Capitulo 2. La cuenca hidrográfica

8/18/2019 Capitulo 2. La cuenca hidrográfica

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Curso

Bases Hidrológicas

para

el Manejo de Cuencas

La Cuenca Hidrográfica

Por:MSc

. Sergio

Velásquez Mazariegos

Enero

de

2016


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Capítulo 2.

Definición de Cuenca Hidrográfica

• Es el área de terreno donde todas las aguas caídas por precipitación, se unen para forcurso de agua• Unidad natural definida por la existencia de la divisoria de las aguas en un territorio da• Las cuencas hidrográficas son unidades morfográficas superficiales

– Divisoria geográfica principal= Parteaguas – Divisorias geográficas secundarias= Forman las subcuencas


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Capítulo 2.

Definición de Cuenca Hidrológica

• La definición de cuenca hidrológica es más integral que la de cuenca hidrográ• Las cuencas hidrológicas son unidades morfológicas integrales y además de inconcepto de cuenca hidrográfica, abarcan en su contenido, toda la estructurasubterránea del acuífero como un todo.


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Capítulo 2.

Funciones de las Cuencas

• Función Hidrológica – Captación de agua de las diferentes

fuentes de precipitación para formar elescurrimiento de manantiales, ríos yarroyos.

– Almacenamiento del agua en susdiferentes formas y tiempos deduración.

– Descarga del agua como escurrimiento.


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Capítulo 2.Funciones de las Cuencas

• Función Ecológica – Provee diversidad de sitios y rutas a lolargo de la cual se llevan a cabointeracciones entre las característicasde calidad física y química del agua.

– Provee de hábitat para la flora y faunaque constituyen los elementosbiológicos del ecosistema y tienen

interacciones entre las característicasfísicas y biológicas del agua


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• Función Ambiental – Constituyen sumideros de CO2. – Alberga bancos de germoplasma. – Regula la recarga hídrica y los ciclos

biogeoquímicos. – Conserva la biodiversidad.

– Mantiene la integridad y la diversidadde los suelos


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• Función Socioeconómica – Suministra recursos naturales para el

desarrollo de actividades productivasque dan sustento a la población.

– Provee de un espacio para eldesarrollo social y cultural de lasociedad.


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Capítulo 2.Servicios Ambientales del Flujo Hidrológico

• Servicios Ambientales – Del flujo hidrológico:

• Usos directos: agricultura,industria, agua potable, etc)

• Dilución de contaminantes• Generación de electricidad• Regulación de flujos y

control de inundaciones• Transporte de sedimentos• Recarga de acuíferos• Dispersión de semillas y

larvas de la biota.


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Capítulo 2.Implicaciones ecológicas de la cuenca

• Distribuidor de insumos primarios (nutrientes,materia orgánica, sedimentos) – Modela el relieve e influye en la formación y

distribución de los suelos en las laderas – Influye en la distribución de la vegetación y

del uso de la tierra. – Integra procesos y patrones de los

ecosistemas, en donde las plantas y losanimales ocupan una diversidad de hábitat

generado por variaciones de tipos de suelo,geomorfología y clima en un gradientealtitudinal.

• Constituye una unidad espacial ecogeográfica – Se pueden analizar los procesos ambientales

generados como consecuencia de lasdecisiones en materia de uso y manejo de losrecursos agua, suelos y vegetación

– Marco apropiado para la planificación y de

corrección de impactos sobre los RRNN


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Capítulo 2.La Cuenca como Unidad de Planificación, Manejo y Gestió

• ¿Por qué la Cuenca? – Es un sistema• Compuesto por subsistemas

que interactúan unos conotros en tiempo y espacio(alta, media y baja)

– Es una unidad hidrológica quepermite un mejor análisis decausa-efecto

• Unidad de intervención es lafinca


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Capítulo 2.División de la cuenca como unidad de gestión

• Subcuenca: es toda área que desarrolla sudrenaje directamente al curso principal dela cuenca. – Varias subcuencas pueden conformar

una cuenca.• Microcuenca: es toda área que desarrolla

su drenaje directamente a la corrienteprincipal de una subcuenca. – Varias microcuencas pueden conformaruna subcuenca.

• Quebradas: es toda área que desarrolla sudrenaje directamente a la corrienteprincipal de una microcuenca. – Varias quebradas pueden conformar

una microcuenca.


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Capitulo 2Delimitación de cuencas

• Las cuencas pueden serdelimitadas de varias formas: – Manual: Siguiendo simples

reglas de trazado


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Capitulo 2Delimitación de cuencas

– Computarizada o automática•Se hace a partir de las curvas a nivel y la red hidrodigitalizadas

•Puede presentar algunos problemas para su delimprincipalmente en el área cercana al punto de afor

•Depende de un insumo llamado Modelo de Elevaci(MED) o Modelo de Elevación de Terreno (MET).•El primer y segundo laboratorio de este curso será

delimitación automatizada de la cuenca y el cálculocaracterísticas físicas de ella.


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Capitulo 2Delimitación 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


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TIN y Modelo de Elevación Digital

Convertir a GRID


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Delimitación de cuencasQuemado o Marcado de Ríos

Conversión deRíos a Grid

Atributo derios=300

No data


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Reclasificaciónde ríos

Atributo derios=100

Atributo fuerade ríos=0


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Resta con el MapCalculator

Ríos 300 m mprofundos


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Delimitación de cuencasLlenado de depresiones locales

Mínimos locales

Fill Sinks

Parteaguas


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Delimitación de cuencasDirección de Flujo

64

16 X 18 4 2

32 128

La dirección de flujo de una celdaestá definida por la dirección del mayorgradiente de elevación


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Delimitación de cuencasDirección de Flujo


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Delimitación de cuencas Acumulación de Flujo


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Delimitación de cuencas Acumulación de Flujo


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Delimitación de cuencasDirección y Acumulación de Flujo


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Delimitación de cuencasTrazado automático


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Curso de Hidrología e

Hidraúlica para el Manejo deCuencas

Morfometría de Cuencas

Por:MSc. Sergio Velásquez Mazariegos

Enero de 2016


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Parámetros relativos al relieve


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Altura y Elevación

• Determinantes de la oferta hídrica y del movimiento del agua a locuenca.• De ella dependen en gran medida la cobertura vegetal, la biota,

tipo y uso del suelo y otras características fisiográficas de un terr – Cota mayor de la cuenca (CM): Es la mayor altura a la cual se encuent

de la cuenca (msnm.).

– Cota menor de la cuenca (Cm ): Es la cota sobre la cual la cuenca entrea un cauce superior (msnm.).

– Elevación promedio del relieve : Es la elevación promedio de la cuencanivel del mar.


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Curva hipsométrica

• Es la curva que puesta en coordenadas rectarepresenta la relación entre la altitud, y la supercuenca que queda sobre esa altitud.


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Mapa Hipsométrico

• El Mapa Hipsométrico esuna representación de lasalturas del terreno agrupadasen rangos de colores, como semuestra en la leyenda.

Permite apreciar facilmente laszonas bajas, medias, altas olas diferencias entre sitios, conrespecto al nivel medio delmar.


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Curva hipsométrica

• Se debe calcular las áreasentre curvas a nivel• Se calcula por medio del

planímetro o por mediosgravimétricos

• Nosotros lo vamos a calcularpor medios computarizados


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Altitudes características

• Altitud media : es la ordenada medida de la curva hipsdonde el 50 % del área de la cuenca, está situado por eesa altitud y el 50 % está situado por debajo de ella.

• Altitud mas frecuente : es el máximo valor en porcencurva de frecuencia de altitudes.

• Altitud de frecuencia 1/2 : es la altitud correspondiepunto de abscisa ½ de la curva de frecuencia de altitudCorresponde a la elevación que está situada justo a la márea de la cuenca.


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Curva hipsométrica


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Curva hipsométrica


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Pendiente

• Pendiente media de la cuenca (S): es elvalor medio del declive del terreno y lainclinación, respecto a la horizontal, de lavertiente sobre la cual se ubica lacuenca.

• Histograma de pendientes: permiteconocer la distribución el porcentajeasociado a cada tipo de pendientes.(Tabla de clasificación de pendientes).


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Parámetros Asociados a la Forma de laCuenca


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Introducción

• La forma de la cuenca interviene de manera importante – las características del hidrograma de descarga de una determincorriente, particularmente en los eventos de avenidas máximas

– las cuencas de igual área pero de diferente forma, generanhidrogramas diferentes.

– La forma de la cuenca condiciona la velocidad del escurrimientsuperficial.


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Area (A)

• Proyección horizontal de toda la superficie dedrenaje de un sistema de escorrentía dirigidodirecta o indirectamente a un mismo caucenatural.

• Corresponde a la superficie delimitada por ladivisoria de aguas de la zona de estudio; éste

parámetro se expresa normalmente en km2

.• Este valor es de suma importancia porque unerror en su medición incide directamente en losresultados, por lo que se hace necesario realizarmediciones contrastadas para tener totalconfianza en este valor.


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Perímetro (P)

• Es la longitud sobre un plano horizontal, que recorre la dde aguas. Éste parámetro se mide en unidades de longitexpresa normalmente en metros o kilómetros.


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Longitud de la Cuenca (L)

• Se define como la distancia horizontal desde la desembode la cuenca (estación de aforo) hasta otro punto aguasdonde la tendencia general del río principal corte la líneacontorno de la cuenca.


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Ancho de la Cuenca (B)

• Se define como la relación entre el área y la longitud de cuenca.

B = A/L


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Orientación de la cuenca

• La orientación se determina de acuerdo a la orientación del río pcuenca en relación al Norte

• El número de horas que está soleada la cuenca. Este es un elembastante importante en la medida que aumenta la latitud de la cPuede ser el factor principal en el cálculo de la evaporación y laevapotranspiración.

• 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

Indice

o Factor de Forma (F

ó

Kf

) de


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Indice o Factor de Forma (F ó Kf ) deHorton

• Expresa la relación, entre elancho promedio de la cuenca ysu longitud


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d

d ( )


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Indice o Factor de Forma (F)

• A mayor F mayor posibilidad detener una tormenta intensasimultánea sobre toda laextensión de la cuenca

Í


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Índice de Compacidad o Gravelious

• El índice de compacidad deuna cuenca, definida porGravelious, expresa la relaciónentre el perímetro de lacuenca, y el perímetroequivalente de unacircunferencia

Í di d C id d G li


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Índice de Compacidad o Gravelious

• Cuando K=1 entonces la cuenca es circular.• Para K>1 la cuenca tiende a ser alargada y por laplica el mismo criterio que para el índice de form

R tá l i l t


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Rectángulo equivalente

• Transformación geométrica, que

permite representar a la cuenca,de su forma heterogénea, con laforma de un rectángulo quetiene: – la misma área y perímetro (y por lo

tanto el mismo índice de compacidadó índice de Gravelious)

– igual distribución de alturas (y por lotanto igual curva hipsométrica)

– igual distribución de terreno, encuanto a sus condiciones decobertura.

• Las curvas de nivel se convierten enrectas paralelas al lado menor,siendo estos lados, la primera yúltima curvas de nivel.

R tá l i l t


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R tá l i l t


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Calculo de K, L y l:

Se toma el signo + para LSe toma el signo – para l

R tá l i l t


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Calculo de los segmentos del lado mayor Li

L1=6.13/10.9034=0.56


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Parámetros Relativos al Perfil

Perfil longitudinal de un cauce


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• Si se plotea la proyecciónhorizontal de la longitud de uncauce versus su altitud, seobtiene el perfil longitudinaldel curso de agua.



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•Importancia: – Proporciona una idea de las pendientes que tiene el c

diferentes tramos de su recorrido, – Factor de importancia para

• Control de torrentes

• Determinar puntos de captación• Ubicación de posibles centrales hidroeléctricas.

Longitud del Cauce Principal (

Lc

)


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Longitud del Cauce Principal (Lc)

•Corresponde a la longitud del cuerpo de agua qunombre a la cuenca de estudio, en este parámettienen en cuenta la sinuosidad del cauce; éste pase expresa normalmente en kilómetros.

Pendiente Promedio del cauce (So)


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Pendiente Promedio del cauce (So)

• Importante para – Aprovechamiento hidroeléctrico – Solución de problemas de inundaciones.

• La pendiente del cauce se puede considerar como el coresulta de dividir, el desnivel de los extremos del tramolongitud horizontal de dicho tramo.

• Existen varios métodos para obtener la pendiente de un

Metodos para obtener pendiente del cau


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Metodos para obtener pendiente del cau

• Pendiente uniforme• Compensación de áreas• Ecuación de Taylor y Schwarz• Método de Mínimos Cuadrados

Pendiente Uniforme


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Pendiente Uniforme

• Considera la pendiente del cauce,

como la relación entre el desnivelque hay entre los extremos delcauce y la proyección horizontal desu longitud

• El método puede utilizarse entramos cortos del río.

Compensación de áreas


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Compensación de áreas

• Elegir la pendiente de una

línea que se apoya en elextremo final del tramo porestudiar, y que tiene lapropiedad de contener lamisma área (abajo y arriba),

respecto al perfil del cauce.

Ecuación de Taylor y Schwarz


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Ecuación de Taylor y Schwarz

• Considera que un río está formado por n tramos de igual longitud, cada uno d

pendiente uniforme.• Tiene una mejor aproximación, cuanto más grande sea el número de tramos,se subdivide el perfil longitudinal del río a analizar.

Tramos de diferentelongitud


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Parámetros Relativos al Drenaje

Red de Drenaje


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Red de Drenaje

• Trayectorias o arreglo que guardan entre sí, los clas corrientes naturales dentro de ella – Manifiesta la eficiencia del sistema de drenaje en el

escurrimiento (rapidez con que desaloja la cantidad dque recibe).

– Proporciona indicios de las condiciones del suelo y desuperficie de la cuenca.

Red de Drenaje


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Red de Drenaje

• Las características de una red de drenaje, puededescribirse 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


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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, yaque aún en época de sequía es abastecida continuamepues el nivel freático siempre permanece por arriba defondo del cauce.

Orden de las corrientes


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Orden de las corrientes

• Proporciona el grado de bifurcación

dentro de la cuenca.• Se requiere de un plano de lacuenca que incluya tanto corrientesperennes como intermitentes.

• Existen dos métodos paradeterminarlas:

– Strahler – Shreve

• Pueden trazarse mediante el uso delos SIG.

4

Strahler

Shreve

Densidad de las corrientes


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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 tributar

cauce desde su nacimiento hasta su unión con el cauce principal

Densidad de drenaje


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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 fáerosionables o impermeables

• Valores bajos, indican suelos duros, poco erosionables o muy permeabcobertura vegetal densa.

• Se puede calcular mediante un SIG

Densidad de drenaje


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Densidad de drenaje

• La densidad de drenaje es un indicador

de la respuesta de la cuenca ante unaguacero, y, por tanto, condiciona laforma del hidrograma resultante en eldesagüe de la cuenca. A mayordensidad de drenaje, más dominante es

el flujo en el cauce frente al flujo enladera, lo que se traduce en un menortiempo de respuesta de la cuenca y, portanto, un menor tiempo al pico delhidrograma.


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Contraste entre Densidad de las corrientes (Dc) yDensidad de drenaje (Dd)

Cuencas hipotéticas a y b: Igual Dd pero diferente DcCuencas hipotéticas c y d: Igual Dc pero diferente Dd

Constante de estabilidad del río


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• Representa, físicamente, la superficie de cuenca necesaria para mcondiciones hidrológicas estables en una unidad de longitud de cconsiderarse, por tanto, como una medida de la erodabilidad de

regiones con suelo rocoso muy resistente, o con suelos altamentque implican una elevada capacidad de infiltración, o regiones cocobertura vegetal, tienen valores altos de la constante de estabilde densidad de drenaje. Por el contrario, una baja constante de una elevada densidad de drenaje, es característica de cuencas codébiles, escasa o nula vegetación y baja capacidad de infiltración

•Es el inverso de la Densidad de Drenaje• A: Area de la cuenca•Lt: Longitud total de las corrientes perennes

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