3 Sesion 2 Hidrologia -Cuenca

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

CURSO: SISTEMA DE IRRIGACION Y DENAJE

DOCENTE: Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA

HIDROLOGIA PARA INGENIEROS

2.1 DEFINICION

Hidrológica general

La Hidrología se define como la ciencia que estudia la

disponibilidad y la distribución del agua sobre la tierra.

Hidrología Básica

La Hidrología Básica estudia los conceptos físicos del ciclo

hidrológico, la disponibilidad y utilización de agua

superficial y de agua subterránea, los métodos de

recolección de información hidrológica y los procedimientos

clásicos de procesamiento de datos estadísticos.

Hidrología Aplicada

La Hidrología Aplicada utiliza la información básica y la

procesa de acuerdo con las necesidades de los proyectos

específicos.

- Hidrología en cuencas pequeñas con información escasa

- Drenaje de aguas lluvias

- Hidrología en Proyectos de Riego y Drenaje

- Hidrología en Proyectos de Acueducto y Alcantarillado

- Hidrología en Proyectos de generación de Energía

Hidráulica





- Operación de embalses

- Hidrología para estudios de aprovechamiento de Aguas

Subterráneas

- Control de inundaciones.

- Estimativo de los volúmenes de sedimentos que pueden

afectar el funcionamiento de las estructuras hidráulicas.

La hidrológica es la ciencia natural que estudia al agua, su

ocurrencia, circulación y distribución en la superficie

terrestre, sus propiedades químicas y físicas y su relación

con el medio ambiente, incluyendo los seres vivos.

(Máximo Billón).

La hidrológica se divide en dos grandes ramas:

- Hidrológica superficial

- Hidrológica subterránea

IMPORTANCIA DEL ESTUDIO HIDROLOGICO

Sí el caudal aportado por un curso de agua es

suficiente para el abastecimiento de agua para la

irrigación.

Agua potable para la población e industria

Para la generación de energía eléctrica.





También es importante porque en función al caudal

determina la capacidad de diseño de las obras

hidráulicas.

2.2 CICLO HIDROLOGICO

Es el conjunto de cambios que experimenta el agua en la

naturaleza, tanto en su estado sólido, líquido o gaseoso,

como en su forma.

También se pueden definir como:

- “Sistema Complejo” con cierto “grado de

organización”

- Pueden ser descritos esquemáticamente como un

sistema de cuenca.

- Son todos los procesos que ocurren, en el sistema

físico terrestre

Proceso del Ciclo Hidrológico

¿Cuál es la primera etapa del ciclo hidrológico?

El ciclo hidrológico no tiene ni principio ni fin y su

descripción puede empezar en cualquier punto.





Figura 2.1 Proceso del ciclo hidrológico

El hombre y la hidrología

El hombre complica el proceso interactuando con el

sistema natural, en cualquiera de las dos siguientes formas:

- En el sentido hidrológico respectivo

Sobre explotación de terrenos agrícolas,

deforestación, etc. generando así el incremento de

erosión e inundaciones. Convirtiendo

consecuentemente la actividad humana en varias

formas de degradación ambiental.

- En el sentido hidrológico constructivo

Actividades de conservación de suelos, forestación,

etc. Reduciendo de esta forma la erosión y los flujos

de inundación.





2.3 CUENCA HIDROGRAFICA

Una cuenca hidrográfica se define como el área de terreno

donde todas las aguas caídas por precipitación se

concentran para formar un solo cauce principal. También

se define como el área drenada por un único sistema

fluvial.

Figura 2.2: Zonas de una cuenca

Delimitación de una cuenca

La delimitación de una cuenca se efectúa siguiendo la

línea divisoria de aguas o divortium aquarum, línea

imaginaria que separa las aguas que escurren en sentidos

opuestos hacia distintas cuencas.





Figura 2.3: Modelo matemático de una cuenca

Características físicas

Una Cuenca se caracteriza por una serie de parámetros

físicos-geomorfológicos que definen su comportamiento

hidrológico.

Estos parámetros a su vez dependen de la estructura

geológica de la cuenca, el relieve del terreno, el clima, el

tipo de suelo, la vegetación y de la acción del hombre en el

medio ambiente de la cuenca.





Las características físicas:

- Área de drenaje

- Perímetro de cuenca

- Forma de la cuenca

- Indica de gravelius o coeficiente de compacidad

(kc)

- Factor de forma (kf)

- Sistema de drenaje

- Orden de los cursos de agua , Densidad de

drenaje (Dd)

- Extensión media de la escorrentía superficial,

- Sinuosidad de los cursos de agua

- Características del relieve de una cuenca

- Pendiente de una cuenca, Altitud media de la

cuenca

- Pendiente del curso principal

- suelos

Área de la Cuenca

Es el área en planta o área de la proyección horizontal de

la cuenca.

Si la cuenca es pequeña: hectáreas (ha)

Si la cuenca es mayor : Km2





El área de la cuenca es el principal parámetro de referencia

en la hidrología, ya que está directamente relacionado con

la superficie de captación de la lluvia.

Dividiendo el caudal de descarga a través del punto de

evacuación de la cuenca entre el área de la misma, se

obtiene el denominado “caudal especifico” o “rendimiento

hídrico de la cuenca )./( 2kmlps

Rh= Q/A

Figura 2.5 Área de la cuenca por sectores

Conviene indicar que se denomina área de cuenca húmeda

a la porción de la cuenca donde la precipitación media

anual es superior a 200 mm.





Perímetro de la Cuenca

Corresponde a la longitud de la divisoria de aguas.

El perímetro de la cuenca ha de tener influencia en el

“tiempo de concentración” de esta, que es el tiempo

necesario para que una gota que cae en el punto más

alejado de la cuenca alcance el punto de evacuación.

Forma de la Cuenca

La forma de la cuenca determina la distribución de las

descargas de agua a lo largo del curso principal y es, en

gran parte, responsable de las características de las

crecientes que se presentan en las mismas.

Parámetros:

Coeficiente de compacidad (Kc)

El factor de forma (Kf).

Índice de Gravelius o coeficiente de compacidad

(Kc)

Se define como la relación entre el perímetro de la

cuenca y el perímetro de un círculo equivalente de igual

área de la cuenca en estudio.





A

PKc 28.0

Donde:

P = perímetro de la cuenca Km

A = Area de la cuenca, km2

Kc <1 la cuenca tiene forma achatada

Kc= 1 la cuenca tiene forma circular

Kc>1 la cuenca tiene forma alargada

Factor de forma (Kf)

Es la relación entre el ancho media de la cuenca (Bm) y

la longitud del curso principal (L). El ancho medio de la

cuenca se obtiene dividiendo el área de la misma entre

la longitud del curso principal.

2

/

L

A

L

LA

L

BmKf

El factor de forma también se define como la relación

entre el lado menor (I) y el lado mayor (L) del

rectángulo equivalente.

2

/

L

A

L

LA

L

IK





Donde: A es el área total de la cuenca.

Sistema de Drenaje:

Refleja el grado de ramificación o bifurcación dentro

de la cuenca.

Figura 2.6 Orden de las corrientes de agua

Densidad de drenaje (Dd)

Representa la longitud media de la red hidrográfica de

la cuenca por Km2. se calcula dividiendo la longitud

total de los cursos de agua (km) entre el área total de

la cuenca (Km2)





A

LDd

Donde:

Dd = densidad de drenaje

L = Longitud Km.

A = área de la cuenca, Km2

Dd usualmente varía entre 0.5 km/km2 para cuencas

con drenaje pobre y hasta 3.5 Km/km2 para cuenca

excepcionalmente bien drenadas.

La baja densidad de drenaje es favorecida en regiones

donde el material del subsuelo es altamente resistente

bajo una cubierta de vegetación muy densa y de

relieve plano.

Extensión media de la escorrentía superficial

Se define como la relación entre el área total de la

cuenca y cuatro veces la longitud total de los cursos.

Este parámetro geomorfológico indica la distancia, en

línea recta, que el agua precipitada tendrá que escurrir

para llegar al lecho de un curso de agua.





L

AEs

4

Donde:

Es = extensión media de la escorrentía

superficial, km

L = longitud total de los cursos, km

A = área de la cuenca, km2

Sinuosidad de las corrientes de agua

Es la relación entre la longitud del curso principal,

medida a lo largo de su cauce (L) y la longitud del

valle del río principal medida en línea recta o curva

(L’).

S=L/L’

Este parámetro es una medida de la velocidad de

flujo.

Un valor de S es menor o igual a 1.25 indica una baja

sinuosidad; se define entonces como un río con

alineamiento “recto”.





Frecuencia de los ríos (Fr)

Se define como la relación entre el número de los

cursos y el área total de la cuenca. El número de

cursos incluye tanto los afluentes como el curso

principal.

Fr=Nª de cursos / A

Relieve de una cuenca

Perfil longitudinal del curso principal

El perfil longitudinal del curso principal de la cuenca se

establece con la finalidad de conocer la variación de la

pendiente en los diferentes tramos de su recorrido y

con el objeto de estimar la pendiente media.

Figura 2.7 Longitud del cauce principal de un río





Altura media simple

Se calcula como el promedio aritmético entre la cota

más baja y la más alta de la cuenca, esto es:

Hms=(CM+Cm)/2

Donde:

Hms = altitud media simple

CM = cota o altitud más alta de la cuenca

Cm = cota o altitud más baja de la cuenca

Curva Hipsométrica

Es aquella gráfica que, para una cuenca en estudio,

relaciona la altitud y el porcentaje del área acumulada

por debajo o por encima de dicha altitud.

Si

SsRh





Relación hipsométrica: Donde Ss y Si son,

respectivamente, las áreas sobre y bajo la curva

hipsométrica. La importancia de esta relación reside en

que es un indicador del estado de equilibrio dinámico

de la cuenca. Así, cuando Rh = 1, se trata de una

cuenca en equilibrio morfológico

Figura 2.8 Curva hipsométrica

Altitud media

Es la ordenada media de la curva hipsométrica, en

ella, el 50% del área de la cuenca, está situada por

encima de esa altitud y el 50% está situado por debajo

de ella

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

0,00 50,00 100,00

PR

ES

IPIT

AC

ION

(m

m)

AREA (%)

CURVA HIPSOMETRICA





f) Pendiente

Tiene una gran importancia porque, indirectamente, a

través de la velocidad del flujo de agua, influye en el tiempo

de respuesta de la cuenca.

Entendemos por pendiente media de una cuenca a la

media ponderada de todas las pendientes correspondientes

a áreas elementales en las que pudiéramos considerar

constante la máxima pendiente.

Según Benson (1959), la pendiente media de una cuenca

puede asimilarse a la pendiente de la recta trazada entre

los puntos que se encuentran al 85 % y al 10 % de

distancia a partir del punto más alejado del punto de

desagüe siguiendo el curso principal: AB=0.10AD y

AC=0.85AD

Por consiguiente, la pendiente media de la cuenca es la

pendiente entre los puntos B y C:





Figura : Pendiente media según Benson

Otra consideración de la pendiente media del cauce

principal es:

S =(Cota nacimiento-Cota en la salida)/Longitud de la

corriente

Rectángulo equivalente

Es una transformación geométrica, que permite representar

la cuenca, de su forma heterogénea, y con la forma de un

rectángulo, que tiene la misma área y perímetro y por lo

tanto el mismo índice de compacidad.

Esto permite, poder comparar el comportamiento

hidrológico de dos cuencas, utilizando la noción de

rectángulo equivalente o rectángulo de Gravelius.

BC

HcHbS





Fig. Transformación de una cuenca en un rectángulo equivalente

2

1

12.111

12.1 K

AKL

2

2

12.111

12.1 K

AKL

A

A

l

L

P

P





PROBLEMAS RESUELTOS

P-01: En la figura que se muestra una cuenca hidrográfica,

calcular las dimensiones del rectángulo equivalente de la

cuenca que se muestra en la figura, la altura media al

50%, la altura de frecuencia ½ y la altura promedio,

sabiendo que su perímetro es 194 km.

Solución:

1. Calculo del índice de Gravelious:

Área de la cuenca A= 547 Km2

Sabemos que el perímetro es P= 194 Km

Índice de Gravelious K= 2.323

600

650 mnsm

550

450

400

350

300

250 msnm

47.24 km2

85.20 km2

105.46 km2

113.48 km2

96.30 km2

51.25 km2

34.59 km2

12.48km2





2. Calculo de los lados:

L1= 90.988 Km y L2= 6.011 Km

3. calculo de los segmentos del lado mayor (L1)

A (Km

2)

Li (Km)

12.48 2.08

34.59 5.75

51.25 8.52

96.30 16.02

113.48 18.88

105.46 17.54

85.20 14.17

48.24 8.02





4. Calculo de las altura media en la cuenca al 50% del

área, mediante la intersección de la curva hipsométrica:

Ploteando las columnas (6) vs (1) de la tabla anterior se

tiene la curva hipsométrica.

ALTITUD

(msnm)

AREAS PARCIALE

S (Km2)

AREA ACUMULADA

S (Km2)

AREA SOBRE

LA ALTITU

D

% del total

% del total

sobre la altitud

1 2 3 4 5 6

250 0 0.00 547.00 0.00 100.00

300 12.48 12.48 534.52 2.28 97.72

350 34.59 47.07 499.93 6.32 91.39

400 51.25 98.32 448.68 9.37 82.03

450 96.30 194.62 352.38 17.61 64.42

500 113.48 308.10 238.90 20.75 43.67

550 105.46 413.56 133.44 19.28 24.39

600 85.20 498.76 48.24 15.58 8.82

650 48.24 547.00 0.00 8.82 0.00

547.00 100.00





250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

0,00 50,00 100,00

AL

TIT

UD

(m

sn

m)

AREA (%)

CURVA HIPSOMETRICA

De la grafica tenemos que la altura al 50% de área es: H

50% A = 485 msnm

5. Calculo de la altitud de frecuencia ½

ELEVACION MEDIA

AREA ENTRE DOS

CONTRORNOS (1)*(2)

1 2

275 12.48 3432

325 34.59 11241.75

375 51.25 19218.75

425 96.30 40927.5

475 113.48 53903

525 105.46 55366.5

485





Hm = 263229.50/547

Hm = 481.22 msnm

6. Calculo de la altura promedio: hp = (650+250)/2

hp = 450 msnm

7. Comparación de altitudes: H 50% A = 485 msnm

Hm = 481.22 msnm

Hp= 450 msnm

TRABAJO PRACTICO Nº 01:

Conformar un grupo de 4 alumnos, los cuales realizarán la

delimitación de una cuenca hidrográfica de un río tributario

de un río principal: Río Moche, Río Chicama, Río Santa,

Río Jequetepeque, Río Nepeña, etc. Para luego

determinar las características físicas de la cuenca.

575 85.20 48990

625 48.24 30150

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