INTRODUCCION

En la actualidad la hidrología tiene un papel muy importante en el planeamiento del uso de los

Recursos Hidráulicos, y ha llegado a convertirse en parte fundamental de los proyectos de

ingeniería que tienen que ver con suministro de agua, disposición de aguas servidas, drenaje,

protección contra la acción de ríos y recreación. De otro lado, la integración de la hidrología con

la Geografía matemática en especial a través de los sistemas de información geográfica ha

conducido al uso imprescindible del computador en el procesamiento de información existente y

en la simulación de ocurrencia de eventos futuros.

Los estudios hidrológicos son fundamentales para:

El diseño de obras hidráulicas, para efectuar estos estudios se utilizan

frecuentemente modelos matemáticos que representan el comportamiento de toda la cuenca

sustentada por la obra en examen;

La operación optimizada del uso de los recursos hídricos en un sistema complejo de obras

hidráulicas, sobre todo si son de usos múltiples. En este caso se utilizan generalmente modelos

matemáticos conceptuales, y se procesan en tiempo real;

El correcto conocimiento del comportamiento hidrológico de como un río, arroyo, o de

un lago es fundamental para poder establecer lasáreas vulnerables a los eventos hidro

meteorológicos extremos;

Prever un correcto diseño de infraestructura vial, como caminos, carreteras, ferrocarriles, etc.

OBJETIVOS

Delimitar correctamente la cuenca escogida

Recopilar informaciónes pluviométricas para el estudio hidrológico.

Calcular los parámetros geomorfológicos de la Cuenca en estudio.

I. MARCO TEÓRICO

I.1. HIDROLOGÍA

Es una rama de las ciencias de la Tierra que estudia las propiedades físicas, químicas y mecánicas del agua continental y marítima, su distribución y circulación en la superficie de la Tierra, en la corteza terrestre y en la atmósfera. Esto incluye las precipitaciones, la escorrentía, la humedad del suelo, la evapotranspiración y el equilibrio de las masas glaciares. Por otra parte, el estudio de las aguas subterráneas corresponde a la hidrogeología.

I.2.CUENCA

Una cuenca es una depresión en la superficie de la tierra, un valle rodeado de alturas.

El término cuenca hidrográfica tiene un sentido más amplio, siendo una parte de la superficie terrestre cuyas aguas fluyen hacia un mismo río o lago.

I.3. PRECIPITACION

Se denomina precipitación al agua que proviene de la humedad atmosférica y cae a la superficie terrestre, principalmente en estado líquido (llovizna y lluvia) o en estado sólido (escarcha, nieve y granizo). La precipitación es uno de los procesos meteorológicos más importantes para la hidrología, y junto a la evaporación constituyen la forma mediante la cual la atmósfera interactúa con el agua superficial en el ciclo hidrológico del agua.

La evaporación de la superficie del océano es la principal fuente de humedad para la precipitación y probablemente no más de un 10% de la precipitación que cae en el continente puede ser atribuida a la evaporación continental y la evapotranspiración de las plantas. Sin embargo, no necesariamente la mayor cantidad de precipitación cae sobre los océanos, ya que la humedad es transportada por la circulación atmosférica a lo largo de grandes distancias, como evidencia de ello se pueden observar algunas islas desérticas. La localización de una región con respecto a la circulación atmosférica, su latitud y distancia a una fuente de humedad son principalmente los responsables de su clima.

I.4. CUENCA HIDROLOGICA

La Cuenca de drenaje de una corriente, es el área de terreno donde todas las aguas caídas por precipitación, se unen para formar un solo curso de agua. Cada curso de agua tiene una cuenca bien definida, para cada punto de su recorrido.

a) Patrones de Drenaje.

Cuando la escorrentía se concentra, la superficie terrestre se erosiona creando un canal. Los canales de drenaje forman una red que recoge las aguas de toda la cuenca y las vierte en un único río que se halla en la desembocadura de la cuenca. El clima y el relieve del suelo influyen en el patrón de la red, pero la estructura geológica subyacente suele ser el factor más relevante. Los patrones hidrográficos están tan íntimamente relacionados con la geología que son muy utilizados en geofísica para identificar fallas e interpretar estructuras. La clasificación de los principales patrones incluye las siguientes redes: dendríticas (en forma de árbol), enrejadas, paralelas, rectangulares, radiales y anulares.

b) Modelos de Drenaje.

Las corrientes fluviales tienden a formar cinco tipos diferentes de drenaje: dendrítico, rectangular, radial, centrípeto y en espaldera. Esta tipología resultante es fruto de la clase de suelo existente en el área de drenaje y de la erosión del mismo por la acción de los cursos fluviales. Así, el modelo dendrítico, caracterizado por la ramificación, se forma en áreas con rocas sedimentarias planas, mientras que las regiones con cumbres elevadas, como las volcánicas, tienen un drenaje de tipo radial. En ocasiones, el agua fluye hacia un valle profundo a causa del drenaje de tipo centrípeto, dando lugar a un lago, o erosiona zonas localizadas entre crestas y cordones montañosos, lo que origina valles encajonados, como sucede cuando el drenaje es en espaldera.

I.1.I.2.I.3.I.4.

c) Ordenes de Corrientes.

Las corrientes fluviales son clasificadas jerárquicamente: las que constituyen las cabeceras, sin corrientes tributarias, pertenecen al primer orden o categoría; dos corrientes de primer orden que se unen forman una de segundo orden, que discurre hacia abajo hasta encontrar otro cauce de segundo orden para constituir otro de tercera categoría y así sucesivamente.

I.5. DELIMITACIÓN DE LA CUENCA HIDROGRÁFICA

Consiste en definir la línea de divortium aquarium, que es una línea curva cerrada que parte y llega al punto de captación o salida mediante la unión de todos los puntos altos e interceptando en forma perpendicular a todas las curvas de altitudes del plano o carta topográfica, por cuya razón a dicha línea divisoria también se le conoce con el nombre de línea neutra de flujo. La longitud de la línea divisoria es el perímetro de la cuenca y la superficie que encierra dicha curva es el área proyectada de la cuenca sobre un plano horizontal.

REGLAS PRÁCTICAS

Primera: Se identifica la red de drenaje o corrientes superficiales, y 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.

1. Se identifica la red de drenaje o corrientes superficiales

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

3. La divisoria corta perpendicularmente a las curvas

Tercera: Cuando la divisoria va aumentando su altitud, corta a las curvas de nivel por su parte convexa

Cuarta: 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)

3. La divisoria corta perpendicularmente a las curvas

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

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

I.6. PARAMETROS GEOMORFOLOGICOS

Son los que están relacionados con la superficie del sistema y permanecen constantes con el tiempo y definen las características fisiográficas del sistema.

1.6.1 PARAMETROS DE FORMA

Área (A): Es la superficie de la cuenca comprendida dentro de la curva cerrada de divortiumaquarum. La magnitud del área se obtiene mediante el planimetrado de la proyección del área de la cuenca sobre un plano horizontal. Dependiendo de la ubicación de la cuenca, su tamaño influye en mayor o menor grado en el aporte de escorrentía, tanto directa como de flujo de base o flujo sostenido. El tamaño relativo de estos espacios hidrológicos define o determinan, aunque no de manera rígida, los nombres de micro cuenca, sub cuenca o cuenca.

Perímetro (P): Es la longitud de la curva cerrada correspondiente al Divortio Aquarium. Se expresa generalmente en km

Longitud del Cauce Principal (L): La longitud del cauce principal es un parámetro asociado con la geometría y tiempo de concentración; intensidad de la escorrentía directa de la cuenca. Se mide con el curvímetro y se expresa en km, siendo la distancia que hay entre el punto emisor y el extremo final del tramo de igual orden que el de la cuenca.

Ancho Promedio (B): Se obtiene dividiendo el área de la cuenca por la longitud del curso principal.

B= AL

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

Donde:

A: Área de la cuenca

L: Longitud del cauce principal

Factor de Forma (F): Es la relación que existe entre el ancho medio y la longitud axial de la cuenca. La longitud axial de la cuenca se mide cuando se sigue el curso del agua más largo desde la desembocadura hasta la cabecera más distante de la cuenca.

F=BL= A

L2

Donde:

A: Área de la cuenca

L: Longitud del cauce principal

B: Ancho promedio

Coeficiente de Gravelius o Coef. de Compacidad (Kc): Es la relación entre el perímetro de la cuenca y la longitud de la circunferencia de un círculo de área igual a la de la cuenca.

KC=0 .28 P A−12

Donde:

A: Área de la cuenca

P: Perímetro del la línea de Divortio Aquari um.

Rectángulo Equivalente: La característica más importante del rectángulo equivalente es que tiene igual distribución de alturas que la curva hipsométrica original de la cuenca.

a=K C A

12

1.12 [ 1−1.12KC √( KC1 .12 )2

−1 ]

b=K C A

12

1.12 [ 1+ 1 .12KC √( KC1.12 )2

−1 ]

Donde:

a : Lado menor del rectángulo.

b : Lado mayor del rectángulo.

KC : Coeficiente de Gravelius.

A : Área de la cuenca.

Pendiente de la Cuenca (SC).-Esta característica controla en buena parte la velocidad con que se da la escorrentía superficial y afecta, por lo tanto, el tiempo que lleva el agua de la lluvia para concentrarse en los lechos fluviales que constituyen la red de drenaje de las cuencas.La pendiente de la cuenca, al igual que la geometría, juega un papel un papel muy importante en el tiempo de concentración y por tanto es de especial interés en la estimación de máximas crecientes en un determinado punto del cauce. Dos cuencas similares de igual área tienen menor tiempo de concentración la que tiene mayor pendiente y viceversa, produciéndose en el primer caso los mayores gastos de escurrimiento instantáneos. Siendo mayores también los problemas de erosión y transporte de sedimentos, sobre todo en terrenos desprotegidos de cobertura vegetal y suelos poco cohesivos.

SC=CA∑i=1

n

Li

Donde:

C: Equidistancia entre curvas de nivel.

A: Área de la cuenca.

Li: Longitud de cada curva.

Longitud al Centroide (LC): Viene a ser la longitud, medida sobre el curso principal, desde el punto emisor hasta el pie de la perpendicular trazada sobre el cauce y que pase por el centroide del área de la cuenca.

El Centroide: de la cuenca se materializa o define mediante las ecuaciones de la Estática y Teorema de Varigñon, para lo cual es necesario descomponer en áreas compensación. La manera más sencilla de determinar el centroide es utilizando el método gráfico, para ello hay que materializar la cuenca recortando un cartón rígido ó triplay a la misma escala de la cuenca, suspendiéndose luego mediante un hilo a cuerda flexible de dos puntos diferentes de su perímetro; la intersección de las verticales trazadas por dichos puntos es, aproximadamente, el centroide buscado.

Pendiente del Cauce Principal (SO): El conocimiento de este parámetro es también de suma importancia en el estudio del recurso hídrico con diversos fines, tales como: la ubicación de obras de toma, evaluación y optimización del potencial hidroenergético, emplazamiento de presas, protección de riberas, ubicación de puentes, etc.

S0=[ ∑i=1

n

Li

∑i=1

n ( Li2S i )12 ]2

Donde:

Li: Longitud de cada tramo de pendiente Si

Si: Pendiente de cada tramo.

Tiempo de Concentración (TC): Llamado también Tiempo de Equilibrio o Tiempo de Viaje, es el tiempo que toma la partícula hidráulicamente más lejana en viajar hasta el punto emisor. Se supone que ocurre una lluvia uniforme sobre toda la cuenca durante un tiempo de, por lo menos, igual al tiempo de concentración.

Tc = 0.0256*K

K= L2

∆H

∆H = Hmáx. - Hmin.

Donde.:

Tc : Tiempo de concentración (min.)

L : longitud máxima del recorrido de agua (m)

Altitud Media ( H ) :

H= 1A∑i=1

n ( H i∗ai1 ) i

Donde:

A: Área de la cuenca.

Hi : Altitud media de la curva “ i ”.

ai : Área comprendida entre las curvas “i” e “i +1”.

Curva Hipsométrica: Esta curva es una especie de perfil longitudinal promedio de la cuenca y tiene especial significación debido a que la altitud es un parámetro preponderante de la Hidrología Regional. Resulta de plotear las alturas en el eje de las ordenadas versus el área acumulada que queda por encima de la curva de nivel correspondiente en el eje de las

0.77

abscisas.

Curva de Frecuencias de Altitudes: Es el complemento de la curva hipsométrica, puesto que es la representación gráfica de la distribución de áreas ocupadas por las diferentes altitudes. Las áreas parciales, en porcentaje, se plotean en el eje de las abscisas versus las alturas en el eje de las ordenadas.De las curvas anteriores se pueden obtener dos parámetros igualmente importantes en Hidrología Regional: Altitud más frecuente y altitud media. La primera está definida por la abscisa de mayor valor en la curva de frecuencia de altitudes y la segunda por la ordenada media “h” de la curva hipsométrica.

1.6.2. PARÁMETROS DE RELIEVE

Coeficiente de Masividad ( Cm )

Cm=HA

Coeficiente Orográfico ( Co )

Co=H 2

A

1.6.3PARÁMETROS DE LA RED DE DRENAJE NATURAL

Número de Orden (N): Refleja el grado de ramificación o bifurcación dentro de una cuenca.

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 “n+1” orden: Cuando dos corrientes de orden “n” Se unen.

Relación de Confluencias (Rc)

RC=1n∑i=1

n

rci

rci=nini+1

Donde:

ni : Número de cauces de orden “ i ”

ni+1 : Número de cauces de orden inmediatamente superior

rci : Relación de confluencia

Rc : Promedio de los “rci”

Relación de Longitudes (RL)

RL=1n∑i=1

n

rL i

rL i=L iL i−1

Donde:

L i : Longitud promedio de cauces de orden “i”

Li-1 : Longitud promedio de cauces de orden inmediatamente inferior

rL i : Relación de longitudes

Rc : Promedio de los “rL i”

Densidad de Drenaje: Parámetro geomorfológico de mayor significación que el anterior por ser un mejor indicativo de la magnitud de la red de drenaje superficial. Está dado por la siguiente expresión:

D= 1A∑i=1

n

Li=LcA

Donde:

D : Densidad de drenaje superficial (km/km2)

A : Área de la cuenca (km2)

Li : Longitud del i-ésimo curso natural.

Lc :∑ Li = Longitud total de la red de drenaje (km).