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Ing. Fernando Montesinos
Andreses
CICLO 2013-I Módulo: II Unidad: 01 Semana:01
HIDROLOGÍA
CICLO HIDROLÓGICO
CUENCA HIDROGRÁFICA
ORIENTACIONES
Para llegar a donde deseas necesitas una
meta, que tu meta sea pasar este curso con
un buen resultado, es decir que puedas
lograr aprender a aprender. Para llegar a
ello debes tener un plan, el cual debe
incluir los puntos siguientes:·
• Prepararse para la clase.
• Asistir a clase.
• Solicitar ayuda especial cuando la
necesites·
CONTENIDOS TEMÁTICOS
• Hidrología. Definición, ciclo hidrológico,
variables hidrológicas y sus interrelaciones
en el ciclo hidrológico en una cuenca.
• Cuenca hidrográfica: divisorias,
delimitaciones, clasificación de los cursos de
agua, características físicas: área de drenaje,
parámetros en forma índice de Gravelious,
(factor de forma), sistema de drenaje (orden
de las corrientes, densidad de drenaje,
extensión media de la escorrentía superficial,
sinuosidad de las corrientes).
Delimitación de cuencas – Computarizada o automática
• Se hace a partir de las curvas a nivel y la red hidrográfica digitalizadas
• Puede presentar algunos problemas para su delimitación principalmente en el área cercana al punto de aforo.
• Depende de un insumo llamado Modelo de Elevación Digital (MED) o Modelo de Elevación de Terreno (MET).
• La primera práctica de este curso será la delimitación manual y automatizada de la cuenca y el cálculo de las características físicas de ella.
Delimitación automatizada de
cuencas • Generación del MED
• “Quemado” o “Marcado” de los ríos
• MED sin depresiones locales (Fill sinks)
• Grid de Dirección de Flujo
• Grid de Acumulación de Flujo
• Trazado automático
Características físicas de la
cuenca • Orientación
• Superficie o área
• Perímetro
• Topografía (curva hipsométrica y curva de
frecuencia de altitudes)
• Altitudes características
• Índices representativos
TIN y Modelo de Elevación Digital
Convertir a GRID
Delimitación de cuencas Quemado o Marcado de Ríos
Conversión de Ríos a Grid
Atributo de rios=100 No data
Delimitación de cuencas Quemado o Marcado de Ríos
Reclasificación de ríos
Atributo de rios=100 Atributo fuera de ríos=0
Delimitación de cuencas Quemado o Marcado de Ríos
Resta con el Map Calculator
Ríos 100 m más profundos
Delimitación de cuencas
Llenado de depresiones locales Mínimos locales
Fill Sinks
Parteaguas
Delimitación de cuencas
Dirección de Flujo
64
16 X 1
8 4 2
32 128
La dirección de flujo de una celda está definida por la dirección del mayor gradiente de elevación
Delimitación de cuencas
Dirección de Flujo
Delimitación de cuencas
Acumulación de Flujo
Delimitación de cuencas
Acumulación de Flujo
Delimitación de cuencas
Dirección y Acumulación de Flujo
Delimitación de cuencas
Trazado automático
Orientación de la cuenca
• El número de horas que está soleada la
cuenca. Este es un elemento bastante
importante en la medida que aumenta la
latitud de la cuenca. Puede ser el factor
principal en el cálculo de la evaporación y
la evapotranspiración.
• Las horas en las que incide el sol sobre la
ladera de la cuenca.
• La dirección de los vientos dominantes
• La dirección del movimiento de los frentes
de lluvia
• Los flujos de humedad
Superficie o área
• Método gravimétrico (balanza analítica)
Superficie o área
• Automatizada o computarizada
– Por medio de un SIG.
– En ArcView 3.3 se aplica la extensión Mila
Utilities 3.2.
– El proceso se hace de manera automática y el
área se agrega a la tabla de atributos de la
cuenca.
Superficie o área
• Planímetro
Trazado en el sentido de las agujas del reloj
Promediar tres mediciones con sus lecturas
Planimetrar un área conocida y aplicar regla de tres
Perímetro
• Cuerda o mecate
Escala 1:50,000 o sea 1 cm=500 m.
4.3 cm
P= 4.3 cm x 500 m = 2,150 m
Perímetro
• Curvímetro
Perímetro
• Automatizado o Computarizado
– Por medio de un SIG.
– En ArcView 3.3 se aplica la extensión Mila
Utilities 3.2.
– El proceso se hace de manera automática y el
perímetro se agrega a la tabla de atributos de la
cuenca.
Curva hipsométrica
• Es la curva que puesta en coordenadas
rectangulares, representa la relación entre
la altitud, y la superficie de la cuenca que
queda sobre esa altitud.
Curva hipsométrica
• Se debe calcular las
áreas entre curvas a
nivel
• Se calcula por
medio del
planímetro o por
medios
gravimétricos
• Nosotros lo vamos a
calcular por medios
computarizados
Altitudes características
• Altitud media: es la ordenada medida de la curva hipsométrica, donde el 50 % del área de la cuenca, está situado por encima de esa altitud y el 50 % está situado por debajo de ella.
• Altitud mas frecuente: es el máximo valor en porcentaje de la curva de frecuencia de altitudes.
• Altitud de frecuencia 1/2: es la altitud correspondiente al punto de abscisa ½ de la curva de frecuencia de altitudes.
Curva hipsométrica
Curva hipsométrica
Relación hipsométrica
Donde:
– Rh: Relación hipsométrica
– Ss: Area por encima de la
curva hipsométrica
– Si: Area por debajo de la
curva hipsométrica
Indice o Factor de Forma (F)
• Expresa la relación,
entre el ancho
promedio de la cuenca
y su longitud
Indice o Factor de Forma (F)
• A mayor F mayor
posibilidad de tener
una tormenta intensa
simultánea sobre toda
la extensión de la
cuenca
Índice de Compacidad o
Gravelious • El índice de
compacidad de una
cuenca, definida por
Gravelious, expresa
la relación entre el
perímetro de la
cuenca, y el
perímetro
equivalente de una
circunferencia
Índice de Compacidad o
Gravelious
• Cuando K=1 entonces la cuenca es
circular.
• Para K>1 la cuenca tiende a ser alargada y
por lo tanto aplica el mismo criterio que
para el índice de forma.
Rectángulo equivalente
• Transformación geométrica, que permite representar a la cuenca, de su forma heterogénea, 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 Gravelious)
– igual distribución de alturas (y por lo tanto igual curva hipsométrica)
– igual distribución de terreno, en cuanto a sus condiciones de cobertura.
• Las curvas de nivel se convierten en rectas paralelas al lado menor, siendo estos lados, la primera y última curvas de nivel.
Rectángulo equivalente
Rectángulo equivalente
Calculo de K, L y l: Se toma el signo + para L Se toma el signo – para l
Rectángulo equivalente
Calculo de los segmentos del lado mayor Li
A1=6.13/10.9034=0.56
Indice de Pendiente
• Es una ponderación que se establece entre
las pendientes y el tramo recorrido por el
río
Pendiente de la Cuenca
• Tiene una relación importante y compleja
con la infiltración, la escorrentía
superficial, la humedad del suelo, y la
contribución del agua subterránea a la
escorrentía
– Controla el tiempo de escurrimiento y
concentración de la lluvia en los canales de
drenaje
Pendiente de la Cuenca
• Criterios para evaluar la pendiente
– Criterio de Alvord
– Criterio de Horton
– Criterio de Nash
– Criterio del rectángulo equivalente
Criterio de Alvord
• Este criterio está
basado, en la
obtención previa de
las pendientes
existentes entre las
curvas de nivel.
Criterio del rectángulo
equivalente • Con este criterio, para hallar la pendiente de
la cuenca, se toma la pendiente media del
rectángulo equivalente, es decir:
Perfil longitudinal de un cauce
• Si se plotea la
proyección
horizontal de la
longitud de un
cauce versus su
altitud, se obtiene el
perfil longitudinal
del curso de agua.
Perfil longitudinal de un cauce
• Importancia:
– Proporciona una idea de las pendientes que
tiene el cauce, en diferentes tramos de su
recorrido,
– Factor de importancia para
• Control de torrentes
• Determinar puntos de captación
• Ubicación de posibles centrales hidroeléctricas.
Pendiente del cauce
• Importante para – Aprovechamiento hidroeléctrico
– Solución de problemas de inundaciones.
• La pendiente del cauce se puede considerar como el cociente, que resulta de dividir, el desnivel de los extremos del tramo, entre la longitud horizontal de dicho tramo.
• Existen varios métodos para obtener la pendiente de un cauce
Metodos para obtener pendiente
del cauce • Pendiente uniforme
• Compensación de áreas
• Ecuación de Taylor y Schwarz
Pendiente Uniforme
• Considera la pendiente
del cauce, como la
relación entre el
desnivel que hay entre
los extremos del cauce
y la proyección
horizontal de su
longitud
• El método puede
utilizarse en tramos
cortos del río.
Compensación de áreas
• Elegir la pendiente de una línea que se apoya en el extremo final del tramo por estudiar, y que tiene la propiedad de contener la misma área (abajo y arriba), respecto al perfil del cauce.
Ecuación de Taylor y Schwarz
• Considera que un río está formado por n tramos de igual
longitud, cada uno de ellos con pendiente uniforme.
• Tiene una mejor aproximación, cuanto más grande sea el
número de tramos, en los cuales se subdivide el perfil
longitudinal del río a analizar.
Tramos de diferente longitud
Red de Drenaje
• Trayectorias o arreglo que guardan entre
sí, los cauces de las corrientes naturales
dentro de ella
– Manifiesta la eficiencia del sistema de drenaje en
el escurrimiento (rapidez con que desaloja la
cantidad de agua que recibe).
– Proporciona indicios de las condiciones del
suelo y de la superficie de la cuenca.
Red de Drenaje
• Las características de una red de drenaje, pueden describirse principalmente de acuerdo con: – El tipo de corrientes
– El orden de las corrientes
– Longitud de los tributarios
– Densidad de corriente
– Densidad de drenaje
Tipo de Corrientes
• Corriente efímera, es aquella que solo lleva agua
• cuando llueve e inmediatamente después.
• Corriente intermitente, lleva agua la mayor parte
• del tiempo, pero principalmente en época de lluvias; su
• aporte cesa cuando el nivel freático desciende por
• debajo del fondo del cauce.
• Corriente perenne, contiene agua todo el tiempo, ya que aún en época de sequía es abastecida continuamente, pues el nivel freático siempre permanece por arriba del fondo del cauce.
Orden de las corrientes
• Proporciona el grado de bifurcación dentro de la cuenca.
• Se requiere de un plano de la cuenca que incluya tanto corrientes perennes como intermitentes.
• Existen dos métodos para determinarlas:
– Strahler
– Shreve
• Pueden trazarse mediante el uso de los SIG.
4
Strahler
Shreve
Longitud de los tributarios
• Indicador de la magnitud de la pendiente de la cuenca, así como del grado de drenaje.
• Areas escarpadas y bien drenadas ---> numerosos tributarios pequeños y cortos
• Areas planas (suelos son profundos y permeables) ---> tributarios largos, que generalmente son corrientes perennes
• Longitud de los tributarios se incrementa como una función de su orden.
• La medición de las corrientes, se realiza dividiendo la corriente en una serie de segmentos lineales, trazados lo más próximo posible a las trayectorias de los cauces de las corrientes.
• También puede realizarse desde un SIG.
Densidad de las corrientes
• Es la relación entre el número de corrientes y el área drenada
• Solamente se consideran corrientes perennes e intermitentes
• El cauce principal cuenta como una corriente y luego los tributarios a este cauce desde su nacimiento hasta su unión con el cauce principal
Densidad de drenaje
• Se expresa como la longitud de las corrientes, por unidad de área
• indica:
– La posible naturaleza de los suelos, que se encuentran en la cuenca.
– El grado de cobertura que existe en la cuenca.
• Valores altos, representan zonas con poca cobertura vegetal, suelos fácilmente erosionables o impermeables
• Valores bajos, indican suelos duros, poco erosionables o muy permeables y cobertura vegetal densa.
• Se puede calcular mediante un SIG
Densidad de drenaje
• La densidad de drenaje es un indicador de la
respuesta de la cuenca ante un aguacero, y,
por tanto, condiciona la forma del
hidrograma resultante en el desagüe de la
cuenca. A mayor densidad de drenaje, más
dominante es el flujo en el cauce frente al
flujo en ladera, lo que se traduce en un
menor tiempo de respuesta de la cuenca y,
por tanto, un menor tiempo al pico del
hidrograma.
Contraste entre Densidad de las corrientes (Dc) y Densidad de drenaje (Dd)
Cuencas hipotéticas a y b: Igual Dd pero diferente Dc Cuencas hipotéticas c y d: Igual Dc pero diferente Dd
Constante de estabilidad del río
• Representa, físicamente, la superficie de cuenca necesaria para
mantener condiciones hidrológicas estables en una unidad de
longitud de canal. Puede considerarse, por tanto, como una
medida de la erodabilidad de la cuenca. Así, regiones con suelo
rocoso muy resistente, o con suelos altamente permeables que
implican una elevada capacidad de infiltración, o regiones con
densa cobertura vegetal, tienen valores altos de la constante
de estabilidad y bajos de densidad de drenaje. Por el contrario,
una baja constante de estabilidad, o una elevada densidad de
drenaje, es característica de cuencas con rocas débiles, escasa
o nula vegetación y baja capacidad de infiltración del suelo.
•Es el inverso de la Densidad de Drenaje
•A: Area de la cuenca
•Lt: Longitud total de las corrientes perennes
GRACIAS
