Unidad Ii Cuencas

INSTITUTO TECNOLOGICO DE TIJUANA HIDROLOGIA APLICADA

TEMAS: UNIDAD 2 CUENCAS a) Aspectos generales b) Área de una cuenca c) Pendiente de la cuenca d) Elevación de una cuenca

INTEGRANTES DEL EQUIPO 1: VAZQUEZ GONZALEZ IVETH ZITLALY MENDOZA CAMACHO JOSE ANGEL ALONSO GIJON ELIAS ZEPEDA LOPEZ LUIS ALBERTO

PROSESOR: GUERRERO HERRERA MIGUEL ANGEL

UNIDAD II CUENCAS a) Aspectos generales Cuenca Así como el ciclo hidrológico es el concepto fundamental de la hidrología, la cuenca hidrológica es su unidad básica de estudio. Una cuenca es una zona de la superficie terrestre en donde (si fuera impermeable) las gotas de lluvia que caen sobre ella tienden a ser drenadas por el sistema de corrientes hacia un mismo punto de salida. La definición anterior se refiere a una cuenca superficial; asociada a cada una de estas existe también una cuenca subterránea, cuya forma en planta es semejante a la superficial. De ahí la aclaración de que la definición es valida si la superficie fuera impermeable. Las cuencas hidrográficas están en constante modificación, su grado de alteración dependen de la intensidad de la erosión de los suelos, debido a las lluvias, a los procesos de degradación, etc. Una cuenca hidrográfica y una cuenca hidrológica se diferencian en que la cuenca hidrográfica se refiere exclusivamente a las aguas superficiales, mientras que la cuenca hidrológica incluye las aguas subterráneas (acuíferos).

Partes de una cuenca Una cuenca tiene tres partes:  



Cuenca alta, que corresponde a la zona donde nace el río, el cual se desplaza por una gran pendiente 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 hay erosión. 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 Desde el punto de vista de su salida, existen fundamentalmente tres tipos de cuencas: endorreica, exorreicas y arreicas:

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Exorreicas: drenan sus aguas al mar o al océano. Endorreicas: desembocan en lagos, lagunas o salares que no tienen comunicación fluvial al mar. Arreicas: las aguas se evaporan o se filtran en el terreno antes de encauzarse en una red de drenaje

En el mundo moderno, casi todos los países reconocen a las grandes cuencas hidrográficas como los territorios más apropiados para conducir los procesos de manejo, aprovechamiento, planeación y administración del agua y, en su sentido más amplio, como los territorios más idóneos para llevar a cabo la gestión integral de los recursos hídricos. Las cuencas, además de ser los territorios donde se verifica el ciclo hidrológico, son espacios geográficos donde los grupos y comunidades comparten identidades, tradiciones y cultura, y donde socializan y trabajan en función de la disponibilidad de recursos renovables y no renovables. En las cuencas, la naturaleza obliga a reconocer necesidades, problemas, situaciones y riesgos hídricos comunes, por lo que debería ser más fácil coincidir en el establecimiento de prioridades, objetivos y metas también comunes y la práctica de principios básicos, como el de corresponsabilidad y el de solidaridad en el cuidado y preservación de los recursos naturales, que permitan la supervivencia de la especie.

Funciones de las cuencas Función hidrológica   

Captación de agua de las diferentes fuentes de precipitación para formar el escurrimiento de manantiales, ríos y arroyos. Almacenamiento del agua en sus diferentes formas y tiempos de duración. Descarga del agua como escurrimiento.

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

Función Ambiental   

Constituyen sumideros de CO2. Alberga bancos de germoplasma. Regula la recarga hídrica y los ciclos biogeoquímicos.

 

Conserva la biodiversidad. Mantiene la integridad y la diversidad de los suelos

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 la sociedad.

Afluente Los afluentes son los ríos secundarios que desaguan en el río principal. Cada afluente tiene su respectiva cuenca, denominada sub-cuenca. En hidrología, un afluente corresponde a un curso de agua, que no desemboca en el mar sino en otro río más importante con el cual se une en un lugar llamado confluencia.

Línea divisoria El parte aguas o línea divisoria de aguases una línea imaginaria formada por los puntos de mayor nivel topográfico y que separa la cuenca de las cuencas vecinas. . A cada lado de la divisoria, las aguas de lluvia acaban siendo recogidas por los ríos principales de las cuencas o vertientes respectivas. La definición de dicha línea no es clara ni única, pues puede existir dos líneas de divisorias: una para las aguas superficiales que seria la topográfica y otra para las aguas subsuperficiales, línea que seria determinada en función de los perfiles de la estructura geológica, fundamentalmente por los pisos impermeables.

El río principal El río principal suele ser definido como el curso con mayor caudal de agua (medio o máximo) o bien con mayor longitud o mayor área de drenaje, aunque hay notables excepciones como el río Mississippi o el río Miño en España. Tanto el concepto de río principal como el de nacimiento del río son arbitrarios, como también lo es la distinción entre río principal y afluente. Sin embargo, la mayoría de cuencas de drenaje presentan un río principal bien definido desde la desembocadura hasta cerca de la divisoria de aguas. El río principal tiene un curso, que es la distancia entre su naciente y su desembocadura. En el curso de un río se distinguen tres partes:   

curso superior, ubicado en lo más elevado del relieve, en donde la erosión de las aguas del río es vertical. Su resultado: la profundización del cauce; curso medio, en donde el río empieza a zigzaguear, ensanchando el valle; curso inferior, situado en las partes más bajas de la cuenca. Allí, el caudal del río pierde fuerza y los materiales sólidos que lleva se sedimentan, formando las llanuras aluviales o valles.

Clasificación de los cursos de agua Con base en la constancia de la escorrentía, los cursos de agua se pueden dividir en: a. Perennes: - Corrientes con agua todo el tiempo. El nivel de agua subterráneo mantiene una alimentación continua y no desciende nunca debajo del lecho del rio. b. Intermitentes: - Corrientes que escurren en estaciones de lluvia y se secan durante el verano. - El nivel de agua subterráneo se conserva por encima del nivel del lecho del rio solo en la estación lluviosa. En verano el escurrimiento cesa, u ocurre solamente durante o inmediatamente después de las tormentas. c. Efímeros: - Existen apenas durante o inmediatamente después de los periodos de precipitación, y solo transportan escurrimiento superficial. - El nivel de agua subterráneo se encuentra siempre debajo del nivel inferior del lecho de la corriente: no hay, por lo tanto, posibilidad de escurrimiento subterráneo.

Orden de las corrientes de agua Una corriente de orden 1 es un tributario sin ramificaciones, una de orden 2 tiene solo tributarios de primer orden, etc. Dos corrientes de orden 1 forman una de orden 2, dos corrientes de orden 3 forman una de orden 4 etc. Corrientes de primer orden: pequeños canales que no tienen tributarios. Corrientes de segundo orden: cuando dos corrientes de primer orden se unen. Corrientes de tercer orden: cuando dos corrientes de segundo orden se unen. Corrientes de orden n+1: cuando dos corrientes de orden n se unen.

b) Área de una cuenca El área de la cuenca es probablemente la característica geomorfológica más importante para el diseño. Esta 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. Para la determinación del área de la cuenca es necesario previamente delimitar la cuenca, trazando la línea divisoria Delimitación: Se basa en 4 características: -

La línea divisoria corta ortogonalmente a las curvas de nivel. Cuando la divisoria se va trazando desde un nivel altitudinal mayor a un nivel altitudinal menor, esta línea corta a las curvas de nivel por su concavidad. Al cortar el terreno por el plano normal a la divisoria el punto de intersección de esta corresponde al de mayor altitud del terreno. La línea divisoria nunca corta a un curso de agua natural, excepto en el punto de control o desembocadura.

En el punto A de un curso de agua, la cantidad total de agua disponible proviene generalmente de una serie de cuencas de captación distintas. Dicha circunstancia define el área de drenaje relativa del punto A, como aquella zona delimitada por la línea divisoria de aguas, que es una línea trazada a lo largo de las cimas alrededor del área de drenaje. Si se dispone del mapa topográfico de la región, se puede trazar la línea divisoria de aguas y definir el área de drenaje relativa a cada uno de los puntos elegidos a lo largo de un curso de agua (señalada con una línea de puntos). Es posible que en el punto A se quiera instalar la toma de agua para alimentar la granja que será construida aguas abajo, en el valle. Partiendo del punto A se traza una recta perpendicular a las curvas de nivel de cada costado del lecho del río, hasta los puntos B y C de máxima altitud. Luego se une el punto B con el punto D, siguiendo el mismo método y se continúa a partir de los puntos E, F,... I, etc., hasta alcanzar el punto C en la otra orilla del

curso de agua. La superficie comprendida por la línea divisoria ABD... SCA constituye el área de drenaje relativa al punto A del curso de agua.

Utilizando preferiblemente el método de la cuadrícula, se determina la extensión del área de drenaje del punto A del curso de agua, considerando la superficie delimitada por la línea divisoria de aguas. Método de la cuadrícula 1. Tome un papel transparente cuadriculado, o haga usted mismo los cuadritos dibujándolos en un papel de calco. A tal efecto, dibuje una cuadrícula con cuadrados de 2 mm x 2 mm dentro de cuadrados más grandes de 1 cm x 1 cm para completar un cuadrado grande de 10 cm de lado. Nota: Si la cuadrícula se hace con cuadraditos más pequeños, el estimado del área del terreno será más preciso pero el tamaño mínimo recomendable es de 1 mm x 1 mm = 1 mm2. 2. Ponga la cuadrícula transparente sobre el dibujo del área que se quiere medir y fíjela con chinchetas o cinta adhesiva transparente. Si la cuadrícula es más pequeña que el área en cuestión, comience por el borde del dibujo. Marque claramente el perfil del dibujo y mueva luego la cuadrícula hacia un nuevo sector hasta completar toda el área. 3. Cuente el número de cuadrados grandes incluidos en el área. Para no equivocarse, haga una marca con el lápiz a medida que los cuenta. Nota: Cuando esté cubriendo la parte central del área es posible que pueda contar cuadrados más grandes como, por ejemplo, de 10 x 10 = 100 cuadrados pequeños. Esto le facilitará el trabajo. 4. Observe los cuadrados que están en el perímetro del dibujo. Si más de la mitad de uno de esos cuadrados cae dentro del dibujo, cuéntelo y márquelo como si fuera un cuadrado entero. No tome en cuente los demás.

5. Sume los dos totales (puntos 3 y 4) para obtener el número total T de cuadrados enteros. 6. Haga de nuevo las sumas para estar seguro del resultado.

7. Calcule la unidad de área equivalente de su cuadrícula usando la escala de distancias del dibujo. Ejemplo   

Escala 1 : 2 000 ó 1 cm = 20 m o 1 mm = 2 m El tamaño de los cuadrados es de 2 mm x 2 mm La unidad de área equivalente de la cuadrícula = 4 m x 4 m = 16 m2

8. Multiplique la unidad de área equivalente por el número total T de cuadrados enteros para obtener un estimado bastante confiable del área medida. Ejemplo   

Número total de cuadrados contados T = 256 Unidad de área equivalente = 16 m2 Área total = 256 x 16 m2 = 4 096 m2 = 4096 m2

El área es un parámetro geomorfológico muy importante. Su importancia radica en las siguientes razones: a) Es un valor que se utilizara 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 hidrogramas con variaciones en el tiempo más suaves y más llanas. Sin embargo,

en cuencas grandes, se pueden dar hidrogramas con picos, cuando la precipitación fue intensa 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. El área de la cuenca, A, se relaciona con la media de los caudales máximos Q, así:

Donde: A: área de la cuenca en km2 Q: media de los caudales máximos instantáneos en m3/s. C y n son constantes. Al graficar esta relación en papel doblemente logarítmico se obtiene una recta de pendiente n.

c) Pendiente de la cuenca Uno de los indicadores más importantes del grado de respuesta de una cuenca a una tormenta es la pendiente del cauce principal. Dado que esta pendiente varía a lo largo del cauce, es necesario definir una pendiente media. La determinación de la Pendiente Media de una Cuenca Hidrográfica, es una de las tareas no sólo más laboriosas, sino también más importantes en la realización de cualquier estudio hidrológico. Este parámetro es de importancia pues da un índice de la velocidad media de la escorrentía, su poder de arrastre, de erosión y el tiempo de concentración de las aguas en determinado punto del cauce. Algunos de los parámetros de mayor uso en la Hidrología Superficial, como el Coeficiente de Escorrentía, se fundamentan en la estimación de la cantidad del volumen total de agua precipitada sobre la Cuenca Hidrográfica que se convertirá en caudal superficial, a partir de parámetros diversos, entre los que destaca el valor de su Pendiente Media. Dentro del proceso de obtención de los diferentes parámetros será necesario calcular el Área entre curvas de nivel y por comodidad se puede dividir la diferencia entre cotas extremas, y si el cociente resulta comprendido entre 100 y 200 se trabajan con curvas cada 100 metros, si el cociente está entre 200 y 300, se trabaja con curvas cada 200 metros. Para calcular la pendiente media existen varios métodos: a) la pendiente media es igual al desnivel entre los extremos de la corriente dividido entre su longitud medida en planta (véase figura 2.4a).

b) La pendiente media es la de una línea recta que, apoyándose en el extremo de aguas debajo de la corriente, hace que se tengan áreas iguales entre el perfil del cauce y arriba y debajo de dicha línea (véase figura 2.4b).

c) Método de Horton Sobre la delimitación de la Cuenca que contiene las curvas de nivel se procede de la siguiente manera: a) Siguiendo la orientación del Dren principal se traza un reticulado de acuerdo al siguiente criterio - Si la cuenca tiene una Área menor o igual a 250 km2, es necesario formar un reticulado de por lo menos 4 cuadrados por lado. - Si la cuenca tiene una Área mayor a 250 km2 es necesario aumentar el número de cuadrados del reticulado para mejorar la precisión del cálculo. b) Se asocia, el reticulado así formado, un sistema de ejes rectangulares x e y, acotándose cada eje correspondiéndole una coordenada a cada línea del reticulado. c) A continuación se mide la longitud de cada línea del reticulado en las direcciones x e y, contándose además el número de intersecciones y tangencias de cada línea con las curvas de nivel de desnivel constante en las direcciones x e y. d) Se evalúa las pendientes de la cuenca en las direcciones x e y, según las siguientes fórmulas. ∑

∑

Donde: n = numero de intersecciones e = equidistancia entre curvas de nivel ∑ ∑

= suma de las longitudes de las verticales de la cuadricula = suma de las longitudes de las horizontales de la cuadricula

Con frecuencia nos basta con medir la pendiente media del cauce principal, pero en ocasiones necesitamos calcular la pendiente media de toda la superficie de la cuenca. Si estamos trabajando con un programa de SIG, como ArcView, y el programa dispone de un modelo digital del terreno,

entonces el cálculo de la pendiente media es inmediato. El problema es si no disponemos de más herramientas que un mapa topográfico, lápiz, una regla y mucha paciencia. Explicaremos con un ejemplo el método de Horton. En la imagen representamos una cuenca, a la que hemos superpuesto una cuadrícula regular (menor espaciado de la cuadricula nos daría mayor precisión, pero también mas trabajo).

1. Medida de la pendiente en sentido vertical a) Contamos los puntos de intersección de las líneas verticales con cualquier curva de nivel. En este ejemplo son 11 (solo las intersecciones que se encuentran dentro de la cuenca) b) Medimos la longitud de los tramos verticales de la rejilla dentro de los límites de la cuenca (en verde en el dibujo). En nuestro ejemplo, suman 16,65 km, medidos de acuerdo con la escala grafica a la que eta el mapa.

a)

b)

Aplicamos la siguiente formula:

∑

Donde: n = numero de intersecciones e = equidistancia entre curvas de nivel (metros) ∑

= suma de las longitudes de las verticales de la cuadricula (metros)

Con estos datos: 2. Medida de la pendiente en sentido horizontal Hacemos lo mismo con las líneas horizontales. Contamos 12 intersecciones con las líneas horizontales, y las longitudes de dichas horizontales suman 16265 metros

3. Calculo de la pendiente de la cuenca Hacemos simplemente la media de las dos anteriores (que en este ejemplo son curiosamente te similares):

d) Elevación de la cuenca Método de sumas acumuladas La elevación media de la cuenca, así como la diferencia entre sus elevaciones extremas, influye en las características meteorológicas, que determinan principalmente las formas de la precipitación. Por lo general, existe una buena correlación, entre la precipitación y la elevación de la cuenca, es decir, a mayor elevación la precipitación es también mayor. Por otro lado las variaciones de altitud en el interior de la cuenca, así como su altitud media, son esenciales también para el estudio de la temperatura, que tienen un efecto importante sobre las pérdidas de agua por evaporación, como consecuencia de la altitud

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

Siendo: H = elevación media de la cuenca ci =cota media del área i, delimitada por 2 curvas de nivel. ai = área i entre curvas de nivel (área de cada franja en Km2 m2) A = área total de la cuenca (En km2 o m2) Para calcular la elevación media utilizando éste método, se mide el área de la cuenca en pares de contornos ó curvas de nivel sucesivas y se calcula la elevación media entre curvas de nivel efectuando luego el producto Ac.Em como se muestra en el cuadro 3.2.

Sustituyendo en la ecuación se obtiene: Em= 3,285 / 9.61 = 341.83 m.s.n.m.

Método de la curva hipsométrica La elevación media de la cuenca es el parámetro por medio del cual se adquiere una idea respecto al grado de madurez de la misma; a su vez el parámetro está directamente relacionado con la temperatura y la precipitación, ya que al existir variaciones de temperatura estas influyen sobre las pérdidas de agua por evaporación. Para realizar el cálculo de este parámetro se utilizó el Método de la Curva Hipsométrica, mediante el cual se construye una tabla que muestra las áreas contenidas entre contornos de la cuenca determinados por variaciones de la elevación en valores de 100 m, los cuales se expresan en porcentaje como valores individuales y acumulados. Una vez definida la tabla, los resultados son llevados a un gráfico que muestra las elevaciones (msnm) contra el porcentaje acumulado de área por encima del límite inferior, la cual recibe el nombre de curva hipsométrica o curva de área – elevación. La determinación de la curva permite adicionalmente identificar las siguientes elevaciones: i) Máxima dentro de la cuenca; ii) Mínima o punto de aforo y iii) Media (al 50% de la curva hipsométrica).

Tabla

Grafica de curva

Bibliografías Fundamentos de hidrología de superficie Francisco J. Aparicio Mijares

Hidrología en la ingeniería German Monsalve Sáenz

http://www.docstoc.com/docs/21477047/UNSA-CAPITULO-I-CUENCAS-HIDROGRAFICAS-1ASPECTOS-GENERALES http://hidrologia.usal.es/Complementos/Medida_pendiente.pdf ftp://ftp.fao.org/fi/CDrom/FAO_Training/FAO_Training/General/x6707s/x6707s11.htm ftp://ftp.fao.org/fi/CDrom/FAO_Training/FAO_Training/General/x6707s/x6707s10.htm#139a http://www.umariana.edu.co/gia/pdf/Clases/Clase%202.Cuenca%20Hidrogr%E1ficasistemas%20Fluviales.pdf http://es.vbook.pub.com/doc/37731622/Cuenca-Hidrografica-3-clase-5 http://www.univo.edu.sv:8081/tesis/006870/006870_Cap3.pdf http://www.atl.org.mx/index.php?option=com_content&view=article&id=2728:cuencashidrologicas-ique-son-ipor-que-son-importantes&catid=119:investigacion-y-agua&Itemid=462 http://www.atl.org.mx/index.php?option=com_content&view=article&id=820:cuencahidrografica&catid=58:cuencas-hidrogrcas&Itemid=471 http://es.wikipedia.org/wiki/Cuenca_hidrogr%C3%A1fica