CUENCA HIDROGRAFICA

Asignatura:HIDROLOGIA APLICADA

Cuenca Hidrogrfica: la porcin de territorio drenada por un nico sistema de drenaje natural. Una cuenca hidrogrfica se define por la seccin del ro al cual se hace referencia y es delimitada por la lnea de las cumbres, tambin llamada divisor de aguas, es la unidad bsica para la planificacin del uso de los recursos naturales.

Cuenca Hidrogrfica; Es el espacio de territorio delimitado por la lnea divisoria de las aguas, conformado por un sistema hdrico que conducen sus aguas a un ro principal, a un ro muy grande, a un lago o a un mar.

En la cuenca hidrogrfica se encuentran los recursos naturales y la infraestructura creada por las personas, en las cuales desarrollan sus actividades econmicas y sociales generando diferentes efectos favorables y no favorables para el bienestar humano.

No existe ningn punto de la tierra que no pertenezca a una cuenca hidrogrfica.

a) Por su tamao geogrfico: Las cuencas hidrogrficas pueden ser:

Grandes, Medianas o Pequeas.

Los conceptos de pequeas cuencas o microcuencas, pueden ser muy relativos cuando se desarrollen acciones, se recomienda entonces utilizar criterios conjuntos de comunidades o unidades territoriales manejables desde el punto de vista hidrogrfico.

b) Por su Ecosistema: Segn el medio o el ecosistema en la que se encuentran, establecen una condicin natural, as tenemos:

Cuencas ridas, Cuencas tropicales, Cuencas hmedas y Cuencas fras.

c) Por su Objetivo: Por su vocacin, capacidad natural de sus recursos, objetivos y caractersticas, las cuencas pueden denominarse:

hidroenergticas, para agua poblacional, agua para riego, agua para navegacin, ganaderas y de uso mltiple.

d) Por su Relieve: considerando el relieve y accidentes del terreno, las cuencas pueden denominarse:

Cuencas planas, Cuencas de alta montaa, cuencas accidentadas o quebradas.

e) Por la direccin de la evacuacin de las aguas, se podra clasificar en: Exorreicas: avenan sus aguas al mar o al ocano. Un ejemplo es la

del Rimac, en Sudamrica.

Endorreicas: desembocan en lagos o lagunas, siempre dentro del continente. Por ejemplo, la cuenca del ro Ilave.

Arreicas: las aguas se evaporan o se filtran en el terreno.

El sistema de la cuenca hidrogrfica, est integrado por los subsistemas siguientes:

a) Biolgico, que integran esencialmente la flora y la fauna, y los elementos cultivados por el hombre.

b) Fsico, integrado por el suelo, subsuelo, geologa, recursos hdricos y clima (temperatura, radiacin, evaporacin entre otros).

c) Econmico, integrado por todas las actividades productivas que realiza el hombre, en agricultura, recursos naturales, ganadera, industria, servicios (caminos, carreteras, energa, asentamientos y ciudades).

d) Social, integrado por los elementos demogrficos, institucionales, tenencia de la tierra, salud, educacin, vivienda, culturales, organizacionales, polticos, y legal.

Los elementos que integran los subsistemas variarn de acuerdo al medio en el que se ubique la cuenca y al nivel de intervencin del factor humano.

PARTES DE UNA CUENCA

Una cuenca hidrogrfica se puede decir que est compuesta por determinadas partes, segn el criterio que se utilice, por ejemplo:

Criterio 1 Altitud: Si el criterio utilizado es la altura, se podran distinguir las siguientes partes:

Parte alta, Parte media y Parte baja,

En funcin de los rangos de altura que tenga la cuenca. Si la diferencia de altura es significativa y vara de 0 a 2,500 msnm, es factible diferenciar las tres partes, si esta diferencia es menor, por ejemplo de 0 a 1000 msnm, posiblemente slo se distingan dos partes, y si la cuenca es casi plana ser menos probable establecer partes.

Generalmente este criterio de la altura, se relaciona con el clima y puede ser una forma de establecer las partes de una cuenca.

Parte alta; Predomina el fenmeno de la socavacin. Es decir que hay aportacin de material terreo hacia las partes bajas de la cuenca, visiblemente se ven trazas de erosin

Parte media; Hay medianamente un equilibrio entre el material slido que llega trado por la corriente y el material que sale. Visiblemente no hay erosin.

Parte baja; Es la parte de la cuenca hidrogrfica en la cual el material extrado de la parte alta se deposita.

Criterio 2 Topografa: Otro criterio muy similar al anterior es la relacin con el relieve y la forma del terreno, estableciendo lo siguiente:

Las partes accidentadas forman las montaas y laderas, Las partes onduladas y planas, forman los valles; y Finalmente otra parte es la zona por donde discurre el ro principal y sus afluentes, a esta se le denomina cauce.

Criterio 3 Drenaje superficial:La cuenca hidrogrfica puede dividirse en espacios definidos por la relacin entre el drenaje superficial y la importancia que tiene con el curso principal.

El trazo de la red hdrica es fundamental para delimitar los espacios en que se puede dividir la cuenca. A un curso principal llega un afluente secundario, este comprende una subcuenca.

Luego al curso principal de una subcuenca, llega un afluente terciario, este comprende una microcuenca, adems estn las quebradas que son cauces menores.

CUENCA HIDROGRAFICA Y CUENCA HIDROLOGICA

Segn el concepto de ciclo hidrolgico, toda gota de lluvia que cae al suelo, continua en forma de escurrimiento e infiltracin, luego va a lugares de concentracin, all parte se evapora y vuelve al espacio para formar el ciclo. Luego que la gota se infiltra, satura el suelo, pasa a percolacin profunda y recarga los acuferos. En este desplazamiento vertical, el agua se puede encontrar con estratos impermeables (rocas duras) que movilizarn las partculas de agua dependiendo de la forma y tipo de rasgos geolgicos.

Cuando el relieve y fisiografa, tienen una forma y simetra diferente a la configuracin geolgica de la cuenca, se puede decir que existe una cuenca subterrnea, que cambia la direccin del flujo subsuperficial para alimentar a otra cuenca hidrogrfica. A sta configuracin se denomina cuenca hidrolgica, la cual adquiere importancia cuando se tenga que realizar el balance hidrolgico.

Cuando la divisoria de la cuenca hidrogrfica es diferente de la divisoria de la cuenca hidrolgica, los flujos subsuperficiales y el movimiento del agua en el suelo se presenta de la siguiente manera: Es muy importante conocer esta caracterstica interna de la cuenca, porque en algunos casos se realiza el balance hidrolgico sin considerar los aportes o fugas de una cuenca vecina a otra. Un caso particular es el de las cuencas ubicadas en terrenos crsticos.

VISTA DE LA CUENCA-ESTACIONES

S 1

S 3

S 2

S 4

S 5

P6

P5

P3

P4

P3

P. HIDRO1

P2P1

CARACTERISTICAS MORFOMETRICAS Y FISIOGRAFICAS DE LA CUENCA

REA. Es la magnitud ms importante que define la cuenca. Delimita el volumen total de agua que la cuenca recibe en cada.

PERIMETRO (P). es la longitud del lmite exterior de la cuenca y depende de la superficie y la forma de la cuenca.

PARAMETROS ASOCIADOS A LA LONGITUD

Longitud de la cuenca. Es la longitud de una lnea recta con direccin paralela al cauce principal.

Longitud del cauce principal. Es la distancia entre la desembocadura y el nacimiento.

Longitud mxima (Lm) o recorrido principal de la cuenca. Es la distancia entre el punto de desage y el punto ms alejado de la

cuenca siguiendo la direccin de drenaje. El recorrido principal, es la mxima distancia recorrida por el flujo de agua dentro de la cuenca.

rea de la Cuenca

El rea de la Cuenca puede ser generada en forma automtica por Arc Gis. mediante el uso de AutoCad.

La sub-cuencas las definen puntos de control

EST. 1

S1S2

S3 S4

S5

EST. 2

RESERVORIO

EST. 4

EST. 5

TUNEL BY PASS

Longitud del cauce principal

L1

S1

S2

S3

L2

L3

S4

S5

L4

L5

S5 10.82 10.82S4 12.07 22.89S3 5.20 28.09S2 7.72 35.81S1 4.45 40.26

Sub-cuencaLongitud

(Km)

Longitud Acumulada

(Km)

LA FORMA DE LA CUENCA es la configuracin geomtrica de la cuenca tal como est proyectada sobre el plano horizontal. La forma incide en el tiempo de respuesta de la cuenca, es decir, al tiempo de recorrido de las aguas a travs de la red de drenaje, y, por consiguiente, a la forma del hidrograma resultante de una lluvia dada.

Para determinar la forma de una cuenca se utilizan varios ndices asociados a la relacin rea-permetro. Siendo los mas comunes:

ndice o coeficiente de compacidad (Kc)

Factor de forma (Kf)

ndice o coeficiente de compacidad (Kc). Se debe a Gravelius y es la relacin entre el permetro de la cuenca y el permetro de un crculo de igual rea que la cuenca, a travs de la siguiente expresin:

Donde P es el permetro de la cuenca y A es el rea.

Cuanto mas irregular sea la cuenca, mayor ser su coeficiente de compacidad. Una cuenca circular tendr un coeficiente de compacidad mnimo, igual a 1.

Factor de forma (Kf) fue definido por Horton, como el cociente entre la superficie de la cuenca y el cuadrado de su longitud (Una cuenca con un factor de forma bajo esta menos sujeta crecidas que una de misma rea y mayor factor de forma):

Donde L es el recorrido principal de la cuenca, B es el ancho medio es de la divisin del rea de la cuenca entre la longitud del cauce principal y A es el rea de la cuenca.

RELIEVE. Es un factor importante en el comportamiento de la cuenca, ya que cuanto mayores son los desniveles en la cuenca, mayor es la velocidad de circulacin y menor el tiempo de concentracin, lo que implica un aumento del caudal de punta.

Histograma de frecuencias altimtricas, es un histograma que indica el porcentaje de rea comprendida entre dos alturas determinadas. Puede obtenerse calculando el rea que existe entre las curvas de nivel de la cuenca.

La curva hipsomtrica, Es una curva que indica el porcentaje de rea de la cuenca o bien la superficie de la cuenca en Km2 que existe por encima de una cota determinada.

Curva A: refleja una cuenca con gran potencial erosivo (fase de juventud).

Curva B: es una cuenca en equilibrio (fase de madurez).

Curva C: es una cuenca sedimentaria (fase de vejez).

ALTURAS CARACTERISTICAS

A partir de la curva hipsomtrica pueden definirse varias alturas caractersticas; altura media, altura media ponderada, altura mas frecuente y altura mediana.

La altitud media (Hm), una forma de calculo es considerando; ci cota media del rea i, delimitada por dos curvas de nivel; ai rea i entre curvas de nivel; y A rea total de la cuenca, la altitud es determinante de la temperatura y la precipitacin.

La altitud media ponderada (Hmp), es la altura de un rectngulo de igual rea que la que encierra la curva hipsomtrica.

La altitud mas frecuente, es la altura correspondiente al mximo histograma de frecuencias altimtricas.

La altitud mediana (H50), es la altura para la cual el 50% del rea de la cuenca se encuentra por debajo de la misma.

Rectngulo equivalente de una cuenca. Es un rectngulo que tiene la misma superficie, permetro, coeficiente de compacidad y curva hipsomtrica que la cuenca en cuestin. L y l son los lados del rectngulo equivalente, se tiene que:

Donde L es el lado mayor, l es el lado menor, A es el rea de la cuenca, P es el permetro de la cuenca.

Para dibujar las lneas de nivel del rectngulo equivalente se puede utilizar la siguiente formula:

Donde di es la distancia desde la parte mas baja del rectngulo equivalente hasta la curva de nivel y Ai el rea por debajo de la curva de nivel considerada.

Pendiente de la cuenca.

Tiene una gran importancia para el calculo del ndice de peligro de avenidas sbitas, a travs de la velocidad del flujo de agua, influye en el tiempo de respuesta de la cuenca, el mtodo mas antiguo es a travs de la siguiente formula:

S = (h * Lcn / A )

Donde S es la pendiente media de la cuenca, h la equidistancia entre curvas de nivel, Lcn la longitud de todas las curvas de nivel y A el rea total de la cuenca.

Otra forma seria:

S = ( 2H / P )

Donde H (diferencia de elevacin mxima medida entre el punto mas alto del lmite de la cuenca y la desembocadura del ro principales la citada diferencia de cota y P el permetro de la cuenca. Tambin se tiene los mtodos de Alvord, Horton y Nash.

Pendiente del cauce principal

Es un indicador del grado de respuesta hidrolgica de una cuenca a una tormenta. No se debe confundir con la pendiente de la cuenca. Dado que la pendiente varia a lo largo del cauce, es necesario definir una pendiente media, para lo cual se propone el criterio de Taylor y Schwarz que utiliza la siguiente formula:

Donde:S = pendiente media del cauce principal.

m = numero de segmentos en que se divide el cauce principal.

L = longitud horizontal del cauce principal, desde su nacimiento hasta desembocadura.

Im = longitud horizontal de los tramos en los cuales se subdivide el cauce principal.

Sm = pendiente de cada segmento en que se divide

Pendiente del cauce principal

PENDIENTE POR TRAMOSDEL CAUCE PRINCIPAL

Pendiente del cauce principal

Asimismo, este parmetro permite evaluar el potencial para erosionar, a partir de la velocidad del flujo, lo cual nos ayuda entender el comportamiento en el transito de avenidas, as como la determinacin de las caractersticas optimas para hidroelctricas y estabilizacin de cauces, etc. Otro mtodo es:

Pendiente de un tramo (Sc). Para hallar la pendiente de un cauce se tomara la diferencia cotas extremas existentes en el cauce (h) y se dividir entre su longitud horizontal (l)

Orientacin de la cuencaLlamas (1993), hay que entender su direccin geogrfica segn la resultante de la pendiente general.

Este concepto es importante porque distintos elementos pueden relacionarse con la orientacin, como:

El numero de horas que esta soleado la cuenca, elemento importante en la medida que aumenta la altitud, puede ser un factor principal en el calculo de la evaporacin y evapotranspiracin.N-S no recibe insolacin uniforme en las dos vertientes durante todo el da.E-O recibe insolacin en las dos vertientes durante todo el da.

Las horas en las que incide el sol sobre la ladera de la cuenca. La direccin de los vientos dominantes. La direccin del movimiento de los frentes de lluvia. Los flujos de humedad.

PARAMETROS RELATIVOS A LA RED HIDROGRAFICA

Se denomina red hidrogrfica al drenaje natural, permanente o temporal, por el que fluyen las aguas de los escurrimientos superficiales o subterrneos. La red hidrogrfica superficial se analiza a travs del siguiente:

Densidad de drenaje, Horton (1945) defini la densidad de drenaje de una cuenca como el cociente entre la longitud total de los canales de flujo pertenecientes a su red de drenaje y la superficie de la cuenca:

Donde:D = densidad de drenaje (Km-1)Li = suma de las longitudes de los cursos que se integran en la cuenca (Km)A = superficie de la cuenca (Km2)

Este parmetro es, en cierto modo, un reflejo de la dinmica de la cuenca, de la estabilidad de la red hidrogrfica y del tipo de escorrenta de superficie, as como de la respuesta de la cuenca a un precipitacin.

Esta respuesta condiciona la forma del hidrograma resultante en el desage de la cuenca. A mayor densidad de drenaje, ms 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, tenemos cuadro que permitirn un mejor entendimiento:

Frecuencia de drenaje, se define como el numero de cauces de cualquier orden entre la superficie de la cuenca, utilizando la siguiente formula:

El significado es similar al anterior, puesto que al obtener en numero de cauces por Km2, establece la mayor o menor posibilidad de que cualquier gota de agua encuentre un cauce mayor o menor tiempo.

Orden de la cuenca, es un numero que refleja el grado de ramificacin de la red de drenaje. La clasificacin de los cauces de una cuenca se realiza a travs de las siguientes premisas:

Los cauces de primer orden son los que no tienen tributarios.

Los cauces de segundo orden se forman en la unin de dos cauces de dos cauces de primer orden y, en general, los cauces de orden n se forman cuando dos cauces de orden n-1 se unen.

Cuando un cauce se une con un cauce de orden mayor, el canal resultante hacia aguas abajo retiene el mayor de los ordenes.

El orden de la cuenca es el mismo del su cauce principal a la

salida.

Mtodo para designar el orden de las corrientes de un ro.

Numero orden del ro

Patrones dedrenaje

Patrones de alineamiento de cauce

ELEMENTOS DE LA CUENCA

EL RIO PRINCIPAL, la eleccin del ro principal es arbitraria, pues se pueden seguir distintos criterios para su eleccin (el curso fluvial ms largo, el de mayor caudal medio, el de mayor caudal mximo, el de mayor superficie de cuenca, etc.). El ro principal tiene un curso, que es la distancia entre su naciente y su desembocadura. En el curso de un ro distinguimos tres partes:

El curso superior, ubicado en lo ms elevado del relieve, en donde la erosin de las aguas del ro es vertical. Su resultado: la profundizacin del cauce.

El curso medio, en donde el ro empieza a zigzaguear, ensanchando el valle.

El curso inferior, situado en las partes ms bajas de la cuenca. All, el caudal del ro pierde fuerza y los materiales slidos que lleva se sedimentan, formando las llanuras aluviales o valles.

Otros trminos importantes a distinguir en un ro son:

Cauce o lecho. Conducto descubierto o acequia por donde corren las aguas para riegos u otros usos.

Margen derecha. Si nos imaginamos parados en el medio del ro, mirando hacia donde corre el ro, la margen derecha es la que se encuentra a nuestra derecha.

Margen izquierda. Si nos imaginamos parados en el medio del ro, mirando hacia donde corre el ro, la margen izquierda es la que se encuentra a nuestra izquierda.

Aguas abajo. Con relacin a una seccin de un curso de agua,

se dice que un punto esta aguas abajo, si se sita despus de la seccin considerada, avanzando en el sentido de la corriente.

Aguas arriba. Es el contrario de la definicin anterior.

LOS AFLUENTES

Son los ros secundarios que desaguan en el ro principal. Cada afluente tiene su respectiva cuenca, denominada sub-cuenca, tambin llamado tributario, que no desemboca en el mar sino en otro ro ms importante con el cual se une en un lugar llamado confluencia.

EL DIVORTIUM ACUARUM

El divortium acuarum o lnea de las altas cumbres, que separa a las cuencas vecinas. Es la divisoria de aguas, utilizada como lmite entre dos espacios geogrficos.

EL RELIEVE DE LA CUENCA

El relieve de la cuenca es variado. Est formado por las montaas y sus flancos; por las quebradas, valles y mesetas.

PROCEDIMIENTO PARA LA DELIMITACIN DE LAS UNIDADES HIDROGRFICAS

Criterios cartogrficos para delimitar unidades hidrogrficas, se tendr en cuenta con los conceptos bsicos de cuencas, as como sus tipos y caractersticas.

El proceso de delimitacin, es vlido si se utiliza tanto en el mtodo tradicional delimitacin sobre cartas topogrficas-, as como en el mtodo digital con ingreso directo sobre la pantalla de un ordenador, utilizando algn software SIG como herramienta de digitalizacin.

Para la delimitacin de las unidades hidrogrficas, se consideran las siguientes reglas prcticas:

Primera: Se identifica la red de drenaje o corrientes superficiales, y se realiza un esbozo muy general de la posible delimitacin. (Ver figura 1y2).

Figura 1. Se identifica la red de drenaje o corrientes superficiales

Figura 2. Se realiza un esbozo muy general de la posible delimitacin

Figura 3. La divisoria corta perpendicularmente a las curvas de nivel

Segunda: Invariablemente, la divisoria corta perpendicularmente a las curvas de nivel y pasa, estrictamente posible, por los puntos de mayor nivel topogrfico. (Ver figura 3)

Figura 4. La divisoria corta a las curvas de nivel por su parte convexa, tal como muestra las flechas negras.

Tercera: Cuando la divisoria va aumentando su altitud, corta a las curvas de nivel por su parte convexa. (Ver figura 4).

Figura 5. La divisoria corta a las curvas de nivel por su parte cncava, tal como muestra las flechas negras.

Cuarta: Cuando la altitud de la divisoria va decreciendo, corta a las curvas de nivel por la parte cncava. (Ver figura 5)

Figura 6. La divisoria no debe cortar ningn flujo de agua natural, excepto en el punto de salida de la cuenca.

Quinta: Como comprobacin, la divisoria nunca corta una quebrada o ro, sea que ste haya sido graficado o no en el mapa, excepto en el punto de inters de la cuenca (salida). (Ver figura 6)

Trabajo en grupo

Preparar una presentacin con el siguiente contenido:

A) Investigar cuantas cuencas hidrogrficas hay en Nicaragua y describirlas (Nombre de la cuenca, rea, nombre del Rio principal, disponibilidad hdrica, etc).

Traer el mapa de cuencas de Nicaragua para la exposicin. (comprado a INETER a escala 1:750000).

Preparar una presentacin sobre los servicios ambientales que presta la cuenca hidrogrfica