Download - Cuenca Hidrologica (1)
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
TEMA:
Cuenca Hidrológica
ASIGNATURA:
Hidrología
DOCENTE TUTOR:
Ing. Cerna Chávez Rigoberto
INTEGRANTES:
Cortez Campomanes Yordin Noe
Del Castillo Villacorta Henry
Melchor Chucrachi Luis Arturo
Meléndez Santiago Lucero Ivonne
CHIMBOTE – 2014
CUENCA HIDROLÓGICA Página 2
CUENCA HIDROLÓGICA
Se define como el área que contribuye al escurrimiento directo y que
proporciona parte o todo el flujo de la corriente principal y sus tributarios.
Una cuenca hidrológica es la zona de la superficie terrestre en la cual,
todas las gotas de agua procedentes de una precipitación que caen
sobre ella se van a dirigir hacia el mismo punto de salida (punto que
generalmente es el de menor cota o altitud de la cuenca).
PARTEAGUAS.- Línea imaginaria que divide cuencas adyacentes y
distribuye los escurrimientos producido por la precipitación.
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CARACTERÍSTICAS FISIOGRÁFICAS
Área
Área de la proyección horizontal de la cuenca de drenaje.
Pendiente
Es el valor representativo del cambio de elevación en el espacio de una
cuenca.
TIPOS DE CUENCAS
Exorreicas: avenan sus aguas al mar o al océano. Un
ejemplo es la cuenca del río Pánuco en Veracruz.
Endorreicas: desembocan en lagos o lagunas, siempre
dentro del continente. Por ejemplo los arroyos, cañadas y
cañones de las Sierra de La Fragua y San Marcos y Pinos
que desembocan en el valle de Cuatrociénegas
pertenecen a este tipo.
Arreicas: las aguas se evaporan o se filtran en el terreno , ya
que no desaguan en ningún río u otro cuerpo hidrográfico
de importancia, aquí pueden ponerse como ejemplo los
múltiples afluentes del carso huasteco que literalmente son
tragados por el terreno, algunos de ellos resurgirán más
abajo en los valles, muchos otros serán almacenados en el
subsuelo.
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EL RELIEVE DE LA CUENCA
El relieve de una cuenca consta de los valles principales y secundarios,
con las formas de relieve mayores y menores y la red fluvial que
conforma una cuenca. Está formado por las montañas y sus flancos; por
las quebradas o torrentes, valles y mesetas.
PARTES DE UNA CUENCA
Cuenca alta: Es la parte de la cuenca en la cual predomina
el fenómeno de la socavación. Es decir que hay
asportación de material terreo hacia las partes bajas de la
cuenca, visiblemente se ven trazas de erosión
Cuenca media: Es la parte de la cuenca en la cual
mediamente hay un equilibrio entre el material sólido que
llega traído por la corriente y el material que sale.
Visiblemente no hay erosión.
Cuenca baja: Es 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.
IMPLICACIONES ECOLÓGICAS DE LA CUENCA
Al interior de la cuenca, el agua funciona como distribuidor de insumos
primarios (nutrientes, materia orgánica, sedimentos) producidos por la
actividad sistémica de los recursos. Este proceso modela el relieve e
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influye en la formación y distribución de los suelos en las laderas, y por
ende en la distribución de la vegetación y del uso de la tierra.
La utilización del agua entra con frecuencia en conflicto con la
conservación del medio ambiente y la biodiversidad. Dada la
extraordinaria riqueza de recursos bióticos e hídricos de la cuenca y la
degradación a la que están siendo sometidos, el análisis de la relación
entre la gestión de los recursos hídricos y la del medio ambiente
constituye una prioridad.
La cuenca integra procesos y patrones de los ecosistemas, en donde las
plantas y los animales ocupan una diversidad de hábitat generado por
variaciones de tipos de suelo, geomorfología y clima en un gradiente
altitudinal.
La cuenca constituye una unidad espacial ecogeográfica relevante
para analizar los procesos ambientales generados como consecuencia
de las decisiones en materia de uso y manejo de los recursos agua,
suelos y vegetación. Por lo tanto, constituye un marco apropiado para
la planificación de medidas destinadas a corregir impactos ambientales
producto del uso y manejo de los recursos naturales.
FUNCIONES DE LA CUENCA
Los procesos de los ecosistemas que describen el intercambio de
materia y flujo de energía a través de la vinculación de los elementos
estructurales del ecosistema pueden ser vistos como un sistema: Dentro
de la cuenca, se tienen los componentes hidrológicos, ecológicos,
ambientales y socioeconómicos, cuyas funciones a continuación se
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describen:
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
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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.
SERVICIOS AMBIENTALES
Del flujo hidrológico: usos directos (agricultura, industria, agua
potable, etc), dilución de contaminantes, generación de
electricidad, regulación de flujos y control de inundaciones,
transporte de sedimentos, recarga de acuíferos, dispersión de
semillas y larvas de la biota.
De los ciclos bioquímicos: almacenamiento y liberación de
sedimentos, almacenaje y reciclaje de nutrientes,
almacenamiento y reciclaje de materia orgánica, detoxificación
y absorción de contaminantes.
De la Producción biológica: creación y mantenimiento de
hábitat, mantenimiento de la vida silvestre, fertilización y
formación de suelos.
De la descomposición: procesamiento de la materia orgánica.
ZONAS DE FUNCIONAMIENTO HÍDRICO PRINCIPALES
Zona de Cabecera de las Cuencas Hidrológicas: garantizan
la captación inicial de las aguas y el suministro de las
mismas a las zonas inferiores durante todo el año.
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Zonas de Cabecera y Captación: Transporte en
condiciones de Cuencas Semiáridas
Zonas de Emisión de los Acuíferos: Las lagunas costeras
regulan el funcionamiento de los ecosistemas marinos
adyacentes. Los manglares están considerados entre los
ecosistemas más productivos y la actividad
socioeconómica asociada a los mismos abarca
actividades forestales, pesqueras, turístico-recreativas y
otras.
MÉTODOS DE CÁLCULO
Criterio de Alvord
Criterio de Horton
Considerando los criterios de ambos autores, optamos por elegir el
criterio de Horton; implica una malla sobrepuesta en la cuenca y
orientada según la dirección del cauce principal como se muestra
en la figura.
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Calculamos la pendiente media de la cuenca por medio de la
ecuación:
Las pendientes en la direcciones x , y se calculan como
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Dónde: Sx = Pendiente de la cuenca en la dirección x.
Sy = Pendiente de la cuenca en la dirección y
D = Desnivel constante entre curvas de nivel (m).
Lx = Longitud total de las líneas de la malla en la dirección x,
comprendidas dentro de la cuenca (m).
Ly = Longitud total de las líneas de la mallas en la dirección y,
Comprendidas dentro de la cuenca (m).
Nx = Número total de intersecciones y tangencias de las líneas de la
malla en la dirección x con las curvas de nivel.
Ny = Número total de intersecciones y tangencias de las líneas de la
malla en la dirección y con las curvas de nivel.
Finalmente la pendiente de la cuenca, Sc se calcula como
Dónde: Sc = Pendiente de la cuenca.
L = Lx + Ly
N = Nx + Ny
Ángulo entre las líneas de la malla y las curvas de nivel.
Procedemos a calcular la pendiente de la cuenca considerando
un = 1 y un desnivel de 50 m.
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Número de la
línea de la maya Nx Ny Lx Ly
0 13 0 965.47 0
1 24 10 2348.45 2970.78
2 45 23 5332.21 4443.37
3 67 33 8370.25 5865.71
4 122 41 14344.65 7228.2
5 127 51 15592.05 7648.05
6 127 49 16901.52 7828.17
7 111 54 18395.11 8008.52
8 103 51 18683.29 8067.87
9 115 59 18205.79 8233.29
10 123 55 18709.19 8657.86
11 116 80 15410.98 9174.74
12 66 75 7042.43 9687.89
13 0 97 0 10201.04
14 0 105 0 10675.44
15 0 94 0 11147.43
16 0 115 0 11417.76
17 0 118 0 11116.62
18 0 95 0 10858.96
19 0 39 0 6974.91
∑ 1159 1244 160301.39 160206.61
Total 2403 320508
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Se considera la pendiente como el promedio aritmético, Sc = 0.375, o
el promedio geométrico √
Elevación media
Es la altura medida de la cuenca sobre el nivel del mar o cualquier
otra referencia.
Método de cálculo
El desarrollo del cálculo contiene los siguientes parámetros:
a) Se construye una malla sobre el mapa topográfico de la cuenca.
b) Se determina la elevación de cada punto de intersección (nodo) de
la malla que esté dentro de la cuenca. (la elevación de los nodos
fueron calculadas por el método de la semejanzas de triángulos)
c) Se obtiene el promedio aritmético de todas las elevaciones, de
acuerdo con la siguiente expresión.
∑
Dónde: Em = elevación media (m o metros sobre el nivel del mar, “m.s.n.m.”)
Ei = elevación del nodo i (m.s.n.m.)
n = número de nodos
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Entonces remplazando datos:
Nº Nodos Cotas Nº Nodos Cotas Nº Nodos Cotas Nº Nodos Cotas Nº Nodos Cotas
1 875 33 1125 65 1730 97 2860 129 3180
2 840 34 1340 66 1630 98 2640 130 3450
3 930 35 1360 67 1640 99 2640 131 3810
4 1140 36 1400 68 1900 100 2250 132 3420
5 1152 37 1630 69 1870 101 2150 133 3000
6 940 38 1630 70 1930 102 2460 134 2770
7 920 39 1550 71 2200 103 2150 135 3080
8 1010 40 1260 72 1850 104 2240 136 3460
9 960 41 1390 73 1550 105 2430 137 2850
10 980 42 1320 74 1770 106 2300 138 2930
11 1170 43 1510 75 1750 107 2690 139 3400
12 1190 44 1700 76 1920 108 2640 140 3020
13 1390 45 1760 77 1820 109 2950 141 3070
14 1395 46 1560 78 1190 110 2800 142 3000
15 1200 47 1370 79 2070 111 2670 143 3340
16 1225 48 1470 80 2170 112 2530 144 3970
17 1125 49 1560 81 1800 113 2770 145 3570
18 1020 50 1540 82 1830 114 2640 146 3440
19 1070 51 1660 83 1950 115 2260 147 3780
20 1080 52 1860 84 2050 116 2850 148 3440
21 1360 53 2050 85 2640 117 2540 149 3230
22 1160 54 1770 86 2190 118 2370 150 3270
23 1220 55 1530 87 2600 119 2630 151 3260
24 1130 56 1540 88 2460 120 2750 152 3730
25 1160 57 1560 89 2740 121 2680 153 4130
26 1290 58 1440 90 2630 122 2750 154 3730
27 1430 59 1730 91 1940 123 3050 155 3620
28 1570 60 1750 92 2030 124 2620 156 3720
29 1780 61 1590 93 2000 125 2810 157 3670
30 1520 62 1600 94 2030 126 3310 158 4000
31 1270 63 1670 95 1900 127 2630 159 3960
32 1180 64 1540 96 2360 128 3660 160 4050
total 37682 total 49765 total 64140 total 84720 total 110350
346657
Elevaciones de nodos
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Red de drenaje
Es el arreglo geométrico de los cauces de las corrientes naturales de la
cuenca se define con base en:
• Tipo de corrientes
• Orden de las corrientes
• Longitud de tributarios
• Densidad de corriente
• Densidad de drenaje
Tipo de corrientes
De acuerdo al tiempo que dura el escurrimiento en el cauce, las
corrientes se clasifican en:
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a) Efímera.- Se presenta cuando llueve e inmediatamente después.
b) Intermitente.- Ocurre la mayor parte del tiempo, principalmente
en época de lluvias.
c) Perenne.- Ocurre todo el tiempo, su caudal es alimentado por
agua subterránea.
Orden de las corrientes.
Según el grado de bifurcación o división de los cauces dentro de una
cuenca se tiene
Grado 1– corrientes sin tributarios.
Grado 2– corrientes con tributarios de grado 1
Grado 3– corrientes con 2 o más tributarios de grado 2 etc.
Los tipos y orden de corrientes se pueden apreciar en e l plano de la
cuenca hidrológica.
Longitud de los tributarios
Proporciona una idea de la pendiente de la cuenca y el grado de
drenaje, se mide a lo largo del valle sin tomar en cuenta las curvas
descritas por el curso del río o meandros.
Longitud a lo largo de la cuenca: 18536.22 m
Cotas: Z = 3650 m, parte derecha
Z = 800 m, parte izquierda.
Grado 1 : 28
Grado 2 : 10
Grado 3 : 2 intermitentes
Grado 4 : 2 perennes
Ver plano
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Densidad de corriente
Relación entre el número de corrientes y el área drenada.
Dónde: A = área total de la cuenca, en km2
Ns = número de corrientes perennes e intermitentes.
Ds = densidad de corriente.
Entonces:
Densidad de drenaje
Es la relación entre la longitud total de las corrientes perennes e
intermitentes y el área de la cuenca.
Dónde: Dd = densidad de drenaje
L = suma de las longitudes de corrientes perennes (7426.71) e
intermitentes (5545.71) (m).
A = área de la cuenca (km2).
Entonces:
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Pendiente del cauce
Existen diversos criterios para determinar la pendiente de un cauce, de
entre ellos el más simple es el siguiente:
Desnivel entre los extremos del cauce dividido entre la longitud de éste.
Dónde: S = pendiente del tramo del cauce.
H = desnivel entre los extremos del tramo del cauce (m).
L = longitud del cauce (m).
Otro criterio es el de la “Pendiente compensada”, el cual consiste en
obtener la pendiente de la línea que inicia en el extremo final del cauce
(aguas abajo) y que divide el área bajo la curva en 2 partes iguales, siendo
la pendiente de dicha línea la elevación de la línea compensada entre la
distancia, como se aprecia en la siguiente figura.
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PRECIPITACIÓN
PRECIPITACIÓN MEDIA
Para determinar la precipitación media sobre una zona, es necesario
contar con una buena cantidad de estaciones pluviométricas, distribuidas
convenientemente. Si se tiene esto es posible determinar la precipitación
media de acuerdo a varios criterios, entre los que se encuentran el
“promedio aritmético”, los “polígonos de Thiessen” y el de “Isoyetas” entre
otros.
A. Promedio aritmético.- Se suma la altura de lluvia registrada en un
cierto tiempo, en varias estaciones que se localicen en la zona de
estudio, y se divide entre el número total de estaciones.
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B. Método de Thiessen.- Consiste en trazar triángulos que ligan las
estaciones más próximas entre sí y formar polígonos cuyas caras son
las líneas bisectoras de los lados de los triángulos.
C. Método de Isoyetas.- Con los datos de precipitación se construye un
plano de isoyetas, que son curvas que unen puntos de igual
precipitación.
Se calcula por la siguiente fórmula:
Dónde: Po, P1….,Pn. son las presipitaciones anuales, representadas por
isoyetas respectivas.
a1, a2….,an. son las áreas entre cada 2 isoyetas.
Se opta por usar el método de las isoyetas por ser el más
preciso porque en la construcción de las mismas el ingeniero
puede utilizar todo su conocimiento sobre los posibles efectos
orográficos. Por ejemplo, si existen dos estaciones en un valle,
una en cada ladera, no se puede su poner que la
precipitación que cae durante una tormenta varíe
1inea1mente entre las dos estaciones.
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Isoyetas Altura de precipitación
Hpl, en mm
Área entre isoyetas
Ai, en km2
HplAi
40 – 100 70 7.53 527.1
100 – 200 15 10.77 1615.5
200 – 300 250 12.94 3235.0
300 – 400 350 14.48 5068.0
400 – 500 450 14.57 6556.5
500 – 600 550 9.80 5390.0
600 – 700 650 6.56 4264.0
700 - 800 750 7.25 5437.5
800 – 900 850 8.19 6961.5
900 – 1000 950 11.73 11143.5
1000 – 1100 1050 15.78 16569.0
1100 – 1200 1150 18.33 20163.0
1200 – 1300 1250 20.21 25262.5
1300 – 1340 1320 1.84 2428.8
159.98 115538.4
Aplicando la fórmula siguiente, obtenemos la precipitación anual media en la cuenca.
Dónde:
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ANEXOS
(PLANOS)