DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN LA TIERRA

El agua es la sustancia más abundante y común que existe en la biosfera. El agua existe en un espacio llamado hidrosfera, que se extiende desde unos 15 Km. arriba en la atmósfera hasta 1 Km. por debajo de la litosfera o corteza terrestre. El agua circula en la hidrosfera a través de un laberinto de caminos que constituyen el ciclo hidrológico.

Es interesante hacer notar que el 97% de ella, se concentra en los océanos y forma una reserva de agua salada, el 2% constituye los hielos y glaciares, de manera que, sólo un porcentaje inferior al 0,5%, constituye el agua fácilmente aprovechable por el hombre. Parece, a primera vista, una muy pequeña proporción del total de los recursos, pero ella es absolutamente indispensable para mantener la vida humana, y la flora y la fauna del planeta.

Cuenca es el área geográfica, referida a una sección del río o un punto de terreno o una sección de una calle, tal que la precipitación caída dentro de ella escurra a ese punto o sección.

Puede definirse también como un área de captación natural de agua de lluvia que converge escurriendo a un único punto de salida. (Punto emisor)

La cuenca hidrográfica se compone básicamente de un conjunto de superficies vertientes a una red de drenaje formada por cursos de agua que confluyen hasta resultar en un único lecho colector.

DEFINICIÓN DE CUENCA

DELIMITACIÓN MANUAL DE UNA CUENCA

Línea divisoria de las aguas.

Divortium aquarum

PROCEDIMIENTO PARA LA DELIMITACIÓN MANUAL DE LAS CUENCAS HIDROGRÁFICAS

La importancia de este capítulo radica en tener los criterios cartográficos para delimitar cuencas hidrográficas, previamente a este paso el especialista tendrá en claro los conceptos básicos de cuencas, así como sus tipos y características.El proceso de delimitación, es válido si se utiliza tanto en el método tradicional – delimitación sobre cartas topográficas -, así como en el método digital con ingreso directo sobre la pantalla de un ordenador, utilizando algún software SIG como herramienta de digitalización.

Para la delimitación de las unidades hidrográficas, se consideran las siguientes reglas prácticas:

Primera: Se identifica la red de drenaje o corrientes superficiales, y se realiza un esbozo muy general de la posible delimitación.

(Ver figura 1 y 2)

Figura 1. Se identifica la red de drenaje o corrientes superficiales

Figura 2. Se realiza un esbozo muy general de la posible delimitación

Figura 3. La divisoria corta perpendicularmente a las curvas de nivel

Segunda: Invariablemente, la divisoria corta perpendicularmente a las curvas de nivel y pasa, estrictamente posible, por los puntos de mayor nivel topográfico. (Ver figura 3)

Tercera: Cuando la divisoria va aumentando su altitud, corta a las curvas de nivel por su parte convexa. (Ver figura 4)

Figura 4. La divisoria corta a las curvas de nivel por su parte convexa, tal como muestra las flechas negras.

Cuarta: Cuando la altitud de la divisoria va decreciendo, corta a las curvas de nivel por la parte cóncava. (Ver figura 5)

Figura 5. La divisoria corta a las curvas de nivel por su parte cóncava, tal como muestra las flechas negras.

Quinta: Como comprobación, la divisoria nunca corta una quebrada o río, sea que éste haya sido graficado o no en el mapa, excepto en el punto de interés de la cuenca (salida). (Ver figura 6)

Figura 6. La divisoria no debe cortar ningún flujo de agua natural, excepto en el punto de salida de la cuenca.

Línea divisoria de las aguas.

Divortium aquarium

La escala utilizada en el sistema, para digitalizar las divisorias de las unidades hidrográficas sobre la pantalla del ordenador, es 1:18,000 como mínima y 1:15,000 como máxima.

Tener presente que toda línea divisoria de una unidad hidrográfica, se desplaza siempre entre dos curvas con igual valor de cota.

La divisoria debe pasar, en lo estrictamente posible, por los puntos de mayor nivel topográfico; en otras palabras, la línea divisoria debe unir los puntos con mayores valores de altitud, excepto en aquellos casos que obliguen a realizar trazos poco prácticos, complejos y “forzados”, que de cierto modo, desnaturalicen la forma de la unidad hidrográfica.

ALGUNAS CONSIDERACIONES ADICIONALES

Línea divisoria de las aguas.

Divortium aquarium

DELIMITACIÓN MANUAL DE UNA CUENCA

CARACTERÍSTICAS GEOMORFOLÓGICAS DE LA CUENCA

Estudiar el recurso hídrico de una cuenca, es un problema complejo que requiere del conocimiento de muchas características de la cuenca, algunas de las cuales son difíciles de expresar mediante parámetros o índices que son muy útiles en el estudio de una cuenca y permitir una comparación con otras cuencas mediante el establecimiento de condiciones de analogía.

Línea divisoria de las aguas.

Divortium aquarum

Área (A)Es un parámetro de utilidad que nos permitirá determinar otros como la curva hipsométrica.El área (A) se estima a través de la sumatoria de las áreas comprendidas entre las curvas de nivel y los límites de la cuenca. Esta suma será igual al área de la cuenca en proyección horizontal.

Perímetro (P)Es la longitud total de los límites de la cuenca

Longitud mayor del río (L)Se denomina así a la longitud del curso de agua más largo.

Ancho promedio (Ap)Es la relación entre el área de la cuenca (A) y la longitud mayor del curso de agua (L). Ap= A/L

L= Desde el P.E. hasta el punto mas alto de la cuenca del curso principal, si esta no llega a la línea divisoria, se le debe completar con líneas que sea perpendicular a las curvas de nivel.

PARAMETROS GEOMORFOLÓGICAS DE LA CUENCA

Pendiente de los cauces (Sc):

La pendiente de los cauces influye sobre la velocidad de flujo, constituye un parámetro importante en el estudio del comportamiento del recurso hídrico en el tránsito de avenidas; así como la determinación de las características óptimas para aprovechamientos hidroeléctricos, estabilización de cauces, etc.Los perfiles típicos de los cauces naturales son cóncavos hacia arriba; además, las cuencas en general (a excepción de las más pequeñas) tienen varios canales a cada uno con un perfil diferente. Por ello, la definición de la pendiente promedio de un cauce en una cuenca es muy difícil. Usualmente, sólo se considera la pendiente del cauce principal

Métodos de cálculo

• Pendiente de un tramoPara hallar la pendiente de un cauce según este método se tomará la diferencia cotas extremas existentes en el cauce (Dh) y se dividirá entre su longitud horizontal (l), ver figura 3.1. La pendiente así calculada será más real en cuanto el cauce analizado sea lo más uniforme posible, es decir, que no existan rupturas.

Figura 3.1 Método de un tramo para la estimación de la pendiente de un cauce

• Método de las áreas compensadas. Es la forma más usada de medir la pendiente de un cauce, que consiste en obtener la pendiente de una línea, (AB en la Figura 3.2) dibujada de modo que el área bajo ella sea igual al área bajo el perfil del cauce principal.

Figura 3.2 Método de pendientes compensadas

Índice de compacidad o coeficiente de Gravelius (Kc)Se define así, al cociente que existe entre el perímetro de la cuenca respecto al perímetro de un círculo de la misma área.

Kc es un coeficiente adimensional y nos da una idea de la forma de la cuenca. Si Kc = 1 la cuenca será de forma circular. Este coeficiente nos dará luces sobre la escorrentía y la forma del hidrograma resultante de una determina lluvia caída sobre la cuenca.

Rectángulo equivalenteEs el rectángulo que tiene la misma área y el mismo perímetro que la cuenca. Sus lados están definidos por:

Densidad de drenaje (Dd):

La longitud total de los cauces dentro de una cuenca dividida por el área total del drenaje define la densidad de drenaje (Dd) o longitud de canales por unidad de área.

Una densidad alta refleja una cuenca muy bien drenada que debería responder relativamente rápido al influjo de la precipitación; una cuenca con baja densidad refleja un área pobremente drenada con respuesta hidrológica muy lenta.Se puede establecer una relación entre la densidad de drenaje y las características del suelo de la cuenca analizada; tal como se detalla en la Tabla a continuación:

Pendiente de la cuenca (Sg)

Es un parámetro muy importante en el estudio de cuencas, pues influye entre otras cosas en el tiempo de concentración de las aguas en un determinado punto del cauce. Existen diversos criterios para la estimación de este parámetro.Dada la necesidad de estimar áreas entre curvas de nivel y para facilidad de trabajo ( función de la forma tamaño y pendiente de la cuenca) es necesario contar con un número suficiente de curvas de nivel que expresen la variación altitudinal de la cuenca, tomándose entonces unas curvas representativas. Una manera de establecer estas curvas representativas es tomando la diferencias entre las cotas máxima y mínima presentes en la cuenca y dividiéndola entre seis.El valor resultante tendrá que aproximarse a la equidistancia de las cotas del plano empleado.

CRITERIO DE 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 (Fig Nº 1)

Criterio de HORTON

Consiste en trazar una malla de cuadrados sobre la proyección planimetría de la cuenca orientándola según la dirección de la corriente principal. Si se trata de una cuenca pequeña, la malla llevará al menos cuatro (4) 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, en un esquema similar al que se muestra en la Fig. (2), 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.

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

Horton considera que la pendiente media de la cuenca puede determinarse como:

Como resulta laborioso determinar la sec() de cada intersección, en la práctica y para propósitos de comparación es igualmente eficaz aceptar al término sec() igual a 1 o bien considerar el promedio aritmético o geométrico de las pendientes Sx y Sy como pendiente media de la cuenca.

Número de orden de un cauce

Existen diversos criterios para el ordenamiento de los cauces (o canales) en la red de drenaje de una cuenca hidrográfica; destacando Horton (1945) y Strahler (1957).En el sistema de Horton (figura 3.3), los cauces de primer orden son aquellos que no poseen tributarios, los cauces de segundo orden tienen afluentes de primer orden, los cauces de tercer orden reciben influencia de cauces de segundo orden, pudiendo recibir directamente cauces de primer orden. Entonces, un canal de orden u puede recibir tributarios de orden u-1 hasta 1.Esto implica atribuir mayor orden al río principal, considerando esta designación en toda su longitud, desde la salida de la cuenca hasta sus nacientes. El sistema de Strahler (figura 3.3) para evitar la subjetividad de la designación en las nacientes determina que todos los cauces serán tributarios de aún cuando las nacientes sean ríos principales. El río en este sistema no mantiene el mismo orden en toda su extensión.El orden de una cuenca hidrográfica está dado por el número de orden del cauce principal.El número de orden es extremadamente sensitivo a la escala del mapa empleado. Así, una revisión cuidadosa de fotografías aéreas demuestra, generalmente, la existencia de un buen

número de cauces de orden inferior mucho mayor al que aparecen en un mapa de 1:25 000.Los mapas a esta escala, a su vez, muestran dos o tres órdenes de magnitud que los de 1:100000. Se puede encontrar inclusive, diferencias en la delineación de los ríos. De esta manera, cuando se va emplear este parámetro con propósitos comparativos es necesario definirlo cuidadosamente. En ciertos casos puede ser preferible hacer ajustes de los estimativos iniciales mediante comprobaciones de terreno para algunos tributarios pequeños.

Graficar la Curva Hipsométrica de la cuenca y determinar el valor de laaltitud media (m.s.n.m.), analítica y gráficamente

Se define como curva hipsométrica a la representación gráfica del relieve medio de la cuenca, construida llevando en el eje de las abscisas, longitudes proporcionales a las superficies proyectadas en la cuenca, en km2 o en porcentaje, comprendidas entre curvas de nivel consecutivas hasta alcanzar la superficie total, llevando al eje de las ordenadas la cota de las curvas de nivel consideradas.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:

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

Alternativamente a la fórmula anterior, se aplica el uso de la gráfica de curva hipsométrica como si se dividiera el volumen total del relieve de la cuenca sobre su superficie proyectada, ingresando por el eje que representa el área con el valor correspondiente al 50% y leyendo el valor de cota correspondiente (Fig. 4).

Polígono de frecuencias.

Se denomina así a la representación gráfica de la relación existente entre altitud y la relación porcentual del área a esa altitud con respecto al área total.En el polígono de frecuencias existen valores representativos como: la altitud más frecuente, que es el polígono de mayor porcentaje o frecuencia.

Ejemplo

Representar la curva hipsométrica y el polígono de frecuencia de la cuenca del río Chancay, cuyos datos se muestran a continuación:Tabla que muestra la distribución altimétrica de la cuenca del río Chancay en Km2 y en porcentaje.

Tabla que muestra la distribución altimétrica de la cuenca del río Chancay en Km2 y en porcentaje.

i

N

iiH

1

1

21

iii

HHH

Calculo de la altura media de la cuenca:

H= ALTURA MEDIA DE LA CUENCA

A = AREA DE LA CUENCA

Hi = ALTURA SOBRE LA CURVA

Ai = AREA SOBRE LA CURVA

Ai = AREAS PARCIALES km2

A1= 13.38A2= 4.19A3= 7.7A4= 7.21A5= 15.22A6= 3.03A7= 15.91A8= 19.93A9= 20.43A10= 5.67A11= 0.8A12= 2.24A13= 1.81

Hi = ALTURAS PARCIALES m.s.n.m.

H1= 3900H2= 3700H3= 3500H4= 3300H5= 3100H6= 3300H7= 2900H8= 2700H9= 2500H10= 2350H11= 2255H12= 2900H13= 3129.5

AREA TOTAL AT= 117.52

ALTURA MEDIA DE LA CUENCA m.s.n.m. H= 3012

Calculo de la pendiente del cauce principal:

2

2/12

1

1

i

in

i

n

ii

cp

s

L

LS

Scp= Pendiente del cauce principalLi = Longitud de cada tramo del cauce principalSi = Pend. de cada tramo del cauce divididoPi = Cota del tramo mayor

i

1ii

lPP

iS

TRAMOS COTAS Pi -Pi-1 Li Si (Li

2/Si) (Li2/Si)1/2

T1 4000 200 737 0.3 2001577.77 1414.77T2 3800 200 1210.17 0.2 8861538.98 2976.83T3 3600 200 610 0.3 1134905.00 1065.32T4 3400 200 1238.1 0.2 9489365.51 3080.48T5 3200 200 1135.2 0.2 7314542.23 2704.54T6 3000 200 1384.55 0.1 13270764.31 3642.91T7 2800 200 1875.41 0.1 32980610.20 5742.87T8 2600 200 2138.29 0.1 48884347.10 6991.73T9 2400 100 2682.73 0.0 193077157.98 13895.22T10 2300 92.5 1831.9 0.1 66460492.49 8152.33 2207.5  

SUMA 

14843.35   49667.013

0.30Scp = 8.93%

CALCULO DEL TIEMPO DE CONCENTRACIÒN POR KIRPICH

0.3853

c HL

0.0195t

Donde:Tc : Tiempo de concentración, en min.L : Máxima longitud del recorrido, en m.H : Diferencia de elevación entre los puntos extremos del cauce principal, en m.

PRIMER TRABAJO ESCALONADO

Calcular los Parámetros Geomorfológicos de su cuenca dada.

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PRIMER TRABAJO

Calcular los Parámetros Geomorfológicos de una cuenca dada.

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