Informe Cuenca

CUENCA CAMANÁ - HIDROLOGÍA

INDICE OBJETIVOS

INTRODUCCIÓN

CUENCA HIDROGRÁFICA

CONCEPTO DE CUENCA HIDROGRÁFICA CLASIFICACIÓN DE LA CUENCA ELEMENTOS DE LA CUENCA DELIMITACIÓN INFORMACIÓN REQUERIDA CARACTERÍSTICAS DE LA CUENCA PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS DE LA CUENCA

Parámetros de forma Parámetros de relieve

RESULTADOS

CONCLUSIONES

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Página 1


OBJETIVOS

Estudio de las características hidrológicas de la cuenca Camaná.

Aprender las técnicas y métodos adecuados para la delimitación de la

cuenca Camaná.

Aplicar los conceptos estudiados en clase para la determinación de los

parámetros geomorfológicos de la cuenca Camaná.

Utilización de programas hidrológicos tales como el ARC GIS o el CIVIL

3D para la determinación de las características hidrológicas de la cuenca

en estudio.



1.- INTRODUCCIÓN

El agua es la sustancia más abundante en la tierra, es una fuerza importante

que constantemente está cambiando la superficie de la tierra, también es un

factor clave en la climatización de nuestro planeta. El hombre la requiere para

satisfacer sus necesidades básicas, usos recreativos, para transformarla en

energía, la agricultura y para procesos de manufactura. Por desgracia, no

siempre es posible satisfacer las necesidades humanas y con frecuencia su

escasez no permite disponer de la cantidad necesaria, otras veces su exceso

ocasiona graves daños materiales, y pérdidas de vidas humanas. Por esta

razón es muy importante su estudio, comprender el desarrollo de esta, y poder

adecuarse a su dinámica para vivir en armonía con ella.

La hidrología es utilizada en ingeniería principalmente en relación con el diseño

y ejecución

de estructuras hidráulicas. ¿Qué caudales máximos pueden esperarse en un

vertedero, en una

alcantarilla de carretera o en un sistema de drenaje urbano? ¿Qué capacidad

de embalse se

requiere para asegurar el suministro adecuado de agua para irrigación o

consumo municipal

durante las sequías? ¿Qué efecto producen los embalses, diques y otras obras

de control sobre

las avenidas de las corrientes? Estas son preguntas típicas que se espera debe

resolver el

hidrólogo.

Las grandes organizaciones, tales como los organismos nacionales y

departamentales,

pueden mantener personal competente para resolver sus problemas, pero las

pequeñas

oficinas a menudo carecen de suficiente trabajo para disponer de especialistas

de tiempo

completo. Por lo tanto, muchos ingenieros civiles no especializados en el área

son utilizados



para realizar ocasionalmente estudios hidrológicos. Es probable que estos

ingenieros civiles

deban ocuparse de un mayor número de proyectos por un costo mayor que el

de los

especialistas. Por lo tanto, parece que el conocimiento de los fundamentos de

la hidrología es

una parte esencial de la preparación del ingeniero civil.

La hidrología es una ciencia muy extensa y a la vez muy importante para el

ingeniero civil ya que el ingeniero civil que se ocupa de proyectar, construir o

supervisar el funcionamiento de instalaciones hidráulicas, sanitarias y otras

obras civiles debe resolver numerosos problemas prácticos. Éstos pueden ser

de muy variado carácter, pero en la mayoría de los casos será necesario el

conocimiento de la hidrología para su solución.

Los proyectos de ingeniería civil típicos de explotación y uso de los recursos

hídricos (agua) son:

Abastecimiento de agua potable ( Bocatomas, canales , etc)

Irrigación (riego tecnificado y riego por inundación)

Aprovechamiento hidroeléctrico(centrales hidroeléctricas)

Suministro de agua para múltiples usos ( presas).

Recreación entre otros.

2.- CUENCA HIDROGRÁFICA



Entendemos por Cuenca Hidrográfica a toda el área o superficie del terreno

que aporta sus aguas de escorrentía a un mismo punto de desagüe o punto de

cierre.

La escorrentía la constituyen las aguas que fluyen por la superficie terrestre

cuando, tras producirse una precipitación pluvial o cualquier otro aporte de

agua (deshielo por ejemplo), el agua comienza a desplazarse a favor de la

pendiente hacia puntos de menor cota como consecuencia de la gravedad; las

aguas que no han sido infiltradas por el suelo y han quedado por lo tanto en la

superficie generan la escorrentía superficial, mientras que aquéllas que sí han

sido infiltradas por el suelo y discurren por su interior reciben el nombre de

escorrentía sub-superficial.

Además, en ocasiones una fracción de las aguas de filtración penetra en la

corteza terrestre por percolación hasta alcanzar los acuíferos subterráneos.

Una cuenca está formada por un entramado de ríos, arroyos y/o barrancos de

mayor o menor entidad que conducen los flujos de agua hacia un cauce

principal, que es el que normalmente da

su nombre a la cuenca; su perímetro es una línea curvada y ondulada que

recorre la divisoria de vertido de aguas entre las cuencas adyacentes

El agua que se mueve por toda la superficie o el subsuelo de una cuenca hidrográfica hasta llegar a formar la red de canales constituye el sistema fluvial o red de drenaje de la cuenca.



Cuenca hidrográfica



2.1 CLASIFICACION DE CUENCALas cuencas se clasifican de la siguiente manera:

En relación al tamañoUna cuenca se puede clasificar atendiendo a su tamaño, en cuencas grandes y

cuencas pequeñas.

Cuenca Grande Es aquella cuenca donde su área es mayor a 250 km2, donde predominan las

características fisiográficas (pendiente, elevación, área, cauce). El efecto de

almacenaje del cauce es muy importante.

Cuenca pequeña Es aquella cuenca donde su área es menor a 250 km2, la forma y la cantidad

de escurrimiento está influenciado por las características físicas (tipo de suelo

y vegetación) del suelo. La cuenca pequeña responde a las lluvias de fuerte

intensidad y pequeña duración.

En función a la salida Desde el punto de vista de la salida de una cuenca, existen dos tipos de

cuencas: endorreicas y exorreicas.

Cuencas Endorreicas El punto de salida está dentro de los límites de la cuenca y generalmente es un

lago.

Cuencas Exorreicas En las cuencas exorreicas el punto de salida se encuentra en los límites de la

cuenca, pudiendo ser en otra corriente de agua o en el mar.

Primera imagen: corriente

endorreica, segunda imagen: corriente exorreica.



En función a la elevación

Otra forma de clasificarlas, de clara aplicación en las cuencas andinas, basada

en la elevación relativa de sus partes, se clasifica en: cuencas, alta, media y

baja.

Cuenca alta Llamado como cuenca cabecera o de recepción de la cuenca; por su posición,

capta y almacena en los nevados y glaciares de sus cumbres, y en las lagunas

y represamientos de las altiplanicies, la mayor parte de los aportes de la

precipitación; además, tiene una cobertura vegetal típica de pastos o bosques,

y una menor presión demográfica.

Cuenca media De mayor pendiente relativa, con un caudal caracterizado por torrentes

turbulentos, también se le denomina zona de transporte de sedimentos o de

escurrimiento.

Cuenca Baja Cuenca de menor pendiente relativa, con un caudal de flujo continuo, cauce

definido y amplia planicie de inundación, suele llamarse cono de deyección o

zona de depósito.

2.2 ELEMENTOS DE LAS CUENCAS Las cuencas presentan los siguientes elementos: Parteaguas o divisoria de

aguas, área de la cuenca y el cauce principal de la cuenca.

Parteaguas o divisoria de aguas Línea imaginaria formada por los puntos de mayor nivel topográfico, que

separa la cuenca en estudio de las cuencas vecinas.

Área de la cuenca Superficie en proyección horizontal, delimitada por la divisoria de aguas.

Cauce principal de una cuenca Corriente que pasa por la salida de la cuenca; las demás corrientes se

denominan cauces secundarios (tributarios). Las cuencas correspondientes a

las corrientes tributarias se llaman cuencas tributarias o subcuencas.



2.3 DELIMITACIONLa delimitación de una cuenca, se hace sobre un plano o mapa con curvas de

nivel siguiendo las líneas del Divortium Acuarum (parteaguas), formado por los

puntos de mayor nivel topográfico.

Reglas prácticas para el trazado de la divisoria topográfica

1.- La divisoria corta ortogonalmente a las curvas de nivel y pasa por los puntos de mayor nivel topográfico.

2.- Cuando la divisoria va aumentando su altitud, corta a las curvas de nivel por la parte convexa (el caso cuando el trazado se dirige desde el río hacia arriba).

3.- Cuando la altitud de la divisoria va decreciendo, corta a las curvas de nivel por su parte cóncava (el caso cuando el trazado llegue al río ya para cerrar la divisoria).

4.- Como comprobación, la divisoria nunca corta a un arroyo o río, excepto en el punto de interés de la cuenca (salida).



Trazado de la divisoria topográfica de una cuenca.

2.4 INFORMACION REQUERIDAPara el estudio y determinación de los parámetros geomorfológicos se precisa

de información cartográfica de la topografía, del uso del suelo y de la

permeabilidad de la región en estudio. Los planos para estos análisis son

usados en escalas desde 1:25.000 hasta 1:100.000, dependiendo de los

objetivos del estudio y del tamaño de la cuenca en cuestión. Se podría decir

que para cuencas de un tamaño superior a los 100 km2 un plano topográfico

en escala 1:100.000 es suficiente para las metas pretendidas en el análisis

general del sistema de una cuenca.



2.5 CARACTERISTICAS FISICAS DE LAS CUENCASEl funcionamiento de la cuenca se asemeja al de un colector, que recibe la precipitación pluvial y la convierte en escurrimiento. Esta transformación presenta pérdidas de agua, situación que depende de las condiciones climatológicas y de las características físicas de la cuenca. Cuencas vecinas sometidas a las mismas condiciones climáticas, pueden tener regímenes de flujo totalmente distintos, situación debida principalmente a las características físicas de las cuencas. En función de esto, las características físicas más importantes de una cuenca son:

2.5.1 Area de la cuenca (A):Es el área plana en proyección horizontal, de forma muy irregular, obtenida

después de delimitar la cuenca; se reporta en kilómetros cuadrados, excepto

las cuencas pequeñas que se expresan en hectáreas.

El área de la cuenca está definida por el espacio delimitado por la curva del

perímetro (P). Esta línea se traza normalmente mediante fotointerpretación de

fotografía aéreas en las que se aprecia el relieve (y por lo tanto las divisorias

de aguas) o sobre un mapa topográfico en función las curvas de nivel

representadas. Probablemente sea el factor más importante en la relación

escorrentía-característica morfológica. En ocasiones, debido a que los métodos

de estima de la escorrentía sólo son válidos si se aplican a áreas de

características similares, es necesario tener que dividir las cuencas de gran

tamaño en las que la red de drenaje es muy compleja en subcuencas o

subsistemas de menor entidad pero mayor homogeneidad.

Para su cálculo se puede usar papel milimetrado o un planímetro, pero también

es posible determinarla por medio de herramientas informáticas, para lo que es

necesario disponer de una base cartográfica digital y de un SIG (ArcView,

ArcGIS, etc.)



2.5.2 Perímetro de la cuenca (P)La longitud L de la cuenca viene definida por la longitud de su cauce principal,

siendo la distancia equivalente que recorre el río entre el punto de desagüe

aguas abajo y el punto situado a mayor distancia topográfica aguas arriba.

Al igual que la superficie, este parámetro influye enormemente en la

generación de escorrentía y por ello es determinante para el cálculo de la

mayoría de los índices morfométricos.

En cuanto al perímetro de la cuenca, P , informa sucintamente sobre la forma

de la cuenca; para una misma superficie, los perímetros de mayor valor se

corresponden con cuencas alargadas mientras que los de menor lo hacen con

cuencas redondeadas.

Longitud y perímetro de la cuenca



2.5.3 Forma de la cuenca La forma de la cuenca afecta en las características de descarga de la corriente,

principalmente en los eventos de flujo máximo.

En general, los escurrimientos de una cuenca de forma casi circular serán

diferentes a los de otra, estrecha y alargada, aunque tengan la misma área.

Forma de la cuenca

2.6 PARAMETROS GEOMORFOLOGICOS DE LA CUENCA

La geomorfología de una cuenca queda definida por su forma, relieve y

drenaje, para lo cual se han establecido una serie de parámetros, que a través

de ecuaciones matemáticas, sirven de referencia para la clasificación y

comparación de cuencas. Para un mejor estudio de las cuencas se han

establecido los siguientes parámetros:

2.6.1 PARÁMETROS DE FORMA

La forma de una cuenca es determinante de su comportamiento hidrológico (cuencas con la misma área pero de diferentes formas presentan diferentes respuestas hidrológicas –hidrogramas diferentes por tanto- ante una lámina precipitada de igual magnitud y desarrollo), de ahí que algunos parámetros traten de cuantificar las características morfológicas por medio de índices o coeficientes.

Coeficiente de Gravelius (Cg):También conocido por el nombre de Coeficiente de Compacidad, este

coeficiente relaciona el perímetro de la cuenca con el perímetro de una cuenca

teórica circular de igual área; estima por tanto la relación entre el ancho

promedio del área de captación y la longitud de la cuenca (longitud que abarca

desde la salida hasta el punto topográficamente más alejado de ésta).



Cg= P

2√πA

Donde

P: perímetro de la cuenca en Km.

A: área de la cuenca en km2

Factor de forma Fue definido por Horton, como el cociente entre el ancho promedio de la

cuenca y su longitud del cauce principal:

Ff= B

Lc

Donde:

B: Ancho Promedio de la cuenca, (Km)

Lc: Longitud de la cuenca, que se define como la distancia entre la salida y el punto más alejado, cercano a la cabecera del cauce principal, medida en línea recta.

Longitud de la Cuenca (Lc)

La longitud de la cuenca (Lc), es la distancia entre la salida y el punto más

alejado, cercano a la cabecera del cauce principal, medida en línea recta.

2.6.2 PARÁMETROS DE RELIEVE

Para describir el relieve de una cuenca existen numerosos parámetros que han

sido desarrollados por varios autores; entre los más utilizados son: pendiente

de la cuenca, índice de pendiente, curvas Hipsométricas, histograma de

frecuencias altimétricas y relación de relieve.

Pendiente media del cauce (j) La pendiente media de la cuenca tiene una importante pero compleja relación

con la infiltración, el escurrimiento superficial, la humedad del suelo y la

contribución del agua subterránea al flujo en los cauces. Es uno de los factores

físicos que controlan el tiempo del flujo sobre el terreno y tiene influencia

directa en la magnitud de las avenidas o crecidas.



Existen diversos criterios para evaluar la pendiente media de una cuenca,

entre las que se destacan son: criterio de Alvord y criterio de Horton.

a) Criterio de J.W. Alvord: Analiza la pendiente existente entre curvas de nivel, trabajando con la faja

definida por las líneas medias que pasan entre las curvas de nivel, Para una de

ellas la pendiente es:

Criterio de Alvord.

a1: área de la faja a,b,c,d, en km2

w1: ancho promedio de la faja abcd en km.

L1: longitud de la curva de nivel 62 en km.

S1: pendiente promedio de la faja a,b,c,d adimensional

Sc: pendiente promedio de la cuenca, adimensional

De: intervalo o desnivel constante entre curvas de nivel, en Km

A: área o tamaño de la cuenca, en Km2

Lo: longitud total de las curvas de nivel dentro de la cuenca, en Km.

Entonces, se cumple que:

S1= D

w1



S1=

D∗L1a1

y la pendiente de la cuenca Sc, será el promedio pesado (ponderado) de las pendientes de cada faja, en relación a su área, esto es:

Sc=D( l1+l2+…+ln)

Sc=D∗l

A

Con el objeto de obtener resultados confiables y a la vez evitar el desarrollo

tedioso del criterio, se recomienda utilizar intervalos entre curvas de nivel de

30 a 150 metros en cuencas grandes o de fuerte pendiente y del orden de 5 a

15 metros en el caso de cuencas pequeñas o de topografía plana.

b) Criterio de R.E. Horton Consiste en trazar una malla de cuadrados sobre la proyección horizontal de la

cuenca orientándola según la dirección de la corriente principal. Si se trata de

una cuenca pequeña, la malla llevará al menos cuatro cuadros por lado, pero si

se trata de una superficie mayor, deberá aumentarse el número de cuadros por

lado, ya que la precisión del cálculo depende de ello. Una vez construida la

malla, se miden las longitudes de las líneas de la malla dentro de la cuenca y

se cuentan las intersecciones y tangencias de cada línea con las curvas de

nivel nivel.



Malla necesaria para aplicar el criterio de Horton.

La pendiente de la cuenca en cada dirección de la malla se calcula así:

Sx=nx∗D e

Lx

Sy=n y∗De

L y

Siendo:

Lx: longitud total de líneas de la malla en sentido x, dentro de la cuenca.

Ly: longitud total de líneas de la malla en sentido y, dentro de la cuenca.

Nx: número total de intersecciones y tangencias de líneas de la malla con curvas de nivel, en el sentido x.

Ny: número total de intersecciones y tangencias de líneas de la malla con curvas de nivel, en el sentido y.

Sx, Sy: pendiente de la cuenca en cada una de las direcciones de la malla de cuadrados.

De: desnivel constante entre las curvas de nivel de la cuenca, en km.

Horton considera que la pendiente media puede determinarse como:

Sc=N∗De∗secφ

LDonde:

N=Nx + Ny

L= Lx + Ly

φ=ángulo dominante entre las líneasde malla y curvas denivel

Como resulta laborioso determinar la secφ de cada intersección, en la práctica y para propósitos de comparación es igualmente eficaz ignorar el término secφ (aceptarlo como = 1) o bien considerar el promedio aritmético o geométrico de las pendientes Sx y Sy como pendiente de la cuenca. Donde:

Promedio aritmético: Sc=Sx+Sy2



Promedio geométrico: Sc=√Sx∗Sy

Clasificación de las pendientes de una cuenca: El valor de la pendiente permite clasificar el relieve o topografía del terreno según la siguiente tabla:

Curva hipsométrica Es la representación gráfica del relieve de una cuenca; es decir la curva hipsométrica indica el porcentaje de área de la cuenca o superficie de la cuenca en Km2 que existe por encima de una cota determinada, representado en coordenadas rectangulares.



Altura media (H) Es la ordenada media de la curva hipsométrica, en ella, el 50 % del área de la cuenca, está situado por encima de esa altitud y el 50 % está situado por debajo de ella.

Histograma de frecuencias altimétricas Es la representación de la superficie, en km2 o en porcentaje, comprendida entre dos cotas, siendo la marca de clase el promedio de las alturas.



3.- RESULTADOS

4.- CONCLUSIONES


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