BASES TEORICASCUENCAS

HIDROGRAFICAS

Ing. Raúl Escobar Lobo

Definición de una Cuenca

• Una cuenca hidrográfica es un área natural en la que el agua proveniente de laprecipitación forma un curso principal de agua; también se define como la unidadfisiográfica conformada por el conjunto de los sistemas de cursos de agua definidospor el relieve. Los límites de la cuenca “divisoras de aguas” se definennaturalmente y corresponden a las partes más altas del área que encierra un río.

• Otra definición nos dice que una cuenca hidrográfica o cuenca de drenaje de un ríoes el área limitada por un contorno al interior del cual las aguas de la lluvia que caense dirige hacia un mismo punto, denominado salida de la cuenca hidrográfica. Es ensuma, el área de captación de aguas de un río delimitado por el parte aguas.

Partes de una Cuenca

• Una cuenca hidrográfica se puede decir que está compuesta por determinadaspartes, según el criterio que se utilice, por ejemplo:

• Criterio 1 Altitud: Si el criterio utilizado es la altura, se podrían distinguir la partealta, media y baja, sucesivamente, en función de los rangos de altura que tenga lacuenca. Si la diferencia de altura es significativa y varía de 0 a 2,500 msnm, esfactible diferenciar las tres partes, si esta diferencia es menor, por ejemplo de 0 a1000 msnm, posiblemente sólo se distingan dos partes, y si la cuenca es casi planaserá menos probable establecer partes. Generalmente este criterio de la altura, serelaciona con el clima y puede ser una forma de establecer las partes de unacuenca.

• Criterio 2 Topografía: Otro criterio muy similar al anterior es la relación con elrelieve y la forma del terreno, las partes accidentadas forman las montañas yladeras, las partes onduladas y planas, forman los valles; y finalmente otra parte esla zona por donde discurre el río principal y sus afluentes, a esta se le denominacauce.

Sub Cuenca y Micro Cuenca

• Una sub cuenca es toda área en la que su drenaje va directamente al ríoprincipal de la cuenca. También se puede definir como una subdivisión de lacuenca. Es decir que en una cuenca pueden haber varias sub cuencas.

• Una microcuenca es toda área en la que su drenaje va a dar al cauceprincipal de una sub cuenca; o sea que una sub cuenca está dividida envarias microcuencas. Las microcuencas son unidades pequeñas y a su vezson áreas donde se originan quebradas y riachuelos que drenan de lasladeras y pendientes altas. También las microcuencas constituyen lasunidades adecuadas para la planificación de acciones para su manejo. En lapráctica, las microcuencas se inician en la naciente de los pequeños cursosde agua, uniéndose a las otras corrientes hasta constituirse en la cuencahidrográfica de un río de gran tamaño.

Componentes de una cuenca hidrográfica

• Biológicos.- Los bosques, los cultivos y en general los vegetales conforman la flora,constituyendo junto con la fauna el componente biológico.

• Físicos.- El agua, el suelo, el subsuelo, y el aire constituyen el componente físico dela cuenca.

• Socioeconómicos.- Son las comunidades que habitan en la cuenca, las queaprovechan y transforman los recursos naturales para su beneficio, construyenobras de infraestructura, de servicio y de producción, los cuales elevan nivel de vidade estos habitantes.

Funciones de una cuenca hidrográfica• Recordemos que la cuenca funciona como un todo, si bien tiene componentes, estos de forma separada no

son funcionales. La cuenca cumple diversas funciones, tales como:

• Hidrológica

a) Captación de agua de las diferentes fuentes de para formar manantiales, manantiales, ríos y arroyos.

b) Almacenamiento del agua en sus diferentes formas y tiempos de duración.

c) Descarga del agua como escurrimiento.

• Ecológica

a) Provee diversidad de sitios y rutas a lo largo de la cual se llevan a cabo interacciones entre las características de calidad física yquímica del agua. (Permiten que el agua intercambie elementos con el suelo).

b) Provee de hábitat para la flora y fauna que constituyen los elementos biológicos del ecosistema y tienen interacciones con lascaracterísticas físicas y biológicas del agua.

• Ambiental

a) Constituyen sumideros de CO2. (Capturan y retienen carbono)

b) Alberga bancos de germoplasma.

c) Regula la recarga hídrica y los ciclos biogeoquímicos.

d) Conserva la biodiversidad.

• Socioeconómica

a) Suministra recursos naturales para el desarrollo de actividades productivas que dan sustento a la población.

b) Provee de un espacio para el desarrollo social y cultural de la sociedad.

Caracterización de cuencas hidrográficas• En el proceso de planificación, manejo y gestión de cuencas hidrográficas es necesaria la

caracterización de las mismas. La caracterización es un inventario detallado de los recursosy las condiciones biofísicas, socioeconómicas y ambientales de la cuenca y susinterrelaciones.

• La caracterización está dirigida fundamentalmente a cuantificar las variables que tipifican ala cuenca con el fin de establecer la vocación, posibilidades y limitaciones de sus recursosnaturales y el ambiente y las condiciones socioeconómicas de las comunidades que lahabitan.

• En el proceso de manejo de cuencas, la caracterización cumple tres funcionesfundamentales:

1. Describir y tipificar las características principales de la cuenca.

2. Sirve de información básica para definir y cuantificar el conjunto de indicadores que servirán de líneabase para el seguimiento, monitoreo y evaluación de resultados e impactos de los planes, programas oproyectos de manejo y gestión de cuencas.

3. Sirve de base para el diagnóstico, donde se identifican y priorizan los principales problemas de lacuenca, se identifican sus causas, consecuencias y soluciones y se determinan las potencialidades yoportunidades de la cuenca.

• La caracterización es el tercer elemento del proceso de manejo de cuencas hidrográficas,constituye el componente de base sobre el cual se empieza a edificar toda la planificación eimplementación de este proceso.

Componentes y variables de la caracterización

• Componentes y variables de la caracterización

Los componentes y variables que son importantes de caracterizar en unacuenca pueden agruparse en tres grandes temas: a) ubicación, morfometría ehidrología; b) caracterización biofísica y c) caracterización socioeconómica.

• Ubicación, morfometría e hidrología

a) Ubicación: país, departamento, estado o provincia, latitud, longitud, área. Incluir unmapa base de la cuenca.

b) Características morfométricas e hidrológicas de la cuenca: forma, curva hipsométrica(elevaciones), longitud y pendiente del cauce principal, orden y longitud de la red dedrenaje, densidad de cauces (número de cauces o drenajes/área de la cuenca), densidadde drenaje (longitud de drenajes/km2 de área), caudales (promedio, máximos, mínimos),etc.

c) Síntesis: de las características de ubicación, morfométricas e hidrológicas de la cuencahidrográfica.

Morfometria o Parámetros Morfogeométricos de la Cuenca

• Hidrológicamente, la cuenca funciona como un gran colector que recibe lasprecipitaciones y las transforma en escurrimientos. Esta acción es función de unagran cantidad de parámetros que influyen en el comportamiento hidrológico de lacuenca. Se ha comprobado que algunos índices y características tienen influenciaen la respuesta hidrológica de la misma y por ello, son punto de partida de losanálisis hidrológicos que se realicen en las cuencas.

• La cuantificación de estos parámetros permite interpretar y predecir, ciertoscomportamientos hidrológicos y de torrencialidad en las cuencas hidrográficas. Sinembargo, los valores correspondientes para un área, tomados aisladamente delconjunto, no definen muy bien el comportamiento de la misma, en razón de que elrégimen hidrológico es una función compleja de numerosos factores, entre los quepredominan el clima y la configuración del territorio, en el cual se desarrolla elfenómeno.

Área (A)

• El área drenada de una cuenca es la superficie en proyección horizontalencerrada por el parteaguas, definido éste como la línea imaginaria formadapor los puntos de nivel topográfico más alto, que separa una determinadaárea de una superficie más extensa.

Perímetro (P)

• El perímetro de la cuenca o la longitud de la línea de divorcio de la hoya esun parámetro importante, pues en conexión con el área nos puede deciralgo sobre la forma de la cuenca. Usualmente este parámetro físico essimbolizado por la letra mayúscula “P”.

Longitud de la cuenca (L)

• La longitud (L) de la cuenca puede estar definida como la distanciahorizontal del río principal entre un punto aguas abajo (estación de aforo) yotro punto aguas arriba donde la tendencia general del río principal corte lalínea de contorno de la cuenca.

• La distancia de una línea recta que va desde el punto de salida de la cuencahasta el parteaguas de la misma y que además es paralela al cauce de lamisma.

Ancho de la cuenca (w)

• El ancho se define como la relación entre el área (A) y la longitud de lacuenca (L) y se designa por la letra W. De forma que:

Curva Hipsométrica

• Esta curva representa el área drenada variando con la altura de la superficie de lacuenca. También podría verse como la variación media del relieve de la hoya.

• La función hipsométrica es una forma conveniente y objetiva de describir larelación entre la propiedad altimétrica de la cuenca en un plano y su elevación. Lacurva hipsométrica grafica en el eje de las abscisas el porcentaje del áreaacumulada, mientras que en el eje de las ordenadas, el valor de la cota (elevación).

• Usualmente la forma de una cuenca tiene cierta influencia respecto a su respuestahidrológica, sin embargo la topografía o relieve suele ser un factor más importante.El relieve de una cuenca se define por medio de su curva hipsométrica, la cualrepresenta gráficamente las distintas elevaciones del terreno en función de lasuperficie dominante.

• Las curvas hipsométricas que se muestran son características del cicloerosivo y del tipo de cuenca: la curva uno se refiere a una etapa dedesequilibrio, por lo que se trata de una cuenca geológicamente joven, porejemplo una cuenca de meseta; la curva dos se refiere a una etapa deequilibrio, por lo que se trata de una cuenca geológicamente madura, porejemplo una cuenca de pie de montaña; y la curva tres se refiere a unacuenca erosionada, por ejemplo una cuenca de valle.

Histograma de frecuencias altimétricas

• Es la representación de la superficie, en km2 o en porcentaje, comprendidaentre dos niveles, siendo la marca de clase el promedio de las alturas. Deesta forma, con diferentes niveles se puede formar el histograma. Estediagrama de barras puede ser obtenido de los mismos datos de la curvahipsométrica.

Pendiente media de la cuenca• La pendiente de la cuenca, es un parámetro muy importante en el estudio de toda

la cuenca, tiene una relación importante y compleja con la infiltración del suelo, y lacontribución del agua subterránea a la escorrentía. Es uno de los factores quecontrola el tiempo de escurrimiento y concentración de la lluvia en los canales dedrenaje, y tiene una importancia directa en relación a las crecidas.

• Este parámetro es de importancia pues da un índice de la velocidad media de laescorrentía y su poder de arrastre y de la erosión sobre la cuenca.

• La formula más recomendada por su grado de aproximación es el Método deAlvord y de Horton y se lo expresa mediante la siguiente ecuación:

Longitud (Lc) y Perfil altimétrico del cauce principal

• El perfil altimétrico es simplemente el gráfico de altura en función de lalongitud a lo largo del río principal.

Pendiente media del cauce principal

• El conocimiento de la pendiente del cauce principal de una cuenca, es unparámetro importante, en el estudio del comportamiento de recursohídrico, como por ejemplo, para la determinación de las característicasoptimas de su aprovechamiento hidroeléctrico, o en la solución deproblemas de inundaciones.

Factor de forma de la cuenca (F)

• El factor de forma de HORTON compara el área de la cuenca con la de uncuadrado con los lados iguales al eje mayor de la cuenca.

• Donde A es el área de la cuenca y L es la longitud de la misma, medidadesde la salida hasta el límite de la hoya, cerca de la cabecera del cauce máslargo, a lo largo de una línea recta.

Relación de elongación (Re)

• La razón de elongación (Re), es la relación entre el diámetro de un círculocon igual área que la de la cuenca y la longitud máxima de la misma.

• Así valores de Re inferiores a 1 implicarán formas alargadas, cuanto menorsea Re más alargada será la forma de la cuenca.

• El valor máximo que se puede obtener de esta razón es uno, para cuencasperfectamente redondas, y tiende a cero, a medida que la cuenca esalargada y estrecha.

Relación de circularidad (Rc)

• El índice de circularidad compara el área de la cuenca con el área de uncírculo cuya circunferencia es igual al perímetro de la cuenca, es decir, locontrario al índice de Gravelius.

• Los valores oscilan entre 0 y 1, y el máximo valor equivale a la unidad, lo quecorrespondería a una cuenca de forma circular. Dicho de otra maneravalores cercanos a 1 indican morfologías ensanchadas, mientras quecoeficientes de circularidad cercanos a O, indican que las cuencas sonalargadas

Índice de compacidad o de Gravelius (Kc)• El índice de compacidad de Gravelius compara la longitud del perímetro con la

circunferencia de un círculo con igual superficie que la cuenca.

• Cuanto más cercano esté el índice a la unidad, se considera que la cuenca tiene unaforma más circular y que por tanto es más compacta, y va aumentando conformedisminuye la compacidad.

• El grado de aproximación de este índice a la unidad indicará la tendencia aconcentrar fuerte volúmenes de aguas de escurrimiento, siendo más acentuadocuando más cercano sea a la unidad, lo cual quiere decir que entre más bajo sea Kcmayor será la concentración de agua.

Densidad de drenaje (Dd)

• La densidad de drenaje, es un parámetro que indica la posible naturaleza delos suelos, que se encuentran en la cuenca. También da una idea sobre elgrado de cobertura que existe en la cuenca. Valores altos de drenaje,representan zonas con poca cobertura vegetal, suelos fácilmenteerosionables o impermeables. Por el contrario, valores bajos, indican suelosduros, poco erosionables o muy permeables y coberturas vegetales densa

• Se define como el cociente entre la longitud total de las corrientes de agua yel área total de la cuenca:

Densidad de Corriente

• Se define como el número de canales o corrientes de agua presentes en lacuenca por unidad de superficie:

Constante de Estabilidad del rio (C)

• Representa físicamente la superficie de cuenca necesaria para mantenercondiciones hidrológicas estables en una unidad de longitud de canal. Puedeconsiderarse por tanto como una medida de la erodabilidad de la cuenca.

• Su valor se considera el inverso de la densidad de drenaje.

Caracterización de la red hídrica (drenaje)

• La forma en que estén conectados los canales en una cuencadeterminada, influye en la respuesta de ésta a un evento deprecipitación. Se han desarrollado una serie de parámetros que tratande cuantificar la influencia de la forma del drenaje en la escorrentíasuperficial directa. El orden de los canales es uno de ellos. Uno de loscriterios para determinar el orden de los canales en una hoya es eldefinido por el modelo de STRAHLER. Según este modelo se tomancomo canales de primer orden todos aquellos que no tengan afluentes.Cuando se unen dos canales de primer orden forman un canal desegundo orden y así sucesivamente.

• Corrientes de primer orden: canales que no tienen tributarios.

• Corrientes de segundo orden: cuando dos corrientes de primer ordense unen.

• Corrientes de tercer orden: cuando dos corrientes de segundo orden seunen.

• Corrientes de orden n+1; cuando dos corrientes de orden n se unen.

• El orden de la cuenca es igual al orden de la corriente que llega al puntode salida de la cuenca.

Modelos de Drenaje

• Generalmente en una superficie hidrológica se observan dos tipos decuencas y varios modelos de drenaje, los tipos son el endorreico y elexorreico. En el primer tipo la salida se localiza dentro de los límites de lacuenca y generalmente es un lago; en el segundo, la salida se localiza en loslímites de la cuenca y su destino es otra corriente o cuerpos de agua másgrandes como el mar.

GRACIAS POR SU ATENCION…..