación de la cuenca. Es el ángulo de orientación a partir del norte geográfico y para su determinación se toma como punto de referencia la descarga o salida de la cuenca y utilizando la recta que representa a la longitud del eje mayor, se determina el ángulo de la orientación a partir del norte geográfico. Este parámetro es importante, ya que los sistemas de circulación atmosférica son fundamentales en lo que respecta al régimen pluviométrico de una cuenca. Índice de forma. Es la relación del perímetro de la cuenca entre el perímetro que tendría un círculo con el mismo valor de área. Con este parámetro se determina cuanto se aleja la forma de la cuenca de un círculo. Relación de alargamiento. Es la relación del diámetro de un círculo que tiene el mismo valor de área de la cuenca entre la longitud del eje mayor.
1.3.2. Pendiente del cauce principal
Uno de los indicadores más importantes del grado de respuesta de una cuenca a una tormenta es la pendiente del cauce principal. Dado que está pendiente varía a lo largo del cauce, es necesario definir una pendiente media; para ello existen varios métodos, de los cuales se mencionan tres: Pendiente del cauce principal. a) La pendiente media es igual al desnivel entre los extremos de la corriente dividido entre su longitud medida en planta (véase figura 9).
Figura 9 Pendiente del cauce principal 14
b) La pendiente media es la de una línea recta que, apoyándose en el extremo de aguas abajo de la corriente, hace que se tengan áreas iguales entre el perfil del cauce y arriba y abajo de dicha línea (véase figura 10).
Figura 10Pendiente del cauce principal
c) Taylor y Schwarz proponen calcular la pendiente media como la de un canal de sección transversal uniforme que tenga la misma longitud y tiempo de recorrido que la corriente en cuestión. 𝐷𝑑 =
𝐿𝑠 𝐴
Donde: 𝐷𝑑 : Densidad de drenaje 𝐿𝑠 : Longitud total de las corrientes 𝐴: Área de la cuenca
1.3.3. Clasificación de corrientes
Las corrientes se clasifican de varias maneras, pero las más interesantes en la ingeniería hidrológica son tal vez las siguientes:
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A) Por el tiempo en que transportan agua. Según esta clasificación las corrientes pueden ser perennes, intermitentes o efímeras
a) En una corriente perenne el punto más bajo del cauce se encuentra siempre abajo del nivel de aguas freáticas. Estas corrientes transportan agua durante todo el año y siempre están alimentadas, totalmente o en parte, por el agua subterránea, es decir, son efluentes. b) Una corriente intermitente transporta agua durante la época de lluvias de cada año, cuando el nivel freático asciende hasta quedar por encima del punto). En época de secas el nivel freático queda por abajo de dicho punto y la corriente no transporta agua, salvo cuando. Se presenta alguna tormenta. c) En el caso de las corrientes efímeras o influentes el nivel freático está siempre abajo del punto y transportan agua inmediatamente después de una tormenta, y, en este caso, alimentan a los almacenamientos de agua subterránea.
Figura 11 Clasificación de corrientes (por el tiempo en que transportan agua)
B) Por su posición topográfica o edad geológica. De acuerdo con esta clasificación los ríos pueden ser de montaña o juveniles, de transición o maduros, o bien de planicie o viejos.
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Figura 12 Clasificación de corrientes (por su posición topográfica o edad geológica) (Mijares, 1992)
1.4. Tipos de cuencas hidrográficas.
En su acepción más simple, se conoce como cuenca hidrográfica es un área drenada por un rio. La cuenca es una unidad natural hidrológica y geofísica, con límites definidos que facilitan la planificaci6n y el aprovechamiento de sus recursos. Los límites de la cuenca dependen de su topografía y están determinados por la línea divisoria de aguas. En la cuenca es posible efectuar un balance del ciclo hidrológico, cuantificando con mayor precisión el agua disponible. Asimismo, las cuencas hidrográficas facilitan la percepción del efecto negativo de las acciones del hombre sobre su entorno, evidenciándolas en la contaminación y en la calidad del agua evacuada por la cuenca, quedando claro, por cierto, que el agua es el recurso integrador y el product0 resultante de la cuenca. Una cuenca y una cuenca hidrológica se diferencian en que la cuenca se refiere exclusivamente a las aguas superficiales, mientras que la cuenca hidrológica incluye las aguas subterráneas (acuíferos).
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1.4.1 Clasificación de las cuencas.
A. Son arreicas cuando no logran drenar a un río mar o lago, sus aguas se pierden por evaporación o infiltración sin llegar a formar escurrimiento subterráneo. B. Son criptorreicas cuando sus redes de drenaje superficial no tienen un sistema organizado o aparente y corren como ríos subterráneos (caso de zonas cársticas).Cuencas cuyas corrientes de agua son subterráneas, alimentadas por la infiltración casi inmediata de la lluvia a través de suelos porosos. C. Son endorreicas cuando sus aguas drenan a un embalse o lago sin llegar al mar. D. Son exorreicas cuando las vertientes conducen las aguas a un sistema mayor de drenaje como un gran río o mar
Figura 13 Cuenca exorreica.
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Figura 14 Cuenca endorreica.
Figura 15 Cuenca arreica.
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Figura 16 Cuencas criptorreicas (CEPES, 2003) (CATIE, 2001)
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CONCLUSIÓN
En conclusión, la cuenca hidrológica es un tema fundamental para la formación integral del ingeniero civil, aunque de una manera particular en nuestra región no vemos de manera física los fenómenos que integran un cuenca ya que no tenemos lagos, ni ríos y tampoco tenemos manera de estudiar los medios acuíferos subterráneos. A pesar de estas limitaciones es muy importante conocer del tema debido a la actualización que nuestro rubro requiere y estar al tanto de cómo se realizan estos proyectos en el mundo. Ha sido de gran utilidad conocer la cuenca y sus diversas características para tener una buena administración de los recursos ya que sin duda alguna somos parte del ciclo hidrológico, es por ello que debemos ofrecer a la sociedad una buena calidad de vida y que exista una armonía entre las flora y la fauna que tenga a su alrededor ya que son una parte primordial para la existencia de los seres humanos. Las cuencas han ayudado al desarrollo de los seres humanos ya que de ahí podemos extraer recursos, que nos ayudan al crecimiento económico, social, cultural entre otras cosas. Por ello es muy importante que tengamos cuidado de cómo utilizar los recursos que nos ofrece y aprender a cuidar de ellos.
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BIBLIOGRAFÍA
AGUSTÍN FELIPE BREÑA PUYOL, M. A. (2006). Principios y Fundamentos de la Hidrología Superficial. En M. A. AGUSTÍN FELIPE BREÑA PUYOL, Principios y fundamentos de la hidrologia superficial. (págs. 24-46). Tlalpan, D.F. México. CATIE. (7 de Noviembre de 2001). Obtenido de CATIE: http://biblioteca.catie.ac.cr/cursocuencas/documentos/Manual_de_Manejo_ de_Cuencas_Vision_Mundial_mod.pdf CEPES. (27 de OCTUBRE de 2003). Obtenido de CEPES: http://www.cepes.org.pe/pdf/OCR/Partidos/metodologia_planes_maestros/ metodologia_planes_maestros1.pdf Mijares, F. J. (1992). Fundamentos de Hidrologia de Superficie. MÉXICO, D.F.: LIMUSA. Universitaria Politécnica. (2014). ambientum. Obtenido de ambientum: http://www.ambientum.com/enciclopedia_medioambiental/aguas/El_ciclo_hi drologico.asp
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