Delimitación y Parámetros de una cuenca

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVILDepartamento Académico de Hidráulica e Hidrología

Trabajo Escalonado #1“DELIMITACIÓN Y PARÁMETROS DE CUENCA”

INTEGRANTES: NotaFinal

1. Espino Lucana, Hugo Jhony20110045C

2. Justiniano Camargo, Jhon Erick20114024K

3. Nestares Carrión Juan Diego20114005F

4. Onofre Rivera, Kevin Teodoro20110191J

5. Vela Calderón, Yoshi Raúl 20112006E

CURSO : HIDROLOGÍA GENERAL

CÓDIGO Y SECCIÓN : HH113 - I

DOCENTE DE TEORÍA : ING. ZUBIAUR ALEJOS, Miguel Ángel.

DOCENTE DE PRACTICA : ING. CASTRO INGA, Luis.

2014-I

TE-012014-I

I. OBJETIVO .

Delimitar una cuenca, empleando el programa de cómputo ARCGIS 10.1.

Determinar e interpretar todos los parámetros de una cuenca, explicados en clase.

Determinar los parámetros apoyándonos de otros programas de cómputo como el AutoCad y AutoCad Civil 3D.

Delimitación y Parámetros de una cuenca. Página

II. UBICACIÓN DE LA CUENCA .

La cuenca se ubica en el distrito de Ilave, provincia de El Collao, departamento de Puno.

Ilustración 1 - Mapa Político del Departamento de Puno.

Las coordenadas geodésicas en el sistema de referencia WGS 84 son:

Longitud: 69° 37' 33.3” Oeste

Latitud: 16° 05' 17.7" Sur

Las coordenadas UTM en el sistema de referencia WGS 84 son:

433060.53 E

8 221 201.53 S

Zona: 19 - K


Ilustración 2 - Ubicación de la cuenca dentro del territorio nacional.


III. DESCRIPCIÓN DE LA CUENCA: RÍO INDICADO Y DE LA SUBCUENCA ANALIZADA.


IV. PARÁMETROS FÍSICOS DE LA CUENCA .

a. Área de la Cuenca.

Con la delimitación de la cuenca exportada del programa ARCGIS al AutoCad, se aplica el comando LIST sobre la poli-línea que delimita la cuenca, el programa nos mostrara una lista con las propiedades de la poli-línea.

Ilustración 3 - Seleccionar la cuenca y aplicar el comando LIST.


Ilustración 4 - Tabla de propiedades de la polilinea.

El valor obtenido es:

Área (Km2)=6612.4222

b. Perímetro de la Cuenca.

Con la delimitación de la cuenca exportada del programa ARCGIS al AutoCad, se aplica el comando LIST sobre la poli-línea que delimita la cuenca, el programa nos mostrara una lista con las propiedades de la poli-línea al igual que para el cálculo del área.

El valor obtenido es:

Perímetro (Km )=420.5619

c. Índice de Compacidad o Índice de Grevelius (Kc).

Nos indica la relación que existe entre el perímetro de la cuenca con el perímetro de un círculo cuya área es igual al área de la cuenca.

Por medio de operaciones de aritmética, se obtiene la siguiente relación.

Kc= P2√ πA

Donde:

A: Área de la Cuenca ( km2 ).P: Perímetro de la Cuenca (km).

Reemplazando valores:


Kc= 420.5619

2√6612.4222π=1.4589

d. Factor de Forma (Ff).

Los factores geológicos, principalmente, son los encargados de moldear la fisiografía de una región y particularmente la forma que tienen las cuencas hidrográficas. Para explicar cuantitativamente la forma de la cuenca, se compara la cuenca con figuras geométricas conocidas como lo son: el círculo, el óvalo, el cuadrado y el rectángulo.

El factor indica la relación que existe entre el ancho medio de la cuenca (B) y la longitud de la misma (L), medida desde su salida o desembocadura hasta el límite de la cuenca, siguiendo la dirección del cauce más largo.

Ff=BL= B .LL. L

= A

L2

Donde:

A: Área de la Cuenca ( km2 ).L: Longitud de la Cuenca ( km ).

El cauce principal se determinó al observar los cauces de agua, y determinar cuál de ellos era el de mayor longitud, además de ser el que atraviese la mayor parte de la cuenca y presente mayor número de ramificaciones.


Ilustración 5 - Variación del caudal en el tiempo, según la forma de la cuenca.

Ilustración 6 - Uso del comando LIST para determinar la longitud del cauce principal.


Ff= A

L2=6612.4222145.11142

=0.3140

e. Pendiente Media de la Cuenca (Sc).

i. Criterio del Rectángulo Equivalente.

El rectángulo equivalente es aquel cuya área y perímetro es igual al de la cuenca que se está analizando.


Ilustración 7 - Cuenca y su rectángulo equivalente.

Se determina calculando la longitud del lado mayor de rectángulo equivalente, para ello se emplea la siguiente relación.

L=√πA2 [Kc+√Kc2− 4π ]

Donde:

A: Área de la Cuenca ( km2 ).Kc: Coeficiente de Compacidad ( km ).


L=√6612.4222π2 [1.4589+√1.45892−4π ]=171.7774Km

Finalmente la pendiente media se determina por la siguiente relación:

Sc=HL

∗100%

Donde:

H: Máximo desnivel de la Cuenca ( km ).L: Longitud del lado mayor del rectángulo equivalente ( km )

Para determinar el máximo desnivel de la cuenca se observa las propiedades de la tabla de atributos de la cuenca en el programa ARCGIS.


Ilustración 8 - Tabla de Atributos del programa ARCGIS.

Se observa que la cota máxima es 5300 m.s.n.m y la cota mínima es 3850 m.s.n.m., siendo el máximo desnivel igual a 1450 m o 1.45 km.Además las curvas de nivel se encuentran a una equidistancia vertical de 50 metros Reemplazando valores:

Sc= 1.450171.7774

∗100%=0.84%

ii. Criterio de Alvord.

La pendiente de la cuenca se determina a partir del cálculo previo de las pendientes existentes entre curvas de nivel:

Sc= 1A

∗[Dl 1a1 ∗a1+Dl2a2

∗a2+Dl3a3

∗a3+…+ Dlnan

∗an]Sc=D

A∗(∑ li )∗100%

Donde:

ai: Área tributaria correspondiente a la curva de nivel “i” ( km2 )li: Longitud de la curva de nivel “i” ( km )D: Separación constante entre curvas de nivel ( km )

Para hallar la sumatoria de las longitudes de las curvas de nivel se usa la tabla de atributos de las curvas de nivel.

Se hace el cálculo geométrico de las longitudes de cada curva de nivel:


Ilustración 9 - Calculo de las propiedades geométricas de las curvas de nivel.

Se obtiene las longitudes de cada curva de nivel:

Ilustración 10 - Tabla con la longitud de cada curva de nivel.

Ahora se observan las propiedades:


Ilustración 11 - Se emplea la herramienta statistics para determinar la longitud total de las curvas.

Se obtiene la sumatoria de la longitud de todas las curvas de nivel:

Ilustración 12 - Longitud total de todas las curvas de nivel.

Se obtiene un valor igual a 27137.2507 Km



Sc= 0.0506612.4222

∗27137.2507∗100%=20.52%

Ilustración 13 - Clasificación de la superficie de la cuenca.

f. Densidad de Drenaje (Dd).

Se determina mediante la siguiente relación:

Dd=∑ li

A

Donde:

∑li: Longitud total de los cursos de agua (Pernnes o Intermitentes) (km).A: Área de la Cuenca, ( Km2 )


Ilustración 14 - Clasificación de la densidad de drenaje.

La longitud total de los cursos de agua, se determinó empleando el programa AutoCad, para ello se midió la longitud de curso uno a uno con el comando LIST, estos valores se muestran en la hoja de cálculo Densidad de Drenaje.xlsx adjunto en el CD.

Ilustración 15 - Comando LIST para determinar la longitud del cauce.


Se obtuvo un valor total de 5434.5917 km, (ver hoja de cálculo Densidad de Drenaje. xlsx adjunta).


Dd=5434.59176612.4222

=0.8218

g. Pendiente Media del Cauce Principal.

Se determina mediante la siguiente relación.

Sm=∆ZL

∗100%

Donde:

Δz: Diferencia entre la cota máxima y la cota mínima = 4600-3850=750mL: longitud del cauce principal = 145111.4811 m


Sm= 750145111.4811

∗100%=0.52%

h. Orden de las Corrientes de una cuenca.

Nos indica la extensión de la red de drenaje en el interior de una cuenca, de acuerdo a la siguiente clasificación:

Características Orden No tiene ramificación 1 Se unen dos corrientes de orden 1 2

3


Ilustración 16 - Cauce Principal de una cuenca.

Se unen dos corrientes de orden 2 . . . . .

.

.

.

.

. Se unen dos corrientes de orden (n – 1) n

Orden 2:

Orden 3:

El orden de la cuenca se determinó gráficamente en el programa Autocad, el orden de la cuenca se muestra en la Lámina P1, la cual se encuentra adjunta en los anexos.

La cuenca en estudio es de orden 7.

i. Curva Hipsométrica.

Es la representación gráfica del relieve de una cuenca e indica la superficie que existe por encima de una cota determinada.

Se construye graficando las áreas acumuladas en el eje de las abscisas y la altitud en el eje de las ordenadas.

Para determinar el área comprendida entre dos curvas de nivel consecutivas, se empleó el programa de computo AutoCad Civil 3D. a continuación se detalla un paso a paso del procedimiento empleado.


Ilustración 17 - Copiar la delimitación de la cuenca y las curvas de nivel al AutoCad Civil 3D.

Ilustración 18 - Seleccionar la cuenca.


Ilustración 19- Crear superficie con la cuenca seleccionada.

Ilustración 20 - Asignar un nombre a la superficie y aceptar ( OK )


Ilustración 21 - Agregar un contorno para la triangulación en la cuenca.

Ilustración 22 - Asignar un nombre al contorno creado.


Ilustración 23 - Triangulación realizada con las curvas de nivel.

Ilustración 24 - Se delimita la triangulación únicamente al área de la cuenca.


Ilustración 25 - Se asignas un nombre a la delimitación.

Ilustración 26 - Se selecciona la polilínea que delimita la cuenca.


Ilustración 27 - Superficie delimitada dentro de la cuenca.

Ilustración 28 - Se modifican las propiedades de la superficie para los requisitos necesarios.


Ilustración 29 - Se modifica el tipo de análisis y se selecciona el rango de análisis de los contornos o curvas, posteriormente se aplica Run Analysis.

Se elige un rango de 30, debido a que las curvas de nivel se encuentran a una equidistancia vertical de 50 metros, y el desnivel es de 1450 metros,

1450/50 = 29

Ilustración 30 - Se modifican los intervalos con valores errados.


Ilustración 31 - Se edita los parámetros que mostrara la tabla.

Ilustración 32 - Se adiciona una columna para mostrar el parámetro área.


Ilustración 33 - Se selecciona el parámetro área en 2D como parámetro a mostrar

Ilustración 34 - Se da un clic en la flecha que señala al lado izquierdo para adicionar el parámetro.


Ilustración 35 - Aplicar la nueva modificación.

Ilustración 36 - Agregar una tabla de legenda.


Ilustración 37 - Se selecciona el tipo de tabla a crear.

Ilustración 38 - Se selecciona una tabla estática.


Ilustración 39 - Se hace un clic en la zona donde se desea colocar la tabla.

Ilustración 40 - Tabla obtenida en el AutoCad Civil 3D.


Con los datos obtenidos se elabora la siguiente tabla.

Cota Mínima (msnm)

Cota Máxima (msnm)

Cota Media

( msnm )

Área (Km2)

Área Acumulada

(km2)

5300 5350 5325 0.02 0.025250 5300 5275 0.12 0.145200 5250 5225 0.56 0.705150 5200 5175 3.02 3.725100 5150 5125 9.48 13.205050 5100 5075 22.46 35.665000 5050 5025 32.59 68.254950 5000 4975 46.19 114.454900 4950 4925 67.92 182.374850 4900 4875 90.17 272.534800 4850 4825 125.63 398.174750 4800 4775 178.46 576.624700 4750 4725 222.66 799.284650 4700 4675 244.10 1043.394600 4650 4625 272.20 1315.584550 4600 4575 286.93 1602.514500 4550 4525 317.99 1920.514450 4500 4475 297.28 2217.794400 4450 4425 284.76 2502.554350 4400 4375 271.88 2774.43


4300 4350 4325 288.86 3063.294250 4300 4275 324.73 3388.024200 4250 4225 339.83 3727.854150 4200 4175 351.07 4078.924100 4150 4125 397.50 4476.424050 4100 4075 422.37 4898.794000 4050 4025 453.46 5352.253950 4000 3975 568.61 5920.863900 3950 3925 467.54 6388.413850 3900 3875 224.02 6612.42

Tabla 1 - Datos para la Curva Hipsométrica.

0.00 1000.00 2000.00 3000.00 4000.00 5000.00 6000.00 7000.000

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Ac (km2)

Z (m

snm

)

Gráfico 1- Curva Hipsométrica


V. CONCLUSIONES .

La delimitación de la cuenca hidrográfica se hace con base a los criterios de la gota de agua y a las curvas de nivel que se determina a partir de la Carta Nacional.

Como el índice de compacidad (Kc) tiende a ser uno, entonces la cuenca se considera como circular.

De acuerdo a la pendiente de la cuenca (Sc=20.52%) hallada con el método de Alvord podemos concluir que la superficie promedio de la cuenca se considera como fuertemente accidentado (15%-25%); sin embargo, el mismo parámetro hallado por el criterio del rectángulo equivalente dio como resultado 0.8%, con este valor la cuenca puede considerarse como llana, pero como el método de Alvord es más confiable, se considerará accidentado.

Un valor de densidad alta refleja una cuenca bien drenada, que debería responder relativamente rápido al influjo de la precipitación. Un valor bajo refleja un área pobremente drenada con respuesta hidrológica muy lenta, en nuestro caso (Dd=0.8218) es una cuenca pobremente drenada.

Una cuenca hipsométrica con concavidad hacia arriba indica una cuenca con valles extensos y cumbres escarpadas y lo contrario indica valles profundos y altas planicies, en nuestro caso, la cuenca es de valles extensos y cumbres escarpadas.

Es importante conocer los parámetros geomorfológicos de una cuenca, ya que es de mucha ayuda para los estudios, para la solución de problemas con respecto a temas relacionados en la hidrología y diseño de estructuras hidráulicas.

VI. RECOMENDACIONES .

El uso de los softwares es importante en estos cálculos, debido a la complejidad y diversidad de estos, por eso se recomienda el uso de los softwares Arcgis y AutoCAD preferentemente.

Se recomienda el estudio a fondo de estos parámetros debido a su importancia en la ejecución de proyectos hidráulicos.


VII. ANEXOS.


VIII. BIBLIOGRAFÍA.

Separatas de clase elaboradas por el Ing. Zubiaur Alejos, Miguel Ángel. Aparicio, F.J. (1997).- Fundamentos de Hidrología de Superficie.

Limusa.


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Delimitación y Parámetros de una cuenca