Cuenca Hidrográfica 3-clase 5

Cuenca HidrográficaHidrologíaHidrología

CARACTERISTICAS FISICAS DE UNA CUENCA.Las características físicas inherentes a una cuenca que determinan y afectan su respuesta hidrológica son:a)Características morfológicasb) Uso y cobertura del sueloc)Características geológicas y pedológicas.

1. MORFOLOGÍA DE LA CUENCA.La morfología de la cuenca queda definida por tres tipos de parámetros:

1.1. PARÁMETROS DE FORMA.•Permite realizar estudios cuantitativos sobre particularidades de cada una de las cuencas , evitándose las descripciones subjetivas y se introducen parámetros matemáticos que se pueden calcular, pudiéndose analizar el medio Físico mediante términos matemáticos y su respuesta hidrológica. •A su vez , permite establecer la dinámica esperada de la escorrentía superficial en una cuenca, teniendo en cuenta que aquellas cuencas con formas alargadas, tienden a presentar un flujo de agua más veloz, a comparación de las cuencas redondeadas, logrando una evacuación de la cuenca más rápida, mayor desarrollo de energía cinética en el arrastre de sedimentos hacia el nivel de base, principalmente.•Por otro lado interviene en las características del hidrograma de descarga de un río (eventos máximos). En general, cuencas de igual área pero de diferente forma generan hidrogramas diferentes.

1.2. PARÁMETROS DE RELIEVE.1.3. PARÁMETROS RELATIVOS A LA RED DE DRENAJE

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CARACTERISTICAS FISICAS DE UNA CUENCA.Las características físicas inherentes a una cuenca que determinan y afectan su respuesta hidrológica son:a)Características morfológicasb) Uso y cobertura del sueloc)Características geológicas y pedológicas.

1. MORFOLOGÍA DE LA CUENCA.La morfología de la cuenca queda definida por tres tipos de parámetros:

1.1. PARÁMETROS DE FORMA.1.2. PARÁMETROS DE RELIEVE.1.3. PARÁMETROS RELATIVOS A LA RED DE DRENAJE

. 1.2. PARÁMETROS DE RELIEVE

.La influencia del relieve sobre la respuesta hidrológica de la cuenca es importante, puesto que a mayores pendientes corresponden mayores velocidades del agua en las corrientes y menor será el tiempo de concentración de la cuenca.La influencia del relieve sobre el hidrograma es aún más evidente. A una mayor pendiente corresponderá una menor duración de concentración de las aguas de escorrentía en la red de drenaje y afluentes al curso principal.

Características físicas de la cuenca

HidrologíaHidrología

1.2. PARÁMETROS DE RELIEVE Cap X

Tiempo de Concentración (TC)

.Se define como el tiempo que tarda el agua que llueve en el punto más lejano de la cuenca, en llegar al nivel de base o fin de la cuenca. El tiempo de concentración sirve para determinar la torrencialidad potencial de una cuenca en función de sus características físicas.

CONCEPTO DE HIDROGRAMACONCEPTO DE HIDROGRAMA

Un hidrograma es la expresion del Qt en función de T (tiempo), en una determinada sección. En el cual se pretende construir una obra hidráulica o proteger un bien existente.

Caudal (m3/s):Se refiere a la velocidad de salida de la escorrentía, por la sección del cauce correspondiente. Depende del volumen de agua y de la sección de paso.

El TC. parámetro fundamental en el estudio del comportamiento hidrologico de una cuenca.

CARACTERISTICAS FISICAS DE UNA CUENCAHidrologíaHidrología

HIDROGRAMAHIDROGRAMA

Tiempo base

T respuesta

T crecida

Curva deconcentración Curva de descenso

Curva de agotamiento

Punta del hidrograma

Tiempo

Q (

m3/s

)

Yetograma

Partes de un hidrograma

T0 T1

Son gráficas que expresan la variación del caudal en el tiempo, durante una tormenta dada

Características físicas de la cuencaHidrologíaHidrología

EL HIDROGRAMA Y SU DESCOMPOSICIÓNEL HIDROGRAMA Y SU DESCOMPOSICIÓN

Curva de concentración. Tramo comprendido desde que se inicia el aumento de caudal en el río como consecuencia de la lluvia hasta llegar al máximo. Se debe a la creciente acumulación de escorrentía, mayoritariamente escorrentía superficial.

Punta del hidrograma. Valor de caudal máximo que ha generado el aguacero.

Curva de descenso. Pasada la punta se inicia una disminución rápida de caudal hasta que cesa la escorrentía superficial.

Curva de agotamiento. Tramo del hidrograma en que todo el caudal se debe al aporte de las aguas subterráneas.

Los parámetros de tiempo son:

Tiempo de crecida. El transcurrido entre el inicio de la crecida y la punta del hidrograma. (T0, T1).El intervalo de T0 a T1 es el tiempo que tarda en llegar a la salida una gota caída en el punto mas alejado de esta, a esto se denomina tiempo de concentración. En el momento en que llega la gota de agua a la salida entonces , en ese momento toda la cuenca esta contribuyendo. Ademas que tiene que llover en forma constante hasta que suceda esto.

Tiempo de respuesta o lag. El transcurrido entre el centro de gravedad del yetograma y la punta del hidrograma.

Tiempo base. El transcurrido entre el inicio de la crecida y el final de la escorrentía superficial.


1.2. PARÁMETROS DE RELIEVE

El relieve se cuantifica mediante:Pendiente de la cuenca Curva hipsométricaElevación media de la cuenca Pendiente de la corriente principalRectángulo equivalente

Pendiente de la cuenca

Con frecuencia nos basta con medir la pendiente media del cauce principal, pero en ocasionesnecesitamos calcular la pendiente media de toda la superficie de la cuenca.

Si estamos trabajando con un programa de SIG, como ArcView, ILWIS y el programa dispone de un Modelo Digital del Terreno (mapa digital, con la cota de cada punto), entonces el cálculo de la pendiente media es inmediato.

Si no disponemos de más herramientas que un mapa topográfico, lápiz, una regla. Explicaremos 3 métodos para el calculo de la pendiente media:a) El método de Horton, según lo refiere Viessman1.

La pendiente media constituye un elemento importante en el efecto del agua al caer a la superficie, por la velocidad que adquiere y la erosión que produce.



Representado una cuenca, a la que superpone una cuadrícula regular (Menor espaciado de la cuadrícula nos daría mayor precisión, pero también más trabajo).

1. Medida de la pendiente en sentido vertical

a) Contamos los puntos de intersección de las líneas verticalescon cualquier curva de nivel (puntos rojos). En este ejemplo son 11 (sólo las intersecciones que se encuentran dentro de la cuenca).



b) Medimos la longitud de los tramos verticales de la rejilla dentro de los límites de la cuenca (en verde en el dibujo). En nuestro ejemplo, suman 16,65 km, medidos de acuerdo con la escala gráfica a la que está el mapa.

Aplicamos la siguiente fórmula:

Donde: n = número de interseccionese =equidistancia entre curvas de nivel (metros)Σlvert = suma de las longitudes de las verticales de lacuadrícula (metros)

Con nuestros datos:



2. Medida de la pendiente en sentido horizontal

Hacemos los mismo con las líneas horizontales. Contamos 12 intersecciones con las líneas horizontales, y las longitudes de dichas horizontales suman 16265 metros.

3. Cálculo de la pendiente de la cuencaHacemos simplemente la media de las dos anteriores ( que en este ejemplo son curiosamente similares):



b) Pendiente de la cuenca (criterio de Nash)

1. Trazar una malla de cuadrados sobre el plano topográfico del área de la cuenca en estudio.Se debe tomar en cuenta que la aproximación del cálculo depende del tamaño de la malla por lo que se recomienda orientarla en el sentido de la corriente principal (figura 6.5) y obtener aproximadamente 100 intersecciones (10 x 10 divisiones) si son áreas grandes (alrededor de 250 km2) y aproximadamente unas 30 intersecciones (6 x 5 divisiones) cuando el área es muy chica (menor a 15 km2).

2. Calcular la pendiente en cada nodo o intersección como:

Donde:

desn =desnivel entre curvas de nivel que rodean al punto analizado

li =distancia mínima entre curvas de nivel que pasa por el nodo de análisis

Actuando en forma similar al criterio de Horton,

Si =pendiente en un punto intersección de la malla


1.2. PERÁMETROS DE RELIEVE

Cuando un nodo o intersección ocurre en un punto entre dos curvas del mismo valor, la pendiente se considera nula y ese punto no se toma en cuenta para el cálculo de la pendiente.

3. Calcular la pendiente media, es decir, el promedio de las pendientes de todos los nodos:

Si =pendiente en un punto intersección de la malla

desn =desnivel entre curvas de nivel que rodean al punto analizado

li =distancia mínima entre curvas de nivel que pasa por el nodo de análisis. Se debe medir para cada una de ellas.



Pendiente media de la cuenca

Donde:J: pendiente media de la cuenca, en tanto por cientoΣ i L : suma de las longitudes de las curvas de nivel (Km)E: equidistancia entre curvas de nivel (Km)A superficie de la cuenca (Km2)

c) El Método de Alvord se aplica cuando se tiene la cartografía de la cuenca.

Sm = D*L / AcSm = Pendiente media de la cuencaD = Desnivel entre curvas de nivel (en metros)L = Longitud total de las curvas de nivel dentro de la cuenca (Km)Ac = Área de la cuenca (Km2)Aplicando estas unidades se obtiene Sm en m/Km, el cual se puede llevar a % si se desea.

Calculo de la pendiente media en %



Es uno de los principales parámetros que caracteriza el relieve de la misma y permite hacer comparaciones entre cuencas (Guilarte, 1978).

La pendiente media estimada de esta manera, aunque útil para comparar cuencas, implica representar toda la cuenca con un sólo valor de pendiente, una situación que para algunos autores se aleja de la realidad (Guilarte, 1978). Por esta razón, en la actualidad se trabaja en el modelo de elevación digital del terreno de la cuenca, pieza clave en la delimitación de las unidades de paisaje presentes en una cuenca.

Para el calculo de la pendiente media en base al modelo digital del terreno, es necesario realizar una reclasificación de la pendiente en diferentes rangos de acuerdo a las características de la cuenca, algunos de estos rangos son:

Pendiente media de la cuenca



Concluyendo que la pendiente media de la cuenca, es uno de los factores que mayor influencia tiene en la duración del escurrimiento, sobre el suelo y los cauces naturales, afectando de manera notable, la magnitud de las descargas; influye así mismo, en la infiltración, la humedad del suelo y la probable aparición de aguas subterránea al escurrimiento superficial, aunque es difícil la estimación cuantitativa, el efecto que tiene la pendiente sobre el escurrimiento para estos casos



Pendiente de la cuenca Curva hipsométricaElevación media de la cuenca Pendiente de la corriente principalRectángulo equivalente

El relieve se cuantifica mediante:

Curva hipsométrica

Es decir es una representación gráfica de la superficie del terreno, que se encuentra por encima de determinada cota..

50 % del área

Hm.

El reflejo más preciso sobre la elevación de una cuenca se logra a través la curva hipsométrica. Y esta es el producto del área de acuerdo con la elevación, es decir, una representación bidimensional, que grafica en el eje vertical la elevación y en el eje horizontal el porcentaje del área sobre cada curva de nivel, en términos del área total.



A través de esta curva también podemos determinar los siguientes parámetros:

Altura más frecuente: que viene definida por el intervalo correspondiente al mayor porcentaje de la superficie total. Altura media: definida como la correspondiente al percentil 50 de la curva hipsométrica. Por tanto es la altura para la cual las áreas quedan igual repartidas.



Por otro lado este parámetro también no brinda una idea respecto al grado de madurez de una cuenca, a su vez elParámetro esta directamente relacionado con la temperatura y la precipitación en función de la altitud.

Iliustración 2.2. Curvas hipsométricas características del ciclo de erosión (según Strahler).(fuente: LLamas, J., Hidrología general, figura 2-6).La curva superior (curva A) refleja una cuenca con un gran potencial erosivo; la curva intermedia(curva B) es característica de una cuenca en equilibrio; y la curva inferior (curva C) es típica de unacuenca sedimentaria. Quedarían, así, representadas distintas fases de la vida de los ríos:- curva A: fase de juventud- curva B: fase de madurez- curva C: fase de vejez



La forma de cuantificar el relieve de una cuenca es por medio de la curva hipsométrica, en la que se representa en ordenadas alturas de la cuenca, y en abscisas la superficie de la cuenca que está por encima de esa cota. La forma de calcularla se realiza por medio de un plano topográfico con curvas de nivel planimetrado entre cada dos curvas de nivel.La forma de cuantificar el relieve de una cuenca es por medio de la curva hipsométrica, en la que se representa en ordenadas alturas de la cuenca, y en abscisas la superficie de la cuenca que está por encima de esa cota. La forma de calcularla se realiza por medio de un plano topográfico con curvas de nivel planimetrado entre cada dos curvas de nivel.La forma de cuantificar el relieve de una cuenca es por medio de la curva hipsométrica, en la que se representa en ordenadas alturas de la cuenca, y en abscisas la superficie de la cuenca que está por encima de esa cota. La forma de calcularla se realiza por medio de un plano topográfico con curvas de nivel planimetrado entre cada dos curvas de nivel.

Las curvas hipsométricas también han sido asociadas con las edades de los ríos de lasrespectivas cuencas, figura 4.5.



Para generar la C.H. en SIG se debe reclasificar el MDT, según los intervalos deseados, para obtener el calculo de Cada área en cada rango.

Esta curva hipsometrica corresponde a la de una cuenca erosionada, y clasificada como de valle o sedimentariaPues se encuentra en la fase de vejez.



La curva hipsométrica: en ordenadas alturas de la cuenca y en abscisas la superficie de la cuenca que está por encima de esa cota.

PASOS: en la siguiente Tabla 4 se representan los pasos seguidos para el cálculo de la curva hipsométrica.

Esta curva permite definir el relieve mediante una gráfica de doble entrada cota-superficie acumulada, el área hay que acumularla de las cotas máximas a las cotas más bajas



MAPAS ALTIMETRICOS



Pendiente de la cuenca Curva hipsométricaElevación media de la cuenca Pendiente de la corriente principalRectángulo equivalente

El relieve se cuantifica mediante:

Elevación de la cuenca.-La elevación media de la cuenca, así como la diferencia entre sus elevaciones extremas, influye en las características meteorológicas, que determinan principalmente las formas de la precipitación. Por lo general, existe una buena correlación, entre la precipitación y la elevación de la cuenca, es decir, a mayor elevación la precipitación es también mayor.

Por otro lado las variaciones de altitud en el interior de la cuenca, así como su altitud media, son esenciales también para el estudio de la temperatura, que tienen un efecto importante sobre las pérdidas de agua por evaporación, como consecuencia de la altitud.

como consecuencia de la altitud, tiene un efecto importante sobre las pérdidas de aguapor evaporación.


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Elevación media de la cuenca


Recalcando una vez mas la altura o elevación media tiene importancia principalmente en zonas montañosas donde influye en el escurrimiento y en otros elementos que también afectan el régimen hidrológico, como el tipo de precipitación, la temperatura, etc. Para obtener la elevación media se aplica un método basado en la siguiente fórmula:

Siendo:H = elevación media de la cuencaci =cota media del área i, delimitada por 2 curvas de nivel. (Promedio de las curvas de nivel que delimitan cada franja)

ai = área i entre curvas de nivel (área de cada franja en Km2 m2) A = área total de la cuenca (En km2 o m2)

-Amplitud del relieve: Se define como la diferencia entre la altura máxima menos laaltura mínima de la cuenca, que toma el valor de Amp = hmax - hmin = 1303’6 –640 = 663’6 m-

Los datos nos proporciona la tabla para generar la curva hipsométrica


El informe de la práctica de Características físicas de una cueca deben estructurarse y presentarse de la siguiente manera: Practica titulada: ANÁLISIS MORFOMÉTRICO DE LA CUENCA CHIÑATA I. INTRODUCCIÓN II. OBJETIVOS II. ÁREA DE ESTUDIO III. MATERIALES IV.PROCEDIMIENTO: Se indicará en forma cronológica el desarrollo de la práctica. V. RESULTADOS DATOS, CÁLCULOS, TABLAS Y GRÁFICAS: VI. CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES Se indicarán los resultados obtenidos y las sugerencias o recomendaciones que el estudiante crea convenientes sobre práctica. VI.BIBLIOGRAFÍA Hoja 6341_II, Zona 19. Cantón Santivañez,Provincia Capinota,Municipio Santivañez, Cbba.

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