Pdf Hasta Hidrologia Superficial Pdf

Recursos Hídricos

ING. LUIS E ANAYA ABREGU

El

agua

es

esencial

para

la

supervivencia y el bienestar humanos dado que es el recurso natural mas importante

porque permite la vida. Los

recursos

hídricos

se

encuentran

repartidos de manera desigual y son un bien escaso en algunas partes del mundo.

Estado

de

los

recursos

hídricos

en

la

actualidad En todo el mundo, la actividad humana y los factores naturales están agotando los recursos hídricos disponibles. Aunque en la última década la sociedad se ha ido concienciando de la necesidad de mejorar la gestión y la protección del agua, los criterios económicos, resultado de actividades humanas tales como la

urbanización, el crecimiento demográfico, la

elevación del nivel de vida, la creciente competencia por el agua y la contaminación, cuyas

consecuencias se ven agravadas por el cambio

climático y las variaciones en las condiciones naturales.

DISTRIBUCIÓN DEL H2 O: El agua de la Tierra se encuentra naturalmente en varias formas y lugares: en la atmósfera, en la superficie, bajo tierra y en los océanos. El agua dulce representa sólo el 2,5% del agua de la Tierra, y se encuentra en su mayoría congelada en glaciares y casquetes glaciares. El resto se presenta principalmente en forma de agua subterránea, y sólo una pequeña fracción se encuentra en la superficie o en la atmósfera.

Formas en las que se

encuentra disponible el agua en la Tierra:

Las precipitaciones ( lluvia, nieve, rocío, etc.) son imprescindibles para renovar los recursos hídricos. En

función

precipitaciones

de

las

pueden

condiciones alimentar

locales, ríos

o

las

lagos,

recargar los suministros de aguas subterráneas o volver a la atmósfera por evaporación.

Los glaciares almacenan agua en forma de nieve y hielo, alimentando los arroyos locales con el agua que liberan en mayor o menor cantidad dependiendo de la estación. Sin embargo, debido al cambio ellos están retrocediendo.

climático, muchos de

Los humedales (como pantanos, turberas, ciénagas y lagunas) cubren el 6% de la superficie terrestre emergida y

desempeñan un papel fundamental para los ecosistemas locales y los recursos hídricos.

Las

cuencas

natural»

de

fluviales

gestión

de

son

los

útiles

como

recursos

«unidad

hídricos,

muchas de ellas se extienden sobre más de un país.

y

Casi toda el agua dulce que no está congelada se encuentra bajo la superficie en forma de agua subterránea. Las aguas subterráneas, que en general son de muy buena calidad, se están extrayendo principalmente para obtener agua potable y ayudar a la agricultura en los climas áridos. Este recurso se considera renovable siempre que las aguas subterráneas no se extraigan a una velocidad que no dé tiempo a que la naturaleza las

renueve, pero en muchas regiones secas el renueva o lo hace muy lentamente.

agua subterránea no se

Amenazas sobre

los recursos hídricos

Los recursos hídricos se enfrentan a una multitud de amenazas

graves, todas ellas originadas principalmente por las actividades humanas, como la contaminación, el cambio

climático, el

crecimiento urbano y cambios en el paisaje

como la

deforestación. Cada una de ellas tiene un impacto específico, por lo general directamente sobre los ecosistemas y, a su vez,

recursos hídricos.

sobre los

La

contaminación

puede

dañar

los

recursos

hídricos

y

los

ecosistemas acuáticos.

Los principales contaminantes son, por ejemplo, la materia orgánica y los organismos patógenos contenidos en las aguas residuales, los fertilizantes y pesticidas procedentes de las tierras agrícolas, la lluvia ácida provocada por la contaminación del aire, y

los metales pesados liberados por las actividades mineras e industriales. La extracción excesiva de agua, tanto superficial como subterránea, ha tenido efectos catastróficos.

Un ejemplo,es la drástica reducción del Mar de Aral y del Lago

En las últimas décadas se ha extraído mucha más agua de fuentes subterráneas que en el pasado. Los beneficios de la extracción de aguas subterráneas suelen ser efímeros, mientras que las consecuencias negativas, como la reducción de los niveles de agua y el agotamiento de los recursos, pueden durar mucho tiempo.

El cambio climático parece aumentar las presiones existentes, por ejemplo en las zonas que ya sufren escasez de agua. En los últimos años, los glaciares terrestres y de montaña están retrocediendo más rápidamente.

FORMAS DE SATISFACER LA NECESIDAD DEL AGUA : Agua de lluvia. Reconducir las aguas superficiales. Las presas y los embalses. El trasvase. Agua desalada.

Gestión sostenible de los recursos hídricos.

El uso sostenible los recursos hídricos supone un reto debido a los muchos factores que intervienen, como los cambios en el clima, la

variabilidad natural de los recursos y la presión debida a las actividades humanas. En la actualidad, la política del agua todavía se rige sobre todo por inquietudes políticas y económicas a corto plazo que no tienen en cuenta la ciencia ni la buena gestión.

Se necesitan soluciones tecnológicas punteras y mayor financiación, así como más datos sobre los recursos hídricos, sobre todo en los países en desarrollo.

La mala calidad del agua y el uso insostenible de los recursos hídricos pueden limitar el desarrollo económico de un país, afectar a la salud de

su población y repercutir en sus medios de subsistencia. Afortunadamente, se están empezando a adoptar prácticas más sostenibles. La gestión de los recursos hídricos debería centrarse más en aumentar los recursos naturales existentes y en reducir la demanda y las pérdidas de agua.

La respuesta tradicional a la demanda creciente de agua consistía en almacenar el agua superficial en embalses, desviar los caudales a las regiones áridas y extraer aguas subterráneas.

Actualmente, estos métodos se combinan cada vez más con otros, como la reutilización del agua, la desalinización y la recolección del agua de lluvia.

Grupo 3, Introducción a la Ingeniería Civil

Introducción Conceptos de Hidráulica e Ingeniería Hidráulica Reseña Histórica de la Ingeniería Hidráulica Ramas de la Ingeniería Hidráulica Funciones de un ingeniero hidráulico Aspectos positivos de la Hidráulica en la producciónde Energía.

En este proyecto les mostraremos conceptos importantes de la Ingeniería Hidráulica para que podamos dominar con mas firmeza esta rama de la Ingeniería Civil; conoceremos cuáles son los aspectos positivos de esta hermosa especialidad de la ingeniería y cómo nos beneficia a nosotros como sociedad, ya que por alguna razón importante esta rama de la ingeniería civil es la más antigua. Contamos con el aprovechamiento total de parte de ustedes acerca del contenido que presentaremos a continuación.

La hidráulica es una rama de la mecánica de fluidos y ampliamente presente en la ingeniería que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas de los líquidos. Todo esto depende de las fuerzas que se interponen con la masa a y las condiciones que esté sometido al fluido, relacionadas con la viscosidad de este.

La ingeniería Hidráulica es una de las ramas tradicionales de la Ingeniería Civil y se ocupa de la proyección y ejecución de obras relacionadas con el agua, sea para su uso, como en la obtención de energía hidráulica, la irrigación, potabilización, canalización u otras, sea para la construcción de estructuras en mares, ríos, lagos o entornos similares, incluyendo, por ejemplo, diques, represas, canales, puertos, muelles, esclusas, rompeolas, entre otras construcciones.

La

ingeniería es antigua la

Hidráulica tan como

civilización misma. Esto es evidente si se piensa en la lucha del hombre por la supervivencia, que lo obl aprender a utilizar y controlar el agua. Por esto, las civilizaciones antiguas se desarrollaron en las proximid de los grandes ríos y basaron su economía en la agricultura. Paulatinamente fueron utilizando el riego en formasprimitivas.

Rio Nilo, Egipto.

Del año 4000 al 2000 A. C. los egipcios y los fenicios ya tenían experiencias en problemas de agua, en la construcción de sus barcos y sus puertos. En ese tiempo, China, India, Pakistán, Egipto y Mesopotamia iniciaron el desarrollo de los sistemas de riego. Los chinos también experimentaron en la protección contra inundaciones, Después del alto 500 A. C. en la Grecia antigua se construyeron acueductos y se empezaron a desarrollar fórmulas para dichos sistemas; fue éste uno de los primeros intentos para la elaboración de un modelo matemático. Después, básicamente se conoce la invención del molino de viento utilizado para extraer aguas subterráneas. Ya en el siglo XVI se desarrollaron los principios de la hidráulica con científicos como Keppler y Torricelli, alrededor del año 1800 Newton, Bernouilli y Euler perfeccionaron dichas teorías

El primer modelo físico hidráulico fue construido en el año 1795 por el ingeniero Luís Jerónimo Fargue sobre un tramo del Río Garona. En el año 1885, Reynolds construyó un modelo del río Merssey, cerca de Liverpool. Él anotó que la relación existente entre la fuerza de la inercia y la fuerza de fricción interna era de gran importancia para el diseño de los modelos hidráulicos. Hoy en día, esta relación se denomina número de Reynolds, parámetro adimensional muy significativo en los modelos hidráulicos actuales. El arquitecto naval William Froude, en 1870, indicó la importancia de tal relación de la fuerza de inercia y de la fuerza de gravedad. En la actualidad ésta relación se denomina número de Froude, parámetro adimensional básico en el análisis de los modelos hidráulicos. El primer laboratorio hidráulico fue fundado en Dresden (Alemania), en 1891, por el Profesor Engels, y después de éste muchos otros aparecieron en casi todos los países del mundo; hoy en día hay más de un centenar.

Hidráulica fluvial El ingeniero hidráulico con especialización en hidráulica fluvial estudia las intervenciones del hombre sobre los ríos, ya sea para la adecuación al sistema de aprovechamientos del recurso hídrico, la disminución de riesgos de daños por inundación, o bien por la intersección del río con una obra de infraestructura (carretera, ferrocarril, conducciones, etc.).1El ingeniero fluvial debe tener también conocimientos de hidrología, transporte sólido, dinámica fluvial, y geomorfología fluvial.

•Hidráulica sanitaria La ingeniería sanitaria, por su importancia, es considerada en muchos países como una carrera separada, en otros países es considerada una especialización de la ingeniería hidráulica y la Ingeniería Civil. Se ocupa de diseñar, construir y operar sistemas de abastecimiento de agua potable, en todos sus componentes, destinados a la captación, del agua desde ríos o lagos, relacionándose aquí con la ingeniería fluvial, hasta la distribución del agua potabilizada a los usuarios; sistemas de alcantarillado sanitario y plantas de tratamiento de aguas servidas, incluyendo las estructuras destinadas a la devolución del agua ya tratada adecuadamente al ambiente. Sistemas de gestión integral de residuos sólidos.

Los ingenieros hidráulicos, tienen la función de realizar diseños, luego materializarlos y operar las obras hidráulicas, a base de investigaciones, pues esta se apoya en gran manera de los resultados experimentales. Todas las teorías importantes para la ingeniería hidráulica, a su vez son sustentadas por el uso de instrumentos matemáticos, que van modernizándose de acorde a los tiempos; de todas maneras siempre se obtiene algún coeficiente o fórmula empírica, la cual resulta ser la manera en que se resuelven los problemas prácticos, luego de haberla determinado por medio de experimentos de laboratorio, de obras construidas y de operantes.

La elaboración de grandes estructuras como son las presas, las esclusas, los canales navegables, los puertos, entre otros tipos de obras. Todo tipo de obras que se relacionan con la agricultura, pues esta es una de las especialidades de la ingeniería hidráulica, de hecho su nombre es hidráulica agrícola, en ella se realizan: sistemas de riego y dedrenaje. La crearon de obras ambientales, tales como: presas filtrantes que ayudan a controlar la erosión, defensas ribereñas y muchas más.

La Ingeniería hidráulica importante ya que nos posibilita analizar las leyes que rigen el movimiento de los líquidos y las técnicas para el mejor aprovechamiento de las aguas. También, mediante el cálculo matemático, el diseño de modelos que a pequeña escala y la experimentación con ellos, es posible determinar las características de construcción que deben de tener presas, puertos, canales, tuberías y maquinas hidráulicas como el gato y la prensa.

FIN

CUENCA HIDROGRAFICA

Cuenca hidrográfica  Unidad territorial definida por sistema hídrico, en que su corriente principal conduce sus aguas a un océano, lago u otro sistema hídrico mayor.  Espacio geográfico y ecosistema complejo y abierto, conformado, dinámicamente, por cursos de agua.

Corrientes tributarias

divisoria

Área de cuenca

Corriente principal

Mar

Punto de salida al mar

2

 En cuenca convergen diversos actores, intereses y usos: población y consumo humano; ganadería, agricultura, industria, energía, minería, etc.  Se considera como unidad de planificación y gestión del territorio.

Cuenca hidrográfica

SSV

3

Cuenca hidrográfica

SSV

4

Cuenca hidrográfica o Subcuenca: unidad de drenaje de menor superficie que una cuenca y que forma parte de ésta. o Microcuenca: mínima unidad territorial de drenaje dentro de una cuenca, y tributaria de una subcuenca.

SSV

5

Cuenca hidrográfica y cuenca hidrológica Precipitación

A B

Manto rocoso A: Divisoria hidrográfica B: Divisoria hidrológica SSV

6

Cuenca hidrográfica y cuenca hidrológica

A

B

SSV

Cuenca hidrogeológica: se refiere a cuenca de aguas subterráneas, que puede no coincidir con cuenca topográfica. Queda definida por divisoria de sistemas de flujo subterráneo. 7

Tipos de cuencas hidrográficas Según patrón de drenaje:

SSV

8

Tipos de cuencas Según evacuación de aguas: o Exorreicas: vierten sus aguas al mar o al océano. Rio La Plata; río Zaña o La Leche.

o Endorreicas: desembocan en lagos o lagunas, siempre dentro del continente. Lago Titicaca; Laguna Loriscota.

o Arreicas: aguas se evaporan o se filtran en terreno. SSV

División de cuencas Zonificación espacial por áreas homogéneas

Zonificación espacial por altitud

Parte alta

Montañas Laderas Valles

Tierras planas

Parte media

Cauce principal

Parte baja

SSV

10

División de cuencas

SSV

11

División de cuencas

SSV

12

Caracterización de cuencas  Cuenca: unidad hidrológica delimitada por

divisoria de agua, con único punto de salida;  Procesos hidrológicos deben estudiarse dentro de una cuenca;  Por ello es tan importante delimitación de cuenca de interés y su caracterización.

 Divisoria: línea que delimita área de cuenca.  Permite dividir flujo de agua hacia diferentes cauces. SSV

13

Delimitación de cuencas  Se sigue línea que une puntos más elevados (divisoria de aguas), teniendo en cuenta que líneas de flujo son perpendiculares a curvas de nivel y hasta punto emisor de aguas del río (punto de evacuación).

SSV

14

Delimitación de cuencas

SSV

15

Delimitación de cuencas

SSV

16

Delimitación de cuencas

Imagen satelital que permite visualizarSSV limites de cuenca o divisoria de aguas

17

Delimitación de cuencas - SIG

SSV

18

Sistema Pfafstetter: codificación de cuencas

SSV

1

Sistema Pfafstetter: codificación de cuencas

SSV

2

Perú: unidades hidrográficas

SSV

33

Perú: unidades hidrográficas

SSV

4

Perú: Autoridades Administrativas del Agua

SSV

5

Cuencas hidrográficas

OcoñaSSV

Namora 36

Cuencas hidrográficas

Mariño

Cañete SSV

Chili-Vitor-Quilca

37

Cuencas transfronterizas

Zarumilla y Puyango-Tumbes SSV

38

Cuencas transfronterizas

Cuenca amazónica SSV

39

Cuencas interconectadas: Chira-Piura

Cuencas interconectadas: SantaChao-Viru-Moche-Chicama

Santa SSV

41

Cuencas interconectadas: Ica-Pampas

SSV

Cuencas interconectadas: Apurimac-Colca-Chili

Cuencas: zonas de huaycos en Perú

Cuencas: zonas de huaycos (Rímac)

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Cuencas: zonas de huaycos (Rímac)

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Cuencas: zonas de huaycos (Rímac)

17

Cuencas: zonas de huaycos (Rímac)

18

Cuencas: zonas de huaycos (Rímac)

49

GRACIAS El manejo de cuencas es responsabilidad de todos… mañana puede ser demasiado tarde…

SSV

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EROSION DEL SUELO

TIPOS DE EROSIÓN

• Ojetivo: – Dar a conocer y entender los tipos de erociones, por que es causado y como ayudar a evitar la eroción

Qué es Eroción? Es el proceso de sustracción o desgaste de la roca del suelo. Cual es el concepto de Eroción?

La erosión puede ser definida, de forma amplia, como un proceso de arrastre del suelo por acción del agua o del viento; o como un proceso de desprendimiento y arrastre acelerado de las partículas de suelo causado por el agua y el viento. Esto implica la existencia de dos elementos que participan en el proceso: uno pasivo que es el suelo, y uno activo que es el agua, el viento.

• EROSIÓN NATURAL • EROSIÓN HÍDRICA • EROSIÓN EOLICA

• EROSIÓN GRAVITACIONAL • EROSIÓN GLACIAR

EROSIÓN NATURAL • Natural y progresiva: es la que se desarrolla alrededor de varios años y se desarrollan en torno de algo natural. Se le puede denominar erosión geológica. En esta erosión el proceso suele ser lento y se prolonga por millones de años, suelen intervenir la lluvia, nieve, frío, calor y viento.

EROSIÓN HÍDRICA

• En términos generales, la erosión

hídrica es aquella producida por el agua lluvia a través del golpeteo de sus gotas sobre la superficie del terreno y cambios en regímenes de humedad, generando desprendimiento y arrastre de partículas y masas de suelo.

EROSIÓN EOLICA • Es el desgaste que pueden sufrir las rocas o bien a la remoción del suelo por parte del viento. El viento, aunque no lo parezca, puede actuar como un remodelador del relieve y es capaz de llevar grandes cantidades de polvo de un punto del planeta Tierra a otro, aunque los granos de arena puede ser llevados solamente a pequeñas distancias.

EROSIÓN GRAVITACIONAL • Es la remoción en masa hacia abajo de las rocas y los sedimentos, principalmente debido a la fuerza de gravedad. El movimiento de masas es una parte importante del proceso de erosión, ya que el material se mueve a partir de las elevaciones más altas a lugares más bajos donde otros agentes de la erosión, tales como ríos y glaciares pueden recoger el material y trasladarlo a lugares aún más bajas. Los movimiento de masas son siempre procesos que ocurren continuamente en todas sus vertientes, y algunos procesos de movimiento de masas actúan muy lentamente, mientras que otros ocurren de repente, a menudo con resultados desastrosos.

EROSIÓN GLACIAR • Es el proceso de abrasión que causa el hielo al desplazarse lentamente por el terreno. Esta proceso es causado por glaciares. Durante el día, el sol (o la temperatura si es en sombría) puede derretir parte del hielo de la superficie del glaciar, convirtiendolo en agua que puede filtrarse en las rocas y congelarse a la noche. Éste hielo se expande ganando volumen, por lo tanto, crea brechas en la roca que potencialmente puede romperla.

Como evitar la erosión del suelo? El mantillo expuesto es erosionado gradualmente, por lo que la tierra pierde entre 2.5 y 5 centímetros (1 y 2 pulgadas) de tierra fértil al año. Esto se puede deber a las condiciones del clima, al lavado del mantillo a causa de lluvias copiosas, o hasta a la pérdida de la tierra suelta durante las temporadas ventosas.

PRESTA MUCHA ATENCIÓN A LO QUE BIENE

Las siguientes son maneras en las cuales se puede ayudar a prevenir que el valioso mantillo se erosione.

Paso #1

Planta pasto y cubiertas en el suelo de los jardines grandes y en las canchas deportivas. Estas son áreas que frecuentemente resultan dañadas por los vientos fuertes y las lluvias copiosas. Las raíces intactas del césped o cubierta para el suelo ayudará a retener la tierra cuando estas áreas estén expuestas a las inclemencias del clima.

Paso #2

No dejes nunca desnudos y expuestos terraplenes o jardines en pendiente. Puedes cubrirlos con guijarros o rocas para crear un efecto rocoso de apariencia natural. Alternativamente, podrías partir en capas el área arenosa para acomodar flores o arbustos, a fin de cubrir por completo el mantillo. La naturaleza o tipos de arbustos deben poder desarrollar un sistema fuerte de raíces para mantener intacto el suelo.

Paso #3

Asegúrate de que las casas y otros edificios tengan sistemas adecuados de drenaje y recolección de agua. Esto se referirá a las canaletas o tuberías que sirvan como desagües eficientes a sistemas de drenaje de alcantarillado. Durante las tormentas de lluvia fuertes, el torrente de agua arrastra consigo todo el mantillo, dejando los caminos y calles llenas de arena. Ésta eventualmente es barrida o desechada, llevando al desperdicio de tierra preciosa. Los desagües adecuados también evitarán el flujo de torrentes de agua dentro y alrededor de tu propiedad .

Paso #4

Adopta una pequeña parcela de tierra fuera de tu propiedad. Las parcelas públicas a menudo son las más descuidadas y son altamente propensas a la erosión de su suelo. Éstas incluyen a las áreas inmediatamente afuera de las paredes o alambrados. Planta flores o árboles, ya que éstos también añadirán belleza a tu entorno inmediato. Al mismo tiempo, la tierra suelta quedará protegida de las inclemencias del clima.

Paso #5

Crea consciencia entre los niños y adultos jóvenes. Puedes lograrlo involucrando a las escuelas, bibliotecas, centros comerciales o cualquier otro lugar que frecuenten los jóvenes, a fin de darles pláticas, distribuir volantes, etc. Estos eventos deben ser divertidos y estar orientados a interesar a la gente joven y que se involucre más.

Paso #6

Crea un disgusto por los espacios desnudos y abiertos alrededor de tu casa, las escuelas, las universidades, etc. Involúcrate directamente hablando con las autoridades y dándoles ideas o sugerencias sobre cómo cubrir estos espacios abiertos. Dona tus servicios en términos de tiempo, trabajo, plantado, etc., a fin de hacer tu propia contribución personal.

Paso #7

Construye un muro de contención o alambrado alrededor de tu propiedad. Esto puede servir como un rompevientos efectivo, reduciendo la posibilidad de tormentas de arena en tu área.

GRACIAS POR SU ATENCIÓN

C.E.C.M.A.

8° Grado

2014

ING. LUIS ENRIQUE ANAYA ABREGU CELULAR: 966021500

Los climas del Perú

Ing. Luis E. Anaya Abregu

El Perú está muy cerca de la línea ecuatorial. Por eso debería tener un clima cálido y lluvioso, es decir, tropical. Sin embargo, nuestro país tiene un clima muy variado por la influencia de los siguientes factores:

LA CORDILLERA DE LOS ANDES

Su gran altitud impide el paso de los vientos húmedos de la selva hacia la costa. Por ello se producen intensas lluvias en la región amazónica y muy escasas precipitaciones en la costa.

LAS CORRIENTE S MARINAS.

Ejercen influencia en el clima de la costa:

La corriente peruana o de Humboldt, de

aguas frías, ocasionando un descenso de la temperatura, ausencia de lluvias en la costa y la presencia de nubes sobre la costa.

La Corriente del Niño

La corriente del niño, de aguas cálidas, influye en la costa norte originando temperaturas elevadas y fuertes lluvias.

El Anticiclón del Pacífico Sur: De alta presión, con circulación de vientos de sur a norte, que recogen la humedad existente y la llevan a la costa, donde se condensan en forma de nubes bajas y persistentes de mayo a octubre, con alto contenido de humedad atmosférica.

El Anticiclón del Atlántico Sur Ubicado cerca de las costas argentinas y con masas de aire húmedo, y que llegan al Perú por el sudeste, con precipitaciones en el flanco andino del sur. Entre mayo y setiembre puede provocar descensos de la temperatura, conocidos como friajes.

Estos factores hacen que el Perú tenga una alta diversidad de tipos de clima: Clima semicálido muy seco o desértico: con muy pocas precipitaciones . Comprende la costa hasta los 2,000 msnm, y determina su carácter árido.

Clima cálido muy seco:

en la costa norte (Piura y Tumbes) y hasta unos 1,000 msnm. Seco, con baja precipitación (200 mm/año), y con temperaturas promedio de 24º C.

Clima templado sub-húmedo:

en la Sierra entre los 1,000 y los 3,000 msnm, con temperaturas alrededor de los 20º C; y precipitaciones entre los 500 y 1,200 mm/año.

Clima frío:

propio de los valles interandinos entre los 3,000 y 4,000 msnm. Las precipitaciones promedio están en 700 mm/año y la temperatura promedio alrededor de 12º C. Con heladas durante el invierno. Clima frígido o de puna: entre los 4,000 y 5,000 msnm. Con precipitaciones promedio de 700 mm y temperaturas promedio de 6º C. Los veranos son lluviosos y los inviernos secos.

Clima de nieve :

Encima de los 5,000 msnm y con temperaturas debajo de los 0º C. Es el clima de las altas cumbres con nieves perpetuas.

Clima semicálido muy húmedo:

en las vertientes orientales andinas, con precipitaciones sobre los 2,000 mm/año y temperaturas debajo de los 22º C. Existen variaciones locales.

Clima cálido húmedo o tropical húmedo: Predomina en la selva baja. Las

precipitaciones están alrededor de los 2,000 mm/año, y tiene temperaturas promedio de 25º C, con valores extremos encima de 30º C.

La variedad de climas permite una alta diversidad biológica y de producción.

SOCAVACION NORMAL O GENERAL Y EROSION LOCAL ALREDEDOR DE PILARES Y ESTRIBOS

Ing. Luis Anaya Abregu

SOCAVACION NORMAL O GENERAL Se entiende por socavación normal el descenso del fondo de un río que se produce al presentarse una creciente. Se origina por el aumento de la capacidad de arrastre material sólido que en ese momento adquiere la corriente, en virtud de la mayor velocidad de flujo.

SOCAVACIONENESTRECHAMIENTOS Se entiende por socavación en estrechamientos aquella que se produce por el aumento en la capacidad de arrastre de sólidos que adquiere una corriente cuando su velocidad aumenta por efecto de una reducción hidráulica en su cauce. Este efecto es particularmente importante en puentes.

SOCAVACIONENCURVAS Se entiende por socavación en curvas aquella que se produce por el aumento de la velocidad de los filetes líquidos que se desplazan hacia la parte externa de una curva. Como consecuencia de la mayor capacidad de arrastre de sólidos hacia la parte externa que interna de una curva, la profundidad de erosión es mayor en la parte del cauce exterior a la curva que en la interior.

EROSIONENMARGENES Es la erosión que las aguas de una corriente producen en los materiales térreos deleznables o solubles que formen sus orillas. El efecto es especialmente severo en crecientes, por el aumento del poder erosivo de la corriente a causa de su mayor velocidad.

EROSIONALREDEDORDEPILARES Se refiere a la socavación local que se produce en la vecindad de pilares de puentes cuando los cambios en las condiciones hidráulicas de la corriente motivados por la presencia del pilar dan lugar a que la capacidad de arrastre supere localmente al aporte de caudal sólido.

EROSIONALREDEDORDEPILARES Los parámetros que influyen en la socavación local alrededor de pilares de puentes son los siguientes: Parámetros hidráulicos: • Velocidad media de la corriente • Tirante de agua frente al pilar • Distribución de velocidades de la corriente • Dirección de la corriente respecto al eje delpilar Parámetros del fondo: • Diámetro de las partículas • Distribución granulométrica del material delfondo • Forma de las partículas sólidas • Grado de cohesión o cementación • Peso específico sumergido del material sólido • Estratificación del subsuelo

EROSIONALREDEDORDEPILARES Parámetros geométricos del pilar: • Ancho del pilar • Relación largo – ancho • Perfil de la sección horizontal del pilar (sección enplanta) Parámetros de ubicación del puente: • Contracción en la sección • Forma del río en planta • Obras de control de la descarga que se haya construido aguas arriba o aguasabajo.

CÁLCULOSDESOCAVACIÓNGENERALEN SUELOSNO COHESIVOS Los cálculos de socavación general se pueden efectuar considerando el procedimiento planteado por LischtvanLebediev, el cual se encuentra descrito de manera detallada en el Tomo III del libro de Mecánica de Suelos de Juárez Badillo y Rico Rodríguez, Noriega Limusa Editores, 1994, páginas 366-378. En el análisis de la socavación general mediante este método se hace uso de las siguientes variables definidas:

CÁLCULOSDESOCAVACIÓNGENERALEN SUELOSNO COHESIVOS Qd: caudal máximo de avenidas correspondiente a un periodo de retorno seleccionado. Be: ancho superficial del río o curso natural en la sección en estudio. Al ancho total debe descontarse el ancho efectivo de los pilares. Hm: tirante medio de la sección, el cual se obtiene dividiendo el área hidráulica entre el ancho efectivo,Be. : coeficiente de contracción, que toma en cuenta el efecto de la presencia de pilares y estribos, cuando hay un puente localizado en el tramo en análisis. Si se considera que el efecto de contracción es despreciable o no hay obstáculos en el cauce, el coeficiente que se adopta es  = 1. Los valores de  a adoptar se indican en la tabla siguiente:

CÁLCULOSDESOCAVACIÓNGENERALEN SUELOSNO COHESIVOS

: coeficiente dado por la siguiente ecuación:

Qd  5/ 3 Hm B e

donde todos los términos tiene el significado yaseñalado.

CÁLCULOSDESOCAVACIÓNGENERALEN SUELOSNO COHESIVOS Ho: profundidad máxima de la sección antes de laerosión. , beta: el coeficiente  se obtiene de la tabla A-3.2 de la referencia antes señalada.  es función de la probabilidad anual (en %)de que se presente el gasto o caudal de diseño.

CÁLCULOSDESOCAVACIÓNGENERALEN SUELOSNO COHESIVOS dm: diámetro medio (en mm) de los granos delfondo. x: exponente variable que depende del diámetro del material y que se encuentra en la tabla A-3.3 de la referencia anteriormente señalada.

CÁLCULOSDEEROSIONALREDEDORDEPILARES

CÁLCULOSDEEROSIONALREDEDORDEPILARES

CÁLCULOSDEEROSIONALREDEDORDEPILARES

SOCAVACIONLOCALENESTRIBOS Esanáloga a la erosión local en pilares. Sela distingue por algunas diferencias en los métodos teóricos y experimentales de evaluación

CÁLCULOSDESOCAVACIONAL PIE DEESTRIBOS

GRACIAS

Procedimiento para Delimitar una Cuenca Hidrográfica o Unidades Hidrográficas Por: Ing. Luis E. Anaya Abregu

Jonathan ccuno niña

CEL:977632748 https://chat.whatsapp.com/GGRQX9cHwJ77Jo1iybvX6J

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OBJETIVOS DE LA GESTION DE CUENCAS

Las acciones coordinadas que el hombre realiza considerando su efecto en sistema natural formado por una cuenca, y la dinámica de dicho sistema, tiene diferentes connotaciones. dicha coordinación de acciones se denomina de gestión de cuencas. Estas actividades de gestión tienen diferentes objetivos y reciben diferentes nombres. Los mas conocidos son: Desarrollo de cuencas, desarrollo integrado de cuencas. Manejo de cuencas, ordenamiento de cuencas. Desarrollo de recursos hídricos, administración del agua. Protección de cuencas, Recuperación de Cuencas.

LAS POBLACIONES ALTOANDINAS Actualmente la mayoría de las poblaciones no tiene un Plan de Gestión de Cuencas y es lógico que sus necesidades y problemas se agudizan, por que no existe un rumbo definido o un objetivo determinando que permita a todos los actores seguir dicho rumbo, por lo que es necesario en el mas breve plazo trabajar a este nivel en forma organizada y sobre todo participativo para combatir la pobreza extrema que aqueja la gran mayoría de nuestros pueblos. No olvidemos que gestionar es administrar nuestros recursos y el mal uso de estos juntamente con la deforestación ha originado nuestra miseria y pobreza

Los Recursos Naturales

Los suelos

El agua

La vegetación o flora natural

VERTIENTES HIDROGRAFICAS DEL PERÚ

PART ES

DE

UNA

CUENCA

Cuenca alta, que corresponde a la zona donde nace el río, el cual se desplaza por una granpendiente  Cuenca media, la parte de la cuenca en la cual hay un equilibrio entre el material sólido que llega traído por la corriente y el material que sale. Visiblemente no hayerosión.  Cuenca baja, la parte de la cuenca en la cual el material extraído de la parte alta se deposita en lo que se llama cono de deyección 

TIPOS

DE

CUENCAS

Existen tres tipos de cuencas:  Exorreicas: las aguas llegan a desaguar en los océanos cada uno de manera independiente o a través de un colector común. Un ejemplo es la cuenca delPlata, en Sudamérica.  Endorreicas: cuando los ríos no tienen salida hacia los mares, terminan perdiéndose en la parte continental ejemplo el lago Titicaca  Arreicas: ocurre cuando a pesar de existir un cauce que permite la llegada de las aguas del rio hacia el mar estas no llegan por que se filtran o evaporan en el trayecto.

FUNCIONES

DE

 Función hidrológica  Captación de agua de las

diferentes fuentes de precipitación para formar el escurrimiento de manantiales, ríos yarroyos.  Almacenamiento del agua en sus diferentes formas y tiempos deduración.  Descarga del agua como escurrimiento

LAS

CUENCAS

 Función ecológica  Provee diversidad de sitios

y rutas a lo largo de la cual se llevan a cabo interacciones entre las características de calidad física y química del agua.  Provee de hábitat para la flora y fauna que constituyen los elementos biológicos del ecosistema y tienen interacciones entre las características físicas y biológicas del agua

FUNCIONES

DE

 Función ambiental  Constituyen sumideros de  

 

CO2. Alberga bancosde germoplasma. Regula la recarga hídricay los ciclos biogeoquímicos. Conserva la biodiversidad. Mantiene la integridad y la diversidad de lossuelos

LAS

CUENCAS

 Función socioeconómica  Suministra recursos

naturales para el desarrollo de actividades productivas que  Dan sustento a la población.  Provee de un espacio para el desarrollo social y cultural de lasociedad

CUENCAS





HIDROGRÁFICAS

El Perú cuenta con un territorio que abarca sólo el 0,87% de la superficie continental del planeta pero al que le corresponde casi el 5% de las aguas dulces del planeta. Esto, que sin duda constituye una ventaja en términos de recurso, se enfrenta a la realidad que nos dice que las aguas superficiales del Perú de distribuyen de desigual formaen nuestro territorio. El relieve del Perú es como gran cuenco que permite que cualquier gota de agua que drene su territorio lo haga únicamente en tres posibles direcciones: hacia el Océano Pacífico, hacia el Océano Atlántico o hacia el lago Titicaca. Es por esta razón que hablamos de tres grandes conjuntos hidrográficos: la vertiente del Pacífico, la cuenca del Amazonas y la hoya del Titicaca. Cada una de ellas con características distintas.

DEL

PERÚ



CLASIFICACIÓN DE LAS CUENCAS HIDROGRÁFICAS DEL PERÚ Existen tres grandes agrupaciones de cuencas

hidrográficas en el Perú llamadas con propiedad vertientes:  a. La cuenca delPacifico,  b. La cuenca delAtlántico  c. La cuenca del LagoTiticaca.

 Formada por todos los VERTIENT E ríos de la Costa, que nacen en la Cordillera DEL de los Andes en su posición PACÍFICoccidental y O que vierten sus aguas en el Océano Pacífico,

razón por la cual también se le llama sistema hidrográfico de laCosta.

INTRODUCCIÓN VERTIENTE DEL PACÍFICO

VERTIENTE DEL TITICACA

VERTIENTE DEL ATLÁNTICO

CARACTERISTICAS

CARACTERISTICAS

CARACTERISTICAS

RIOS NOTABLES

RIOS NOTABLES

RIOS NOTABLES

PER Ú

Cuenta con un territorio muy bien irrigado, por presencia de g ran cantidad de ríos la conformand o

3 SISTEMAS HIDROGRÁFICOS VERTIENTE DEL PACÍFICO

Vierten sus aguas en el Océano Pacífico

VERTIENTE DEL TITICACA Vierten sus aguas en el Lago Titicaca

VERTIENTE DEL ATLÁNTICO Vierten sus aguas en el Río Amazonas

VERTIENTE DEL PACÍFICO Comprende una franja angosta franqueada por la Cordillera de los Andes y el Océano Pacífico. Abarca el 21% del territorio nacional

CARACTERISTICAS DE SUS RIOS

     Río

Nacen en la CADENA OCCIDENTAL ANDINA Son ríos de corto recorrido (cursocorto). En total hay 53 ríos Poseen régimen irregular No son navegables (excepto el

Tumbes)  Casi todos presentan desembocadura en forma de estuario.  Avanzan generalmente de E S T E A OESTE (recorrido



ÍOS

RÍOS NOTABLES RÍO MÁS LARGO

Tambo (Arequipa) 535 Km



RÍO MÁS CAUDALOSO

Río Santa(Ancash) RÍO QUE POSEE MAYOR NÚMERO DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

Rímac – Lima (5 en total)

ÚNICO RÍO NAVEGABLE Y EN FORMA DE DELTA

Río Tumbes

RÍO MÁS CONTAMINADO

Río Osmore (Moquegua)

VERTIENTE DEL TITICACA Se ubica en el sector SUR ANDINO entre las cadenas Oriental y Occidental, ocupando la Meseta del Collao (3812 m.s.n.m.) Representa el 3,8% del territorio nacional.

CARACTERISTICAS DE SUS RÍOS



internacional (Perú y Bolivia)  En total hay 16 ríos  Es una vertiente de  Son de corto recorrido carácter  No son caudalosos  Son de régimen irregular (aumentan sus aguas cuando llueve).  No son navegables  Todos presentan desembocadura en forma de estuario.  COLECTOR COMÚN: Lago Titicaca(Todos los ríos vierten sus aguas en él)

RÍOS NOTABLES

RÍO MÁS LARGO Y CAUDALOSO

Ramis (320 Km)

RÍO MÁS POBLADO

Río Coata (Juliaca)



ÚNICO RÍO EFLUENTE

Río Desaguadero (Extrae las aguas del lago hacia el Lago Poopó -Bolivia) RÍO QUE SIRVE DE LÍMITE NATURAL ENTRE PERÚ Y BOLIVIA

Río Suches

VERTIENTE DEL ATLÁNTICO Es el de mayor superficie del territorio nacional. Abarca casi el 74,5 % de nuestro territorio

CARACTERISTICAS DE SUS RIOS

R 

 ÍOS

Es una vertiente de recorrido ANDINO-AMAZÓNICO  Origen: Nudos de Pasco y Vilcanota  En total hay 19 ríos  Son ríos de gran longitud  Son caudalosos (tienen régimen regular)  Son navegables (sirven como vía de comunicación y transporte)  Puertos fluviales: IQUITOS, Pucallpa, Yurimaguas y Puerto Maldonado

RÍOS NOTABLES

RÍO MÁS LARGO

Ucayali (1771 Km)

RÍO MÁS CONTAMINADO

Río Mantaro (Actividad minera y metalúrgica de La Oroya)



RÍO MÁS LARGO Y CAUDALOSO DEL MUNDO

Río Amazonas (7062 Km)

RÍO MÁS INTERDEPARTAMENTAL

Río Marañón (6 departamentos)

HIDROLOGIA

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.

DELIMITACIÓN MANUAL DE UNA CUENCA

Línea divisoria de las aguas.

Divortium aquarium

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

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)

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

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)

Línea divisoria de las aguas.

Divortium aquarium

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

ALGUNAS CONSIDERACIONES ADICIONALES 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.

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 aquarium

PARAMETROS GEOMORFOLÓGICAS DE LA CUENCA 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

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 tramo Para 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 equivalente Es 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 la altitud 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.

Calculo de la altura media de la cuenca:

N

1 H   i i  i1 H= ALTURA MEDIA DE LA CUENCA A = AREA DE LA CUENCA

Hi = ALTURA SOBRE LA CURVA Ai = AREA SOBRE

LA CURVA

Hi  H i1 Hi  2

Ai = AREAS PARCIALES km2 1 13.3

A = A2= A3= A4= A5= A6= A7= A8= A9= A10 = A11 = A12 = A13 =

8

4.19 7.7

7.21 15.2 2 3.03

15.9 1 19.9 3 20.4 3 5.67 AREA TOTAL 0.8

2.24 1.81

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

H1 390 0 = 370 H2 = 0 H3 = 350 H4 = 0 H5 = 330 H6 = 0 H7 = 310 H8 = 0 H9 = 330 0 H10 290 = 0 H13 11 = 3129. A 117.52 5270 = = 0 H 12 ALTURA MEDIA DE LA 250 = CUENCA T

0 m.s.n.m.

235

H =

301 2

Calculo de la pendiente del cauce principal:

S

cp

 n  Li  i1    n  2 1 L i     i  1  s i 

     

2

/ 2

Scp= Pendiente del cauce principal Li = Longitud de cada tramo del cauce principal Si = Pend. de cada tramo del cauce dividido Pi = Cota del tramo mayor

Pi Pi1 Si  l i

COTAS

Pi -Pi-1

li

Si

(li2/Si)

(li2/Si)1/2

4000

200

737

0.3

3800

200

1210.17

0.2

2

3600

200

610

0.3

T

3400

200

1238.1

0.2

3

3200

200

1135.2

0.2

3000

200

1384.55

0.1

1414.77 2976.83 1065.32 3080.48 2704.54 3642.91

2800

200

1875.41

0.1

2600

200

2138.29

0.1

2400

100

2682.73

0.0

2300

92.5

1831.9

0.1

2001577.77 8861538.98 1134905.00 9489365.51 7314542.23 13270764.3 1 32980610.2 0 48884347.1 0 193077157. 9 8 66460492.4 9

TRAMO S T 1

T

T 4

T 5

T 6

T 7

T 8

T9 T1 0

SUM A

5742.87

6991.73

13895.22 8152.33

2207.5 14843.35

Scp =

8.93 % 0.30

49667.01 3

MEDICION DEL CAUDAL POR AFORO DEL RIO “LAMPA”

 La función principal de la hidrometría es proveer de

datos oportunos y veraces que una vez procesados proporcionen información adecuada para lograr una mayor eficiencia en la programación, ejecución y evaluación del manejo del agua en un sistema de riego.

1. Objetivo principal  Determinar el caudal del rio de la Ciudad de Lampa

empleando el método del flotador.  Saber y determinar la cantidad de agua que dispone la ciudad de Lampa en esta temporada del año.  Ubicar un punto del rio donde sea posible la medición del caudal, ya que esta debe cumplir con requisitos apropiados, como ser un tramo recto del rio y con una profundidad adecuada.

2. CUADRO DE DATOS Longitud

60.00m

Tiempo (segundos) T1

273.4

T2

272.0

T3

274.1

T4

271.8

T5

270.7

Promedio

272.4

Alturas

1° Sección L=11m

2° Sección L=10.8

3° Sección L= 13.0

H1

0

0

0

H2

13.4

4.7

27.0

H3

19.6

14.2

26.0

H4

23.6

29.2

28.0

H5

38.2

47.0

29.0

H6

26.7

43.1

27.7

H7

26.3

39.5

27.7

H8

12.4

34.6

27.5

H9

9.1

34.0

29.3

H10

7.8

32.5

29.5

H11

4.6

30.1

32.0

H12

4.4

31.5

34.0

H13

7.9

30.2

39.0

H14

9.8

29.8

36.7

H15

9.4

29.8

39.0

H16

8.9

27.1

42.0

H17

9.3

28.4

41.0

H18

8.2

27.3

40.8

H19

5.4

24.6

40.8

H20

4.0

22.1

38.5

H21

1.9

13.9

36.7

H22

0

7.4

33.0

0

18.8

H23 H24

32.0

H25

15.5

H26

8.5

H27

0.35

H28

0

3. Características de los instrumentos utilizados:  FLEXOMETRO:

 CORCHO:

Construido por una delgada cinta metálica flexible, dividida en unidades de medición, y que se enrolla dentro de una carcasa metálica o de plástico.

Es un material poroso e impermeable que se extrae de la corteza de la encina corchera una especie originaria del Mediterráneo occidental.

Características de los instrumentos utilizados:  CRONOMETRO:

 CUERDA:

Es un reloj cuya precisión ha sido comprobada y certificada por algún instituto o centro de control de precisión. Con el que medimos el tiempo.

Las cuerdas han sido usadas desde la edad prehistórica. Gracias al desarrollo de la cuerda se han inventado gran cantidad de cabos (nudos) con diversas utilidades.

4. Fundamento teórico 4.1. Hidrometría.  Es una parte de la hidrología que mide el volumen de

agua que circula por una sección de un conducto en un tiempo dado. El nombre deriva del griego hydro (agua) y metron (medida).Además de medir la cantidad de agua que circula por la sección de un río, tubería o canal, también se ocupa de procesar la información sobre los sistemas de riego o la distribución de agua en una ciudad, con el fin de conocer la cantidad de agua disponible y la eficiencia de su distribución.

Sistema hidrométrico. Red hidrométrica:  Es el conjunto de puntos de medición del agua de un

sistema, de forma que permita relacionar la información, y es el soporte físico de la red.

Puntos de control  Son aquellos en donde se mide el caudal.

Registro  Es el conjunto de datos recogidos. Su utilización posterior

depende del de donde se hayan tomado los datos.

Reporte  Resultado final del proceso.

4.2.IMPORTANCIA  Dotar de información para el ajuste del pronóstico de la disponibilidad

de agua. Mediante el análisis estadístico de los registros históricos de caudales de la fuente (río, aguas subterráneas, etc.), no es posible conocer los volúmenes probables de agua que podemos disponer durante los meses de duración de la campaña agrícola. Esta información es de suma importancia para la elaboración del balance hídrico, planificación de siembras y el plan de distribución del agua de riego.

 Monitorear la ejecución de la distribución. La hidrometría proporciona

los resultados que nos permiten conocer la cantidad, calidad y la oportunidad de los riegos; estableciendo si los caudales establecidos en el plan de distribución son los realmente entregados y sobre esta base decidir la modificación del plan de distribución, en caso sea necesario.

 Además de los anteriormente la hidrometría nos sirve para determinar

la eficiencia en el sistema de riego y eventualmente como información de apoyo para la solución de conflictos.

4.3. MEDICION DEL AGUA 

4.4.METODOS DE MEDICION  Método del Correntómetro. En este método la velocidad del agua se mide por medio de un instrumento llamado correntómetro que mide la velocidad en un punto dado de la masa de agua. Existen varios tipos de correntómetros, siendo los mas empleados los de hélice de los cuales hay de varios tamaños; cuando más grandes sean los caudales o más altas sean las velocidades, mayor debe ser el tamaño del aparato. Cada correntómetro debe tener un certificado de calibración en el que figura la formula para calcular la velocidad sabiendo él numero de vueltas o revoluciones de la hélice por segundo.

 Método Del Flotador  se utiliza cuando no se tiene equipos de medición y para este fin se

tiene que conocer el área de la sección y la velocidad del agua, para medir la velocidad se utiliza un flotador con el se mide la velocidad del agua de la superficie, pudiendo utilizarse como flotador cualquier cuerpo pequeño que flote: como un corcho, un pedacito de madera, una botellita lastrada, Este método se emplea en los siguientes casos:  A falta de correntómetro.  Excesiva velocidad del agua que dificulta el uso del correntómetro.  Presencia frecuente de cuerpos extraños en el curso del agua, que dificulta el uso del correntómetro.  Cuando peligra la vida del que efectúa el aforo.  Cuando peligra la integridad del correntómetro.

 Método Volumétrico.  Se emplea por lo general para caudales muy pequeños y se requiere de

un recipiente para colectar el agua. El caudal resulta de dividir el volumen de agua que se recoge en el recipiente entre el tiempo que transcurre en colectar dicho volumen. Q=V/T DONDE: Q= Caudal m3 /s V =Volumen en m3 T =Tiempo en segundos

 Método Químico.  Consiste en incorporación a la corriente de cierta

sustancia química durante un tiempo dado; tomando muestras aguas abajo donde se estime que la sustancia se haya disuelto uniformemente, para determinar la cantidad de sustancia contenida por unidad de volumen.

4.5.

AFORO CON FLOTADORES

 Para este método de aforo con flotadores se utiliza generalmente cuando no se tiene

correntómetro, existe excesiva velocidades él cause, peligros para las personas y para los equipos. La metodología consiste: - Seleccionar un tramo recto del cause entre 15 a 20 metros - Determinar el ancho del cause y las profundidades de este en tres. Calcular el área de la sección transversal Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior Donde : a, b. c profundidades del cauce B Ancho del cauce A=BxH DONDE: A =Area H =altura promedio de ( a + b + c )/ 3

 Calculo de la velocidad  Para medir la velocidad en canales o causes pequeños, se coge un tramo

recto del curso de agua y al rededor de 5 a 10 m, se deja caer el flotador al inicio del tramo que esta debidamente señalado y al centro del curso del agua en lo posible y se toma el tiempo inicial t1; luego se toma el tiempo t2, cuando el flotador alcanza el extremo final del tramo que también esta debidamente marcado; y sabiendo la distancia recorrida y el tiempo que el flotador demora en alcanzar el extremo final del tramo, se calcula la velocidad del curso de agua según la siguiente formula: V = L / T (Velocidad) L= Longitud del tramo ( aproximadamente 10 m) T= Tiempo de recorrido del flotador dos puntos

 Calculo del Caudal Q=AxV

5. PROCEDIMIENTO.  Seleccionado del rio sorteado por el docente  Reconocimiento de terreno donde se va a trabajar de un

promedio de longitud de 60 metros linéales  Punto de muestreo.

 Medición de los 60

metros del cual se va a aforar

 Medición de de la

longitud del sección de aforo no mayor a 30 metros tramo 1

 Medición de terreno

cada medio metro para la medición de profundidad máxima de perfil tramo 1

 Se encontró una altura

no mayor a 40 cm.  Medición de terreno a 30 metros tramo 2

 Medición a 30 metros

 Medición de la

longitud tramo 3

 Medición del caudal

primero se toma el tiempo de salida

 El tiempo de recorrido

 Tiempo de recorrido

de una longitud de 60 metros

 Tiempo finalizado o

de llegada

 Se encontró al rio con

una profundidad mínima el cual facilito el trabajo.

 Se finalizo el trabajo

satisfactoriamente se realizo el trabajo como si indico en las pautas de docente de hidráulica.

6. Cálculos 





7. Observaciones. 

8.recomendaciones  Tanto aguas abajo como aguas arriba, la estación de aforo debe

estar libre de la influencia depuentes, presas o cualquier otras construcciones que puedan afectar las mediciones.  El cauce del tramo recto debe estar limpio de malezas o matorrales, de piedras grandes, bancosde arenas, etc. para evitar imprecisiones en las mediciones de agua. Estos obstáculos hacenmás imprecisas las mediciones en épocas de estiaje.  Para lograr un mejor cálculo del área de la sección transversal se deberá contar con una cinta métrica que se encentre en buen estado  Para lograr una mejor medición de la velocidad se deberá corregir por el factor de corrección que en este caso será 0.17.

9. Conclusiones  Si se hace un aforamiento en una zona más profunda,

se obtendrán datos más exactos.  Mientras la zona a aforar tenga más vegetación será más difícil la medición del rio o arroyo  Esta es la manera más sencilla y más práctica de medir un rio o arroyo

DGIAR

Dirección General de Infraestructura Agraria y Riego

Manual Nº 5 Medición de agua

MINISTERIO DE AGRICULTURA Y RIEGO VICEMINISTERIO DE DESARROLLO DE INFRAESTRUCTURA AGRARIA Y RIEGO DIRECCIÓN GENERAL DE INFRAESTRUCTURA AGRARIA Y RIEGO - DGIAR La Dirección General de Infraestructura Agraria y Riego –DGIAR, tiene entre sus funciones normar respecto a proyectos de riego, elaborar guías y manuales de riego, así como realizar la capacitación a los agricultores. Av. Guillermo Prescott Nº 490 San Isidro - Lima Teléfono: (01) 2015070 Ministro de Agricultura Eco. Juan Manuel Benites Ramos Viceministro de Políticas Agrarias Eco. César Sotomayor Calderón Viceministro de Desarrollo e Infraestructura Agraria y Riego Ing. Jorge Montenegro Chavesta Director de la Dirección General de Infraestructura Agraria y Riego Ing. Luis Alberto Cornejo Navarretty Elaborado por la Coordinación de Estudios de la DGIAR Coordinador Especialistas Apoyo

: Ing. Alberto Nuñez Leonardo : Ing. Ángel Rosales Rivera Ing. Raúl Caro Díaz Econ. Luz de María Gamarra Alegre : Bach. Enzo Pablo Hurtado Mena

Participación de la Autoridad Nacional del Agua –ANA Ing. Luis Apolinario Torres

Primera Edición : 200 ejemplares, Octubre 2014 Segunda Edición : 200 ejemplares, Setiembre 2015

Dirección General de Infraestructura Agraria y Riego - DGIAR

INTRODUCCIÓN

El Ministerio de Agricultura y Riego - MINAGRI, a través de la Dirección General de Infraestructura Agraria y Riego - DGIAR y de las unidades ejecutoras del Sector como: PSI, AGRO RURAL y 9 Proyectos Especiales, vienen ejecutando proyectos de riego, a fin de mejorar e incrementar la producción agrícola del país. Los estudios post-ejecución de los proyectos de riego han demostrado que los agricultores requieren ser capacitados en la medición de caudales en sus sistemas de riego. Para ello deben aprender a aforar o medir la cantidad de agua que pasa en su canal, bocatoma y canales de distribución y demás estructuras hidráulicas. Este manual tiene como propósito, proveer de información básica necesaria para la capacitación en MEDICIÓN DE CAUDALES para las organizaciones de riego y podrán a través del presente manual, tener los criterios básicos para realizar la medición del agua en sus sistemas de riego.

Medición de Agua

1

AFOROS O MEDICIONES DE CAUDALES EN CANALES. Para el agricultor que dispone de agua para regar es importante conocer la cantidad de agua (caudal) que recibe en el predio, la que transportan los canales, o poder determinar el caudal que entregan algunas estructuras como los sifones, por lo que se ha estimado conveniente dar a conocer algunos métodos.

MÉTODO DEL FLOTADOR. Este método es el más sencillo, pero sólo permite estimar en forma aproximada el caudal. l Se debe estimar la velocidad del agua y el área del canal. l El Cálculo del caudal estimado se determina mediante la siguiente expresión matemática:

l

Q= Fc x A x (L/T) Donde: Q L A T Fc

= = = = =

es el caudal, en m3/s es la longitud entre el Pto. A y B en metros es el área, en m2 es el tiempo promedio en segundos es el factor de corrección

Donde Fc es un factor de corrección relacionado con la velocidad. El valor de Fc se debe seleccionar de acuerdo al tipo de río o canal y a la profundidad del mismo, de acuerdo a los valores del siguiente cuadro:

2

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Cuadro 1. Determinación de Factor de Corrección Fc para cálculo de caudales por el método del Flotador

TIPO DE CAUCE

FACTOR DE CORRECCIÓN FC

Canal revestido en concreto, profundidad del agua > 15

0.8

Canal en Tierra, profundidad del agua > 15 cm

0.7

Riachuelos profundidad del agua > 15 cm

0.5

Canales de tierra profundidad del agua < 15 cm.

0.25 – 0.5

El valor promedio obtenido del caudal de agua estudiada permitirá no sólo conocer el volumen de agua del que se dispone por unidad de tiempo, información importante a la hora de tomar decisiones sobre posibles proyectos de riego. Para ello debemos seguir los siguientes pasos: a) Primer Paso: Seleccionar el lugar adecuado. Se selecciona en el río o canal un tramo recto y uniforme, de preferencia sin piedras grandes, ni troncos de árboles, en el que el agua fluya libremente, sin turbulencias, ni impedimentos, que sea recto y de sección transversal uniforme, cuya longitud de ser alrededor de 5 a 10 metros de largo, donde el agua escurra libremente. Midiendo con una wincha (ver Figura 1).

Medición de Agua

3

Figura 1. Elegir un sector del canal lo más recto posible y medir entre 5 y 10 metros

En el tramo seleccionado ubicar dos puntos A (de inicio) y B (de llegada), en el que deberán colocar estacado en los extremos del canal o cauce, respectivamente.

Figura 2. Marcar con alambre o cordel sobre el canal el inicio y el término del sector a medir.

4

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b) Segundo Paso: Medición del área del cauce o canal Se divide el ancho del cauce o canal en tramos iguales pueden ser cada 10 a 40 cm según el ancho.

Figura 3. Medir el ancho del canal

Para determinar los puntos donde se medirá la altura del agua; en el ejemplo estos puntos están a 30 cm (ver Figura 4).

h0

h4 h1

h2

h3

Figura 4. Hacer divisiones entre 25 y 40 cm y medir la profundidad del agua

Medición de Agua

5

Para ello se determina lo siguiente: El ancho se divide en tramos iguales e siendo ei y ef diferentes por tener mayormente secciones trapezoidales. De la figura 4, se tiene los datos medidos:

espacios

metros

Profundidad

Cantidad (m)

e0

0.0

h0

0.0

e1

0.30

h1

0.12

e2

0.30

h2

0.25

e3

0.30

h3

0.18

e4

0.0

h4

0.0

e5

h5

e

h6

Calculo de las áreas: En este caso de tendrá que calcular 4 áreas el mismo que guarda relación con los espacios ei. El área se calcula como un trapecio recto. espacio

h0 h1

Área i = (h0 + h1) * e 2 6

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espacios metros Profundidad Cantidad (m) Área Parcial e0

0

h0

0

0

e1

0.3

h1

0.12

0.018

e2

0.3

h2

0.25

0.0555

e3

0.3

h3

0.18

0.0645

e4

0.3

h4

0

0.027

e5

h5

e

h6 Área total (m2)

0.165

El área de la sección media es A= 0.165 m2

c) Tercer paso: Medición de la Velocidad del agua (V). En el paso 1, determinamos la Longitud entre el punto A y B, para nuestro caso L= 10.00 m Ahora procederemos a seguir las pautas de la Figura 5 al 7, repitiendo al menos 5 veces la medida del tiempo, que demora al flotador en recorrer los 10 metros.

Medición de Agua

7

Figura 5. Lanzar el flotador al canal 3 metros antes del punto A .

Figura 6. Cuando el flotador pasa por la línea del punto inicial A avisara con un grito al personal que se ubica en el Punto de la Línea B para que inicie el conteo a través de un cronometro de tiempo. .

8

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Figura 7.

Cuando el flotador pasa por la segunda medida, se termina de tomar el tiempo. Se recupera el flotador. Con el tiempo determinado se apunta en el cuaderno, esta acción se realiza mínimo 5 veces

.

Cálculo de Tiempo promedio de recorrido del flotador: Tiempo

Segundos.

T1

69

T2

63

T3

66

T4

68

T5

65

Tiempo promedio (Tp)

66.20

Cálculo de la Velocidad V= L / Tp (m) = 0.15 m/s. V = 10 66.20 (seg)

Medición de Agua

9

Cálculo del Caudal Q: Q= fc x A x V Considerando que la sección presenta un canal en tierra mayor de 15 cm del cuadro 1 consideramos el valor de 0.7 El

fc= 0.7

Reemplazando los valores calculados determinamos el caudal aforado. Q = 0.7 x 0.165 (m2)x 0.15 (m/s) Q = 0.017 m3/s. Q = 17 l/s.

10

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Medición de Agua

11

MÉTODO VOLUMÉTRICO. La aplicación de este método es para determinar caudales de manantiales, es decir caudales muy pequeños, que en proyectos de riego se utiliza para poder determinar la capacidad de un reservorio nocturno a ser almacenado con agua de manantiales.

Este método se basa en medir el tiempo que demora en llenarse un balde de un volumen conocido. Al dividir la capacidad del balde (litros) por el tiempo empleado (segundos) se obtiene el caudal en l/s, como se indica en la siguiente fórmula:

Caudal (l/s) Q =

12

Volumen del balde (litros) Tiempo que demora en llenarse (s)

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Como toda el agua se debe recibir en un balde u otro recipiente, este método sirve para medir caudales no muy grandes, como el caudal de manantiales, reservorios, sifones, caja de distribución, caudal en un surco, la descarga de algunos aspersores, salidas de sistemas californianos.

CASO A: Cuando no se conoce el volumen del recipiente. Cuando se tiene baldes y no se sabe cuánto es el volumen, ésta se debe calcular mediante la siguiente expresión:

Vol= 3.1416 x h (R2 + r2+Rr)

Medición de Agua

13

El balde se voltea hacia abajo y se mide de la siguiente forma con una wincha :

Radio menor r = 0.10 m. Radio Mayor R = 0.15 m. Profundidad del balde h = 0.30 Volumen = 3.1516 x 0.30 (0.152 + 0.102+ 0.15 x 0.10) 3 Volumen = 0.00149226 m3 Si : 1 m3 = 1000 litros. Entonces el Volumen en Litros. Sera Volumen = 0.0149226 x 1000 = 14.92 litros

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b) Determinación del Tiempo de llenado (T) Para determinar el tiempo de llenado del recipiente se debe considerar como medición 5 mediciones a fin de determinar un tiempo promedio

Tiempo de llenado

Segundos.

T1

5.9

T2

6.1

T3

6.1

T4

6.2

T5

5.9

Tiempo promedio (T)

6.04

Calculo del Caudal V= Volumen = Tiempo

Medición de Agua

14.92 l = 2.47 l/s 6.04 s

15

CASO B: Cuando se tiene determinado el Volumen del recipiente Se puede determinar el caudal, para recipientes con volúmenes conocidos de 5, 10 y 20 l, y se determina el tiempo promedio que demora en llenarse el balde, el mismo que es determinado con cronómetro. Con estos dos datos se puede determinar en el cuadro 3 el caudal en relación al tiempo y volumen. Cuadro 3. Tabla para determinar el caudal (l/s) según el tiempo empleado para llenar distintos volúmenes

Ejemplo: Si el balde tiene un volumen de 10 litros y el tiempo de llenado promedio determinado es T= 6 segundos. Entonces del cuadro 3, se puede determinar que el caudal es 1.67 l/s. 16

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PARA SABER CUANTA AGUA ENTRA A TU PARCELA. AFORADOR RBC. El aforador RBC fue desarrollado por Replogle, Bos y Clemmens en 1984. El cual constituye una estructura portátil para la medición de caudales basada en el funcionamiento de provocar un flujo de régimen crítico. El Aforador RBC tiene varias aplicaciones, en canales pequeños de tierra, canales parcelarios, pequeños cursos de agua; con el propósito de realizar estudios y/o evaluaciones sobre eficiencias en sistemas de riego. Su uso es muy aplicado a nivel parcelario y en pequeños canales cuyo caudal máximo a medir es de 50 l/s.

Medición de Agua

17

CONDICIONES PREVIAS PARA SU USO.

18

l

La zonas aguas arriba del RBC debe ser recto y de sección uniforme, por lo menos en una distancia 10 veces el ancho del canal.

l

El flujo de agua debe ser lento es decir flujo subcrítico y caudal menor a 50 l/s.

l

El aforador debe estar nivelado en sección transversal y longitudinal.

l

Aguas abajo del aforador no deben existir compuertas u otras estructuras a una distancia no menor de 5 metros para no afectar la condición de descarga libre del aforador.

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CONSTRUYE TU AFORADOR RBC

DIMENSIONES

Medición de Agua

19

20

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Medición de Agua

21

22

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REQUERIMIENTO DE PERSONAL Y EQUIPOS. El requerimiento de personal está en función al caudal a aforar: l

Se requiere 1 persona para aforar caudales hasta 12 lt/seg.

l

Se requiere 2 personas para aforar caudales hasta 24 lt/seg.

l

Se requiere 4 personas para aforar caudales hasta 50 lt/seg.

l

La lectura debe ser realizada por una sola persona.

Materiales y equipos: l

Aforador RBC portátil.

l

Nivel de Albañil.

l

Pico de pato o azadón o lampa.

l

Plásticos (Para impermeabilizar)

Medición de Agua

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PROCEDIMIENTO DE AFORO CON RBC. Paso 1. Limpiar la solera del canal y regularizar las paredes del mismo aguas arriba del aforador. En caso de ser necesario.

Paso 2. Limpiar el lugar del canal donde se colocara el aforador con pico de pato o azadón o lampa, luego colocar el aforador en la sección del canal hasta que la base del aforador quede al mismo nivel de la solera canal, ello evitara que se genere turbulencias el cual no permitirá una lectura adecuada del caudal en la regla limnimétrica.

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Paso 3. Nivelar el aforador Para ello se debe colocar primero el nivel en forma longitudinal en cada lado y posteriormente en forma transversal, en caso de requerir acomodar golpear en los puntos indicados en las siguientes vistas

Figura 8. Aforador RBC verificando nivelación transversal

Figura 9. Golpear despacio en los puntos para que quede nivelado el aforador RBC Medición de Agua

25

Paso 4. Impermeabilizar cuidadosamente con plástico o materiales de la zona como Champa (tierra con hierbas), los laterales entre el aforador y las paredes del canal a fin de evitar las filtraciones.

TOMA DE DATOS. Una vez instalado el aforador :

26

l

Hay que inspeccionar después de 15 a 30 minutos el flujo que presenta en el aforador no exista turbulencia y filtraciones por los laterales. Si ello está bien continuar en caso contrario evaluar el origen de la turbulencia ya que el flujo debe ser estable.

l

Verificar visualmente que el nivel aguas abajo del aforador no sobrepase el 50% del nivel aguas arriba en caso contrario buscar un mejor lugar.

l

Tomar los datos del caudal según la lectura de la regla limnimétrica y el tiempo correspondiente a cada lectura realizada

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l

La regla limnimétrica ha sido antes calibrada para determinar el caudal, el cual directamente nos indica el caudal.

l

Una vez instalado el aforador RBC, simplemente observar la regla graduada del RBC y determinar el caudal que ingresa.

Por ejemplo. En la siguiente figura se puede apreciar que pasa un caudal de 4,4 l/s.

Medición de Agua

27

VOLUMEN DE AGUA APLICADA A TU PARCELA. l

Una vez instalado el aforador RBC, simplemente observar la regla graduada del RBC y determinar el caudal que ingresa.

l

Tomar con un reloj simple la hora que inicias y la hora que terminas.

l

Como tienes caudal que ingresa, tiempo que has utilizado en regar tu chacra, determinas el volumen ingresado multiplicando el caudal por el tiempo.

EJEMPLO: Datos: 2 l Mi área a regar tiene A= ¼ hectárea =2,500 m l Del aforador RBC : 3 l Caudal que ingresa = 8 l/s = 0.008 m /s. l Hora de inicio = 10.30 a.m. l Hora de termino = 13.30 p.m. l Tiempo real = 3 horas, es decir 10,800 s. El volumen (V) utilizado en regar ha sido: Volumen: V=QxT V = 0.008 m3/s x 10,800 s= 86.4 m3

28

“Desarrollar capacidades en las organizaciones de usuarios para el uso adecuado y eficiente del agua de riego”

CAPACITACIÓN Serie de Manuales: Manual Nº 1 : Organización de Usuarios de Agua con fines agrarios Manual Nº 2 : Operación de Infraestructura de Sistemas de Riego Manual Nº 3 : Mantenimiento de Infraestructura de Sistemas de Riego Manual Nº 4 : Riego Parcelario Manual Nº 5 : Medición de Agua

www.minagri.gob.pe Dirección General de Infraestructura Agraria y Riego Av. Guillermo Prescott Nº 490 - San Isidro - Lima Tlf. (01) 2015070

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Capítulo 4 GEOMORFOLOGIA DE CUENCAS

En las ciencias de la tierra ha sido reconocida la dependencia de la geomorfología en la interacción de la geología, el clima y el movimiento del agua sobre la tierra. Esta interacción es de gran complejidad y prácticamente imposible de ser concretada en modelos determinísticos, y se debe tomar como un proceso de comportamiento mixto con una fuerte componente estocástica. Las características físicas de una cuenca forman un conjunto que influye profundamente en el comportamiento hidrológico de dicha zona tanto a nivel de las excitaciones como de las respuestas de la cuenca tomada como un sistema. Así pues, el estudio sistemático de los parámetros físicos de las cuencas es de gran utilidad práctica en la ingeniería de la Hidrología, pues con base en ellos se puede lograr una transferencia de información de un sitio a otro, donde exista poca información: bien sea que fallen datos, bien que haya carencia total de información de registros hidrológicos, si existe cierta semejanza geomorfológica y climática de las zonas en cuestión.

4.1 CARACTERISTICAS GEOMORFOLOGICAS DE UNA CUENCA HIDROGRAFICA

Para el estudio y determinación de los parámetros geomorfológicos se precisa de la 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 2 de un tamaño superior a los 100 km un plano topográfico en escala 1:100.000 es suficiente para las metas pretendidas en el análisis general del sistema de una cuenca. Obviamente, los trabajos tendientes a un mismo estudio regional

deberán efectuarse sobre planos de una misma escala y preferiblemente que hayan sido elaborados bajo los mismos criterios cartográficos. De esta forma se podría contar con resultados homogéneos que podrían ser comparados en estudios posteriores al estudio mismo de las cuencas. Al iniciar un estudio geomorfológico se debe empezar por la ubicación de los puntos donde existan en los ríos las estaciones de aforo, para así tener un estudio completo de las variables coexistentes en la cuenca: tanto en las excitaciones y el sistema físico, como en las respuestas del sistema de la hoya hidrográfica. Toda cuenca en estudio debe estar delimitada en cuanto a su río principal tanto aguas abajo como aguas arriba. Aguas abajo idealmente por la estación de aforo más cercana a los límites de la cuenca en que se está interesado. (Siendo el punto de la estación el punto más bajo en el perfil del río y en el borde de la cuenca de interés). Aguas arriba por otra estación que sea el punto más alto en el perfil del río donde se incluya el área en estudio, o por las cabeceras del río si es el caso del estudio de la cuenca desde el nacimiento. Las características geomorfológicas que se van a estudiar en este capítulo son las siguientes (citadas en orden del análisis posterior): Area, longitud de la cuenca y su perímetro, pendiente promedia de la cuenca, curva hipsométrica, histograma de frecuencias altimétricas, altura y elevación promedia, relación de bifurcación de los canales, densidad de drenaje, perfil y pendiente promedia del cauce principal y coeficiente de cubrimiento de bosques. 4.1.1

Area de la cuenca (A).

El área de la cuenca es probablemente la característica geomorfológica más importante para el diseño. Está definida como la proyección horizontal de toda el área de drenaje de un sistema de escorrentía dirigido directa o indirectamente a un mismo cauce natural.

Es de mucho interés discutir un poco sobre la determinación de la línea de contorno o de divorcio de la cuenca. realmente la definición de dicha línea no es clara ni única, pues puede existir dos líneas de divorcio: una para las aguas superficiales que sería la topográfica y otra para las aguas subsuperficiales, línea que sería determinada en función de los perfiles de la estructura geológica, fundamentalmente por los pisos impermeables (Fig 4.1).

FIGURA 4.1 Divisoria de aguas superficiales y de aguas subterráneas. Para efectos de balance hídrico si se presenta una situación como la mostrada en la figura 4.1, el área superficial puede ser mucho menor que el área total contribuyente al caudal de un río. Si se presentan estructuras geológicas que favorecen la infiltración de aguas de otras cuencas, es necesario tener en cuenta estos aportes que pueden ser bastante significativos. Frecuentemente se desea analizar una cuenca de gran tamaño y muchas veces es necesario dividirla en subcuencas o subsistemas dependiendo de las metas en estudio del proyecto determinado. El área es un parámetro geomorfológico muy importante. Su importancia radica en las siguientes razones: a)Es un valor que se utilizará para muchos cálculos en varios modelos hidrológicos.

b) Para una misma región hidrológica o regiones similares, se puede decir que a mayor área mayor caudal medio. c) Bajo las mismas condiciones hidrológicas, cuencas con áreas mayores producen hidrógrafas con variaciones en el tiempo más suaves y más llanas. Sin embargo, en cuencas grandes, se pueden dar hidrógrafas picudas cuando la precipitación fué intensa y en las cercanías, aguas arriba, de la estación de aforo. d) El área de las cuencas se relaciona en forma inversa con la relación entre caudales extremos: mínimos/máximos. La tabla 4.1 muestra estas relaciones para el río Rhin, el río Magdalena, a la altura de Neiva y el río Tenche, cerca de la desembocadura de la quebrada Montera en Antioquia. TABLA 4.1 Relaciones entre Qmin /Q max en algunos rios Río

Area Cuenca 2 Km

Caudal Mínimo 3 m /s

Caudal Máximo

Rhin

160000

500

12000

1/24

Magdalena

16500

84

6090

1/72

Tenche

85.4

0.3

295

1/983

Qmin/Qmax

3

m /s

La tabla 4.2 presenta las relaciones Qmin/Qmax encontradas para algunas estaciones limnigráficas localizadas en el departamento de Antioquia (Colombia). El área de la cuenca, A, se relaciona con la media de los caudales máximos,Q, así: Q = C An

(4.1)

TABLA 4.2 Relaciones entre Qmin /Qmax para algunas cuencas de

Antioquia Estación

Corriente

Area Km3 21.7 101.8 241.5 323.8 590 766.8

PP-10 La Víbora La Víbora PRN-3 Cruces Anorí Chigorodo Chigorodó PRN-1 Charcon Anorí RN-10 Puerto Belo San Carlos PSB-2 La San Bartolomé Guarquina RMS-14 Yarumito Medellín 1080.4 PSB-3 La Honda San Bartolomé 1713.8 PP-3 Playa Dura Porce 3755.5 La Esperanza Nechí 14449.4 La Coquera Cauca 43143.6 Las Flores Cauca 58072.8

Qmax m3/s 122.3 869.5 284.3 546.5 586.9 247.1

Qmin m3/s 0.42 3.4 2.27 8.48 17.11 10.41

Qmin/Qma x 1/292 1/256 1/126 1/64 1/34 1/24

295.2 352.1 582.4 1858.0 2932.3 3514.4

16.22 27.18 75.22 279.47 557.34 807.24

1/18 1/13 1/8 1/7 1/5 1/4

C y n son constantes. Al graficar esta relación en papel doblemente logarítmico se obtiene una recta de pendiente n. Según Leopold (1964) n (factor de Leopold) varía entre 0.65 y 0.80 con un valor promedio de 0.75. Para la zona del río Negro en el departamento de Antioquia, se halló la ecuación que relacionaba estas variables así (Vélez, Smith, Perez ): Q=100.146 .A 0.716

(4.2)

Donde : 2 A: área de la cuenca en km 3 Q: media de los caudales máximos instantáneos en m /s. Johnston y Cross (en Eagleson 1970) consideran que si dos cuencas hidrográficas son hidráulicamente semejantes en todos sus aspectos se cumple la siguiente relación:

3

Q1  A1  4 =   Q2  A 2 

(4.3)

Evaluando la ecuación 4.3 en el departamento del Quindío (Colombia) con dos estaciones limnigráficas, una aguas abajo de la otra, ubicadas en el río Quindío se encuentra un exponente entre 0.34-0.35. Las áreas y los caudales máximos medios multianuales correspondientes a esas dos estaciones son:. Estación Area [Km²] Bocatoma Callelarga

155.20 657.02

Media de los caudales Máximos [m³/s] 38.92 110.64

Estadísticamente se ha demostrado que el factor "área" es el más importante en las relaciones entre escorrentía y las características de una cuenca. Esto se puede afirmar por el alto valor de los coeficientes de correlación cuando se grafica escorrentía respecto al área. Pero hay otros parámetros que también tienen su influencia en la escorrentía como la pendiente del canal, la pendiente de la cuenca, la vegetación y la densidad de drenaje. En hidrología, para el cálculo de las áreas, se puede emplear el planímetro. Sin embargo actualmente se usan más y más los computadores para hallar este parámetro. La divisoria de la cuenca se puede delimitar indicando la longitud y latitud de los puntos a lo largo de ésa, asumiendo que entre ellos la línea que los une es una línea recta. El área será entonces, la encerrada por la serie de segmentos así obtenidos y es calculada por la mayoría de los software existentes en el mercado usando los principios de la trigonometría. Generalmente se trabaja 2 con una sola cifra décimal, cuando las cuencas tienen áreas de km . Este parámetro se simboliza con la letra mayúscula A.

4.1.2

Longitud, perímetro y ancho.

La longitud, L, de la cuenca puede estar definida como la distancia horizontal del río principal entre un punto aguas abajo (estación de aforo) y otro punto aguas arriba donde la tendencia general del río principal corte la línea de contorno de la cuenca (figura 4.2)

FIGURA 4.2 Longitud y perímetro de una cuenca El perímetro de la cuenca o la longitud de la línea de divorcio de la hoya es un parámetro importante, pues en conexión con el área nos puede decir algo sobre la forma de la cuenca. Usualmente este parámetro físico es simbolizado por la mayúscula P. El ancho se define como la relación entre el área (A) y la longitud de la cuenca (L) y se designa por la letra W. De forma que: W=

A L

(4.4)

4.1.3 Parámetros de forma de la cuenca Dada la importancia de la configuración de las cuencas, se trata de cuantificar estas características por medio de índices o coeficientes, los cuales relacionan el movimiento del agua y las respuestas de la cuenca a tal movimiento (hidrógrafa). En la figura 4.3 vemos varias hidrógrafas para cuencas con la misma área y diferentes formas ante una lámina precipitada igual. Parece claro que existe una fuerte componente probabilística en la determinación de una cuenca mediante sus parámetros y las características de la red de drenaje. Por esta razón se han buscado relaciones de similitud geométrica entre las características medias de una cuenca y de su red de canales con esas de otras cuencas. Los principales factores de forma son: 4.1.3.1 Factores de forma de Horton. Las observaciones de un buen número de cuencas reales en todo el mundo permiten establecer la siguiente relación entre el área de la cuenca A y el área de un cuadrado de longitud L, siendo L la longitud del cauce principal: A

-0.136

L

2

=A 2

(4.5)

Despejando el valor de L se tiene: L = 1.41 A0.568

(4.6)

FIGURA 4.3 Hidrógrafas según la forma de la cuenca El área en millas cuadradas. Esta ecuación muestra que las cuencas no son 2 similares en forma. A medida que el área aumenta, su relación A/L disminuye, lo cual indica una tendencia al alargamiento en cuencas grandes. La forma de la cuenca afecta los hidrogramas de caudales máximos, por lo que se han hecho numerosos esfuerzos para tratar de cuantificar ester efecto por medio de un valor numérico. Horton sugirió un factor adimensional de forma Rf,como índice de la forma de una cuenca así: Rf =

A L2b

(4.7)

Donde A es el área de la cuenca y L es la longitud de la misma, medida desde la salida hasta el límite de la hoya, cerca de la cabecera del cauce más largo, a lo largo de una línea recta. Este índice y su recíproco han sido usados como indicadores de la forma del hidrograma unitario.

4.1.3.2 Coeficiente de compacidad o índice de Gravelius. Este está definido como la relación entre el perímetro P y el perímetro de un círculo que contenga la misma área A de la cuenca hidrográfica: K = 0.282

P A

(4.7)

donde R es el radio del círculo equivalente en área a la cuenca. Por la forma como fue definido: K≥ 1. Obviamente para el caso K = 1, obtenemos una cuenca circular. La razón para usar la relación del área equivalente a la ocupada por un círculo es porque una cuenca circular tiene mayores posibilidades de producir avenidas superiores dada su simetría. Sin embargo, este índice de forma ha sido criticado pues las cuencas en general tienden a tener la forma de pera. 4.1.4 Parámetros relativos al relieve. Son muy importantes ya que el relieve de una cuenca puede tener más influencia sobre la respuesta hidrológica que la forma misma de la cuenca. Los parámetros relativos al relieve son: 4.1.4.1 Pendiente promedia de la cuenca. Este parámetro es de importancia pues da un índice de la velocidad media de la escorrentía y su poder de arrastre y de la erosión sobre la cuenca. Uno de los métodos más representativos para el cálculo es el muestreo aleatorio por medio de una cuadrícula; llevando las intersecciones de la cuadrícula sobre el plano topográfico y calculando la pendiente para todos puntos arbitrariamente escogidos ver figura 4.4. Con todos estos valores se puede construir un histograma de pendientes que permite estimar el valor

medio y la desviación estándar del muestreo de las pendientes. Las pendientes para los puntos dados por las intersecciones de la cuadrícula se calculan teniendo en cuenta la diferencia de las dos curvas de nivel entre las cuales el punto quedó ubicado y dividiéndola por la distancia horizontal menor entre las dos curvas de nivel, pasando por el punto ya determinado. Otro método bastante utilizado es el siguiente: se monta sobre la cuenca una cuadrícula de tamaño conveniente. Se cuentan los cortes de las curvas de nivel con los ejes horizontal y vertical de la cuadrícula respectivamente y se tiene: Sh =

nh h Lh

Sv =

nvh Lv

(4.8)

(4.9)

donde: h es la diferencia de cotas entre curvas de nivel. nh es el número de cruces de las curvas de nivel con líneas de igual coordenada este. nv es el número de cruces de las curvas de nivel con líneas de igual coordenada norte. Sh y Sv son la pendiente horizontal y vertical de la cuenca respectivamente. Se tiene entonces que la pendiente promedia es:

+ S = Se Sn x100 % 2

(4.9)

Sin embargo este método es bastante dependiente de la orientación que se le de a la cuadrícula de referencia.

FIGURA 4.4. Método para hallar la pendiente S, en una cuenca 4.1.4.2 Curva hipsométrica. Esta curva representa el área drenada variando con la altura de la superficie de la cuenca. También podría verse como la variación media del relieve de la hoya. La curva hipsométrica se construye llevando al eje de las abscisas los valores de 2 la superficie drenada proyectada en km o en porcentaje, obtenida hasta un determinado nivel, el cual se lleva al eje de las ordenadas, generalmente en metros. Normalmente se puede decir que los dos extremos de la curva tienen variaciones abruptas. La función hipsométrica es una forma conveniente y objetiva de describir la relación entre la propiedad altimétrica de la cuenca en un plano y su elevación. Es posible convertir la curva hipsométrica en función adimensional usando en lugar de valores totales en los ejes, valores relativos: dividiendo la altura y el área por sus respectivos valores máximos. (Figura 4.5). El gráfico adimensional es

muy útil en hidrología para el estudio de similitud entre dos cuencas, cuando ellas presentan variaciones de la precipitación y de la evaporación con la altura. Las curvas hipsométricas también han sido asociadas con las edades de los ríos de las respectivas cuencas, figura 4.5.

FIGURA 4.5 Curvas hipsométricas características 4.1.4.3 Histograma de frecuencias altimétricas. 2

Es la representación de la superficie, en km o en porcentaje, comprendida entre dos niveles, siendo la marca de clase el promedio de las alturas. De esta forma, con diferentes niveles se puede formar el histograma. Este diagrama de barras puede ser obtenido de los mismos datos de la curva hipsométrica. Realmente contiene la misma información de ésta pero con una representación diferente, dándonos una idea probabilística de la variación de la altura en la cuenca, figura 4.6.

Porcentaje del Intervalo

0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 10001500

15001600

16001700

17001800

18001900

19002000

Intervalo de Alturas

FIGURA 4.6 Histograma de frecuencias altímetricas. 4.1.4.4 Altura y elevación promedia del relieve. La elevación promedia en una cuenca tiene especial interés en zonas montañosas pues nos puede dar una idea de la climatología de la región, basándonos en un patrón general climático de la zona. La elevación promedia está referida al nivel del mar. Este valor puede ser encontrado usando la curva hipsométrica o el histograma de frecuencias altimétricas. La estimación por una media aritmética ponderada en el caso del histograma, o de la curva hipsométrica calculando el área bajo la curva y dividiéndola por el área total. La altura media, H, es la elevación promedia referida al nivel de la estación de aforo de la boca de la cuenca. 4.1.4.5 Perfil altimétrico del cauce principal y su pendiente promedia. El perfil altimétrico es simplemente el gráfico de altura en función de la longitud a lo largo del río principal. Con base en la forma del perfil altimétrico del río se puede inferir rasgos

generales de la respuesta hidrológica de la cuenca en su expresión de la hidrógrafa, o sea, la variación del caudal con el tiempo. También los perfiles se usan para estudios de: prefactibilidad de proyectos hidroeléctricos, producción de sedimentos, ubicación de posibles sitios susceptibles de avalanchas, etc. Generalmente cuencas con pendientes altas en el cauce principal tienden a tener hidrógrafas más picudas y más cortas que cuencas con pendientes menores.

Figura 4.7 Hidrógrafas según el perfil altimétrico del cauce principal. La pendiente promedia puede ser encontrada de varias formas. Entre ellas se podrían citar: a) El valor obtenido de dividir la diferencia en elevación entre el punto más alto y el punto más bajo del perfil del río en el cual estamos interesados por la longitud a lo largo del cauce en su proyección horizontal entre los dos puntos antes determinados. b) Con base en el perfil altimétrico a lo largo del río se puede encontrar la pendiente de la recta ajustada a parejas de valores obtenidos en intervalos iguales a lo largo del cauce. Se aplica la técnica de los

mínimos cuadrados. c) Por medio de una recta ajustada usando el criterio de la denominada curva de masas. Este método se efectúa ajustando la recta tal que las áreas de corte o positivas y de lleno o negativas sean iguales y mínimas. d) Usando cualquiera de los métodos anteriores pero sin tener en cuenta toda la trayectoria del cauce principal, ignorando por lo tanto de un 10% a un 15% de los tramos extremos (nacimiento y desembocadura). 4.1.5 Caracterización de la red de canales. La forma en que estén conectados los canales en una cuenca determinada, influye en la respuesta de ésta a un evento de precipitación. Se han desarrollado una serie de parámetros que tratan de cuantificar la influencia de la forma del drenaje en la escorrentía superficial directa. El orden de los canales es uno de ellos. Uno de los criterios para determinar el orden de los canales en una hoya es el definido por el modelo de STRAHLER. Según este modelo se toman como canales de primer orden todos aquellos que no tengan afluentes. Cuando se unen dos canales de primer orden forman un canal de segundo orden y así sucesivamente como lo muestra el diagrama de la figura 4.8. El valor del orden del canal principal,1, en la boca de la cuenca da una idea de la magnitud del drenaje de la cuenca. Los controles geológicos y climatológicos (externos) influyen en el valor de, 1, mientras que los factores "internos" determinan el modelo de corrientes para un número de orden de cauces dado. 4.1.5.1 Indices de Horton. La idea de Horton de cuantificar las propiedades geomorfológicas de una cuenca lo llevó a deducir ciertas relaciones que se conocen como los

números o índices de Horton. Los principales son:

FIGURA 4.8 Orden de una cuenca Relación de bifurcación de los canales de la cuenca. Después de optar por un modelo de ordenación de los canales de una cuenca, es posible definir la relación de bifurcación, Rb, como el resultado de dividir el número de canales de un orden dado entre el número de canales del orden inmediatamente superior: Rb =

Nn N n +1

(4.10)

Donde: Nn es el número de canales de orden n y Nn+1 es el número de canales de orden n+1. El valor "medio" de bifurcación, Rb, de una cuenca se determina mediante la pendiente de la recta que resulta de graficar el logaritmo decimal del número de corrientes de cada orden en el eje de las ordenadas y el orden de las corrientes en el eje de las abscisas por medio de un ajuste de mínimos

cuadrados. El valor "medio" se toma como el antilogaritmo de la pendiente de la recta ajustada a las parejas de valores. Por lo general el rango de variación de Rb está entre 3 y 5 con una moda cercana a 4. Por estudios hechos se ha encontrado que el valor Rb no está correlacionado significativamente con el relieve y las variables hidrológicas de la cuenca. Esta es la razón por la cual los valores de Rb se han tomado como una variable aleatoria. Con base en estudios estadísticos de su estimación se le ajustó la siguiente relación: k -n

Nn = R b

_ log Nn = (k - n) log R b

(4.11)

donde: K: orden mayor de los canales de la cuenca en estudio n: orden del canal en el cual estamos interesados Nn: número de canales para el orden n Claramente se observa que el valor mínimo de Rb es dos y generalmente nunca se encuentran valores cercanos a éste bajo condiciones naturales. En general se puede decir que los valores de Rb para cuencas de una misma zona son muy similares. Normalmente valores muy altos de Rb son esperados en regiones muy montañosas y rocosas o en cuencas alargadas en la dirección del río principal o de mayor orden. En cuencas donde se tiendan a producir valores altos de Rb se tiende a encontrar bajos caudales picos pero conformando una hidrógrafa extensa. Una cuenca redondeada y con Rb bajo tiende a producir hidrógrafas picudas. Relación de longitudes de corriente L. Relaciona la longitud promedia de las corrientes de orden i (Li )a la relación de la longitud de la corriente(rl )y la longitud promedio de las corrientes de primer orden (l1 ) así:

L i = l1rli −1 (4.12) La relación de longitud de la corriente se define como el promedio de la longitud de las corrientes de cualquier orden sobre la longitud promedio de las corrientes de orden inmediatamente inferior. Relación de areas. Relaciona el área de las cuencas de orden i (Ai ), el área de las cuencas de orden 1 (A1 ) y la relación de area de corrientes (ra) así: A i = A1rai −1

(4.13)

La relación de área de corrientes,ra es la relación del área promedio de las corrientes de un orden i, sobre el área promedio de las corrientes de orden inmediatamente inferior. 4.1.5.2 Densidad de drenaje. Está definida como la relación, Dd. entre la longitud total a lo largo de todos los canales de agua de la cuenca en proyección horizontal y la superficie total de la hoya: Dd =

∑ li A

(4.14)

donde: .li : longitud total de todos los canales de agua en km 2 A :área en km li :longitud de cada cauce Para las unidades citadas, se han encontrado valores mínimos de Dd del orden de 7, valores promedios en el rango de 20 a 40 y valores máximos del orden de 400. Valores bajos de Dd generalmente están asociados con regiones de alta

resistencia a la erosión, muy permeables y de bajo relieve. Valores altos fundamentalmente son encontrados en regiones de suelos impermeables, con poca vegetación y de relieve montañoso. El valor inverso de Dd significa un promedio del número de unidades cuadradas que se necesita para mantener un caudal de una unidad de longitud. Por esta razón: 1/Dd suele ser llamada constante de mantenimiento de un canal. La vegetación en las cuencas hidrográficas tiene una fuerte influencia en el régimen hidrológico de la misma, pues está relacionado con la erosión, temperatura y evaporación de la región. El coeficiente de cubrimiento de bosques se refiere al porcentaje de la superficie de la cuenca ocupada por bosques o por otro tipo de vegetación. Este valor es importante pues en la comparación de cuencas no es lo mismo cuencas urbanas o agrícolas o de bosques naturales densos o claros. Aunque el coeficiente mencionado en último término no se podría denominar como un parámetro geomorfológico, sí es interesante citarlo por la importancia que tiene en el manejo de una cuenca.

4.2 CARACTERISTICAS GENERALES HIDROMETEOROLOGICAS EN UNA CUENCA Y SUS RELACIONES CON LOS PARAMETROS GEOMORFOLOGICOS

Para el conocimiento general de las características de una cuenca se deben añadir algunos valores promedios de las variables hidrometeorológicas de la región. Entre estas variables deben estar: la evaporación, la precipitación y las descargas del río principal. Para estas variables hidrológicas se deben dar valores promedios estimados a nivel mensual y a nivel anual, si tales valores son disponibles dada la existencia de

registros. Anotando, claro está, cual fue el tamaño de la muestra de las observaciones usadas para las estimaciones. En cierta forma la estructura del sistema de la cuenca hidrográfica refleja los valores de la precipitación, de la evaporación y de la escorrentía en ella. Es importante notar que el sistema de una cuenca no está sometido a procesos estacionarios, pues sus parámetros, o algunos de ellos, pueden variar con el tiempo en su desarrollo normal o en desarrollos hechos por el ser humano. Se puede añadir que las propiedades geomorfológicas del subsuelo, como en los acuíferos, normalmente son parámetros que varían en las escalas de tiempo geológico y para el caso de la hidrología pueden ser tomadas como invariantes. Además, algunas de las variables citadas con anterioridad son encontradas por observaciones hechas sobre la cuenca y estimadas por medios estadísticos, y desde tal punto de vista deben ser miradas. Aún más, en la definición de los parámetros geomorfológicos no se intenta dar la idea de relaciones biunívocas. Por estudios hechos entre las variables hidrológicas y los parámetros geomorfológicos se ha encontrado entre otros los siguientes resultados: a) Se ha notado un decrecimiento de la contribución de las aguas subterráneas a los ríos con el incremento de Dd, la densidad de drenaje. b) Se ha observado una variación directa entre la relación de P/E y el porcentaje de cobertura de capa vegetal. Sin embargo, esto no siempre es verdad. c) La erosión generalmente está ligada a valores altos de la densidad de drenaje. Como conclusión del análisis aquí considerado se puede decir que no existe una relación única entre los parámetros físicos de la cuenca y las variables hidrológicas, aunque ellos pueden dar una orientación cualitativa en forma y magnitud de las diferentes variables hidrológicas en el tiempo. Aunque es claro que en gran parte las características físicas de una cuenca son debidas a la acción

del agua y que por este hecho es factible pensar en la existencia de una relación fuerte entre ellas a nivel determinístico. Pero esto no es así: la carencia de una relación fuerte se debe fundamentalmente a la diferencia entre las escalas de tiempo de los procesos dinámicos de la hidrología y a la geología. Además, de la fuerte componente estocástica de varios de los fenómenos hidrológicos. A nivel estadístico, y sin olvidar el significado de tal palabra, es posible encontrar funciones que relacionen las variables hidrológicas y los parámetros morfológicos de una cuenca hidrográfica. Además, con base en las herramientas estadísticas se cuantifica la bondad de los ajustes entre tales variables y se puede aun llegar a rechazar un determinado ajuste. El ajuste de la función y su bondad se puede lograr mediante la técnica de regresión y correlación lineal multivariada llegando a analizar por ejemplo una función entre el caudal máximo anual y algunos parámetros morfológicos como área, densidad de drenaje, coeficiente de forma, etc. (Además podría tenerse en cuenta la precipitación entre las variables independientes): Qp = f(A,Dd, k, P). Con una función de este tipo y si se tiene una cuenca sin datos de caudal se podría estimar el caudal y su intervalo de confianza.

4.3 ASPECTOS DE HIDRAULICA FLUVIAL

El agua y el sedimento que transportan las diferentes corrientes modelan la geometría de los cauces. El estudio de las relaciones que existen entre las diferentes variables que actuan, como caudal, carga de sedimentos, tipo de granulometría, etc, es lo que se denomina como la hidráulica fluvial. Las características, no estacionarias, de los diferentes ríos conforman una gran gama en sus variaciones, con cambios continuos en el tiempo. Están determinadas por parámetros tales como: -

Material del lecho del río Perfil del cauce del río

-

Régimen dinámico del movimiento del agua y de los sedimentos. Cambios en el caudal del río

Uno de los tópicos más importantes de la hidráulica fluvial es el de predecir los cambios morfológicos de un río al introducir cambios en sus características. Tales cambios generalmente son provocados por el ser humano con la construcción de puentes, canalizaciones, embalses, etc. Como la descarga, tanto sólida como líquida, de un río es una variable con un marcado carácter aleatorio y como además la cuenca hidrográfica que lo conforma presenta variaciones en los tipos y tamaños de suelos, vegetación, etc., entonces la predicción de los cambios futuros de una corriente no se puede definir con patrones determinísticos. (aunque existen leyes físicas que describen los fenómenos locales). Así, el proceso morfológico de los ríos debe ser tomado al menos con una gran componente de carácter aleatorio. 4.3.1 Conceptos básicos. Carga de sedimentos. Es la cantidad de sólido que atraviesa una sección del cauce en ton/d. Se presenta bajo la forma de sedimento en suspensión y material de arrastre. La arcilla y el limo estan en el agua en suspensión: La grava , arena y rocas se mueven como carga de fondo, cerca al piso del canal . Capacidad de transporte. Es la máxima carga de sedimentos, para un caudal determinado, que puede transportar un cauce. Se cuentan tanto los sedimentos en suspensión como los de fondo. La capacidad de transporte se incrementa con la velocidad, ya que esta es directamente proporcional a la fuerza de arrastre. Esto significa que la mayoría de los cambios en la geometría de los cauces ocurren durante las crecientes. La capacidad de transporte depende fundamentalmente del caudal y de la pendiente del cauce. Cuando una corriente tiene los sedimentos que es capaz de transportar se dice que el cauce está en equilibrio. Si se produce una sobrecarga de sedimentos generada por cualquier causa, empieza un proceso de agradación o

sedimentación del lecho. En este caso el río no tiene la suficiente energía para transportar el material sólido que lleva y éste entonces se deposita en su cauce. Si por el contrario hay una deficiencia el fenómeno que se presenta es el de degradación o erosión del lecho. En el segundo caso el río tiene energía suficiente para transportar el material sólido y además para socavar el cauce. La agradación y la erosión de las corrientes pueden ser inducidas por el hombre a través de la intervención del paisaje en procesos como la minería, construcción de obras civiles, como puentes, etc. Para evaluar cuantitativamente lo que pasa en las corrientes cuando sufren modificaciones causadas por el hombre, se puede utilizar la conocida ecuación de Lane (1955): S∝

Qbs Db Qc

(4.15)

Donde: S: pendiente del río Qs :caudal sólido D: diámetro del material del lecho Q: caudal líquido. a,b,c son exponentes que dependen del tipo de corriente. Fundamentalmente se pueden producir dos tipos de procesos: agradación y degradación.. La acción del hombre puede hacer que en un río se presente una de estas condiciones o ambas. Estudiaremos algunos casos: . .

Construcción de una presa. Aguas arriba de una presa disminuye la velocidad, lo que hace que los sedimentos se depositen, produciendose entoces una agradación. Suponiendo que aguas abajo el caudal medio del río sea el mismo y observando la ecuación de Lane, el caudal sólido disminuye por lo tanto la pendiente también lo tiene que hacer, produciéndose una socavación del lecho aguas abajo.

FIGURA 4.9. Efectos de la construcción de una presa 2.

Incremento del caudal en un río. Suponiendo que la carga de material sólido no varíe, la pendiente del canal debe disminuir y se produce entonces socavación aguas abajo.

3.

Excavación de material de playa y minería. En general estos procesos aumentan el material sólido que llega al río y si se conserva el mismo caudal, dependiendo de la capacidad de arrastre, pueden formarse barras aguas abajo por la acumulación de sedimentos. Como el caudal sólido es menor y si el caudal líquido se conserva, la pendiente del río puede empezar a disminuir ,con socavación del lecho.

4.

Alineamiento artificial. Cuando se canaliza un río las pérdidas de energía a lo largo del trayecto canalizado son menores, lo que aumenta la capacidad de transporte, produciendo aguas abajo erosión del lecho y orillas.

4.3.2 Geometría hidráulica. La geometría hidráulica describe el carácter de los cauces en una cuenca a través

de las relaciones entre caudal, carga de sedimentos,ancho, profundidad y velocidad media. Leopold y Madodock (1953) desarrollaron las ecuaciones principales de la geometría hidráulica, las cuales son las siguientes: B = AQ b V = KQ m

(4.16) (4.17)

D = CQ f

(4.18)

Donde Q, Es el caudal; V es la velocidad media ; D es la profundidad; K,C y A son constantes de proporcionalidad; m,b y f son exponentes que dependen del cauce y de la zona donde esté ubicado. 4.4.3. La sección a banca llena. Existen zonas donde no hay ningún tipo de registros hidrológicos, ya sean de lluvias o de caudales, presentándose, aparentemente un problema insoluble para el diseño hidrológico. Sin embargo en estas ocasiones se puede recurrir a métodos apoyados en geomorfología fluvial para tratar de obtener estimativos de los caudales extremos. Estos se apoyan fundamentalmente en la teoría de Leopold y Skibitzke (1967) que relacionan parámetros de la geometría del canal con el comportamiento hidrológico del cauce. Uno de éstos parámetros es la sección a banca llena, que define a su vez el caudal a banca llena que puede considerarse como la media de los caudales máximos instantáneos (representativa de la descarga dominante o formativa del cauce), parámetro necesario es varios métodos hidrológicos de diseño con información escasa, tales como el Gradex o el Índice de Crecientes.(Ver capítulo 11) Se define el caudal a sección llena como aquel caudal que fluye llenando el cauce, sin derramar sobre las llanuras de inundación. La sección a banca llena se ha definido de varias maneras:

• Si hay una llanura de inundación bien desarrollada, la altura de su superficie puede ser considerada como la que determine el nivel de la sección llena. Sin embargo, la definición de sección llena es mucho más difícil si el cauce no está bien definido, por ejemplo cuando las bancas no tienen la misma elevación, en ríos trenzados, donde la diferencia entre el cauce del río y la planicie de inundación no es tan obvia y en secciones complejas donde se presenten diferentes niveles de terrazas. • Varios autores han desarrollado criterios para definir la sección a banca llena. Ridley (1972), utilizó un índice “bench” para definir el máximo quiebre en la pendiente de las bancas. Wolman (1955) sugiere usar la mínima relación de ancho a la profundidad. • El nivel a banca llena corresponde a la descarga que gobierna la forma y tamaño del canal, esto es, la descarga que mueve el sedimento formando y cambiando curvas y meandros, y generalmente realizando un trabajo cuyo resultado son las características geomorfológicas promedias de la sección (Leopold, 1954, Dunne y Leopold, 1978). Wolman et al. (1957) sugieren usar la mínima relación de ancho - profundidad para delimitar la sección a banca llena. • Si hay una llanura de inundación bien desarrollada, la altura de su superficie puede ser considerada como la que determine el nivel de la sección llena; en caso contrario, la definición de sección llena es mucho más difícil, especialmente en épocas de caudales bajos. Esta dificultad se presenta en secciones donde se observan diferentes niveles de terrazas, cuando las bancas no tienen la misma elevación, en ríos trenzados donde la diferencia entre el cauce normal del río y la planicie de inundación no es tan obvia. Los siguientes son indicadores para determinar en el campo el nivel de la sección a banca llena: •

En una zona de depósito a una altura incipiente de inundación, la altura

asociada con la parte más alta de los depósitos recientes (barras puntuales y barras intermedias, pero no terrazas). •

Un cambio en la distribución de tamaños de las partículas en la zona de depósito (los finos son indicadores de inundación).

•

Un quiebre en la pendiente de la banca. Ridley (1972), utilizó un índice “bench” para definir el máximo quiebre en la pendiente de las bancas.

•

El límite inferior de las hierbas y malezas en las zonas de depósito normalmente indica el nivel de la sección llena. La vegetación tiende a cambiar progresivamente con la elevación en las orillas.

•

Raíces expuestas por debajo de una capa de suelo intacta indicando exposición a los procesos erosivos.

• El liquen o el moho que crece en las piedras de las orillas tiene un truncamiento a un nivel que está por encima de las aguas bajas y presenta un límite inferior que corresponde al nivel que alcanza el caudal a sección llena. La Figura 4.10 indica como se determinaría en campo la sección a banca llena.

Figura 4.10. Determinación en campo de la sección llena (Dunne y Leopold, 1978). Una vez se tiene definida la sección llena es posible con la ecuación de Manning determinar el caudal correspondiente. Esta ecuación tiene la forma: Q=

2 1 1 ⋅ A ⋅ R H3 ⋅ Sf 2 n

donde: Q A RH Sf n

: : : : :

3

caudal en m /s 2 área de la sección en m radio Hidráulico en m pendiente de la línea de energía coeficiente de rugosidad de Manning

(4.18)

4.3.4 La ecuación universal de pérdida de suelo (USLE) La ecuación universal de pérdida de suelo es probablemente la ecuación más ampliamente utilizada para estimar la erosión y pérdida de suelo en una cuenca o región particular. La ecuación es llamada universal porque incluye los cuatro principales factores que afectan la pérdida de suelo: 1) la erodabilidad del suelo es expresada por el factor K; 2)las fuerzas erosivas de la lluvia son expresadas por R;3) La fuerza gravitacional que afecta la escorrentía es expresada por el factor LS que tiene en cuenta la longitud de la ladera y su pendiente;4)la cubierta vegetal que afecta las tasa de erosión se expresa por C y P.(Morris, Fan,1998) Esta ecuación tiene la siguiente forma: E = R × K × LS × C × P

(4.19)

Donde: E: pérdida de suelo calculada en ton/acre-año R:índice de erosión. Depende de la energía cinética de las lluvias de las tormentas máximas de 30 minutos de duración. En E.U hay mapas con valores de este índice El factor de erodabilidad, K , mide la suceptibilidad de lasa partículas de suelo a desprenderse. Se mide experimentalmente Los valores de K dependen principalmente de la textura y estructura del suelo, la permeabilidad, etc. Hay valores empíricos hallados por el Soil Conservation Service El factor longitud pendiente LS, indica los efectos de la pendiente y la longitud de la ladera en la erosión. Experimentalmente se ha hallado que LS=1 para una parcela experimental de 22.1 m de largo y una pendiente de 9%. El factor de vegetación C, mide los efectos de la cobertura vegetal. Toma valores de 1- 0.01.Suelos con buena cobertura tienen un C=1, mientras un

suelo con sobrepastoreo puede tomar un valor de 0.1. El parámetro P tiene en cuenta las prácticas de conservación del suelo. Zonas con sembrados perpendiculares a la pendiente (mala práctica de conservación) se consideran con P=1

HIDROLOGÍA SUPERFICIAL



TEMA: DETERMINACIÓN DEL ESCURRIMIENTO EN UNA ZONA Método Racional ING. JOSÉ LEÓN ABURTO PROFESOR

Ejemplo No. 4: Encontrar el Caudal Máximo en una cuenca con los usos de tierra presentados y para un período de Retorno = 25 años. El análisis morfométrico da los siguientes datos: “B” “A”

Datos: Área drenada = 125 Ha Longitud del cauce principal de la cuenca: 1,350 m. Nivel del punto ¨a ¨: 965 m. Nivel del punto ¨b¨: 815.75 m.

Secuencia de Aplicación del Método Racional

 1. Pendiente Absoluta (P%)  2. Coeficiente de Escurrimiento Ponderado (C)  3. Tiempo de concentración (tc)  4. Área Tributaria (A)  5. Intensidad (I)  6. Gasto (Q)

Pendiente absoluta (S = m/m) Ha

Hb

S

=

Ha – Hb d

Pendiente absoluta (S = m/m) Ha

Hb

Coeficiente de escurrimiento Ponderado

 En general las cuencas receptoras presentarán variedad de suelos, con coberturas, pendientes y permeabilidades variables

 En estos casos se recomienda determinar el Coeficiente de Escorrentía mediante un promedio ponderado de los coeficientes parciales de cada zona. Para ello, se dividirá la cuenca en zonas con características homogéneas de tipo de suelo, cobertura vegetal y pendiente, a las cuales se les asignará el respectivo Coeficiente “parcial”, de acuerdo a la tabla anterior

Coeficiente de escurrimiento Ponderado  Cada Coeficiente Parcial (Ci) es luego multiplicado por su Área (Ai)correspondiente, se suman los productos de cada zona y se divide el resultado entre el Área total de la cuenca, para obtener el Coeficiente de Escorrentía Ponderado:

Coeficiente de escurrimiento Ponderado

Coeficiente de escurrimiento Ponderado

Tiempo de Concentración (Tc) Formula de Kirpich

Donde: Tc = El tiempo de escurrimiento, en hrs. Convertir a minutos L = Longitud de la cuenca en su cañada principal, en metros. S = Pendiente promedio de la cuenca, a lo largo de su cañada principal, en valor absoluto

Tiempo de Concentración (Tc) Formula de Kirpich

Determinación la Intensidad (I)

Donde: Tr = Frecuencia o Período de retorno, en años I = Intensidad, en mm/hr. D = Duración de la precipitación, en min. Recordemos que el Método Racional supone que la duración de la lluvia (D) será igual al Tiempo de Concentración de la Cuenca en Estudio

Determinación la Intensidad (I)

Método Racional

Q = 0.002778C I A Donde: Q = Caudal o Gasto en la sección de cálculo M³/seg. C = Coeficiente de escorrentía I = Intensidad de lluvia promedio mm/hr. A = Superfície de la cuenca Ha

Determinación del Caudal o Gasto Máximo Método Racional

¡Preguntas o Dudas!