5.2 Cuenca Hidrográfica

8/18/2019 5.2 Cuenca Hidrográfica

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TIPO Y USO DEL SUELO

El uso del suelo es la destinación que se le da a la superficie: bosques, cultivosdeforestación, urbanismo.

Del uso del suelo y su cobertura afectan la respuesta de una cuenca ante la prde lluvias alterando los régimenes de escurrimiento natural de la cuensuperficie impermeable produce respuestas hidrológicas más concentradas o p

La urbanización de las cuencas tiende a disminuir a largo plazo los caudales mientras que los caudales máximos instantáneos (crecientes) se incremen

tasas de filtración se reducen y disminuye el almacenamiento de la cuenca.


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Tipo y uso del suelo

Cultivos

Zonas urbanas


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Usos de suelo % ÁreaResidencial 3

Bosques 41

Cultivos 26

Industrial 0

Pastizales 30

Área cu


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Los suelos gruesogranulares tienen mayor porosidad y por lo tanto maypermeabilidad, mientras que los suelos finos son mas impermeables. Ensuelo gruesogranular pueden esperarse respuestas hidrológicas m

atenuadas, mientras que en el suelo fino ocurriría lo contrario

Tipo y uso del suelo


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POSICIÓN Y ORIENTACIÓN DE LA CUENCA

Posición:La localización geográfica de una cuenca influye en el grado de su exposición a corraire, que varían de acuerdo a la latitud y la altitud dando así una característica prmeteorología predominante en una región.

Orientación:La orientación se determina de acuerdo a la orientación del río principal de la curelación al Norte y se considera su influencia especialmente en las zonas de ladera eninclinación de la vertientes afectará la incidencia solar, afectando su comporhidrometeorólogico.

Para una cuenca orientada N-S sobre el eje de su cauce principal de drenaje se esmenor cantidad de horas de sol diarias, lo que influye directamente en una reduccevaporación y evapotranspiración. Al contrario en cuencas orientadas E-O habrá unduración de la exposición solar, disponiéndose una mayor cantidad de eneincrementará la temperatura y con ella el paso del agua al ambiente


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Dada la importancia de la configuración de las cuencas, se trata de cuantifcaracterísticas por medio de índices o coeficientes, los cuales relacionan el model agua y las respuestas de la cuenca a tal movimiento (hidrógrafa).

PARÁMETROS DE FORMA DE LA CUENCA


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PARÁMETROS DE FORMA DE LA CUENCA

Los principales parámetros son los siguientes:

Coeficiente de compacidad o índice de Gravelius (Kc) Factor de forma (Kf ) Índice de alargamiento (Ia) Índice de Asimetría


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Relaciona el perímetro de la cuenca (P) y el perímetro de un círculomisma área de la cuenca.

Kc: esta estrechamente relacionado con el tiempo de concentración(Tc)se define como tiempo que tarda una gota de lluvia que cae en la palejana de la cuenca, en llegar hasta el punto de desagüe o control.

El índice de compacidad mínimo será de 1.0 correspondiente a una cueforma circular, pudiendo alcanzar valores próximos a 3 en cuencaalargadas.

Coeficiente de compacidad o índice de Gravelius (K

P : Perímetro de la cuencaA : Área de la cuenca


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Kc=1: cuenca redonda, con susceptibilidad a lascrecidas; conforme aumenta Kc, reduce lasusceptibilidad.

Kc Forma de la cuenca Características

1- 1.25 Redonda a Oval Redonda Cuenca torrencial peligrosa

1.26-1.5 Oval Redonda a Oval OblongaPresenta peligros torrencialepero no iguales a la anterior

1.51-1.75 Oval – Oblonga a RectangularSon las cuencas que tienen

menos torrencialidad.

Clasificación de la forma


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El factor de forma de Horton expresa la relación existente entre el áre(A), y el cuadrado de la longitud máxima o longitud axial de l

Entendiéndose como Longitud axial una línea recta que une el punto cuenca con el punto mas bajo.

Donde:Kf : Factor de forma (adimensional)W: Ancho promedio de la cuenca (km)Lc: Longitud máxima de la cuenca (km)A: Área de la cuenca (km2).

Factor de forma (Kf )

W=

Kf =

2Kf =

W


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Factor de forma (Kf ) Clase de cuenca

0.01 a 0.18 Larga

0.18 a 0.36 Ligeramente larga0.36 a 0.54 Corta

El escurrimiento resultante de una lluvia sobre una cuenca dealargada, no se concentra tan rápidamente, como en una cue

forma redonda; además, una cuenca con un factor de forma bajoalargada) es menos propensa a tener una lluvia simultáneamente sobre toda su superficie, que un área de igual con un factor de forma mayor


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El valor máximo que se pude obtener del factor de forma es 0,7854 para completamente circular y, a medida que la cuenca se hace más alargada, el valor ti


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Índice de alargamiento (Ia)

Este índice, propuesto por Horton, relaciona la longitud máxima de la cuesu ancho máximo ( a ), medido perpendicularmente a la dimensión anter

donde,

Lc : Longitud máxima

a : ancho mayor

Ia = 1 Corresponde a una Cuenca

Ia < 1 Corresponde a una Cuenca

Ia > 1 Corresponde a una forma ctendencia rectangular con el cauce princibastante largo.

a

Lc Ia


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Índice de Asimetría

Este índice compara la relación en superficies entre la vertiente másmenos extensa; si Ad se acerca a uno, el drenaje se puede considerar huna vertiente a otra, pero si es mayor a uno el colector principal no está se presume que hay un recargo de la red hacia una de las vertientes.

A A Ad

donde,

A vertiente mayor

A vertiente menor

Ad: Indice asimétrico


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Son muy importantes ya que el relieve de una cuenca puede teninfluencia sobre la respuesta hidrológica que la forma misma

cuenca. Los parámetros relativos al relieve son:

Pendiente media de la cuenca Altura y elevación promedia de la cuenca. Curva hipsométrica. Histograma de frecuencias altimétricas. Perfil altimétrico del cauce principal y su pendiente promedia.

PARÁMETROS DE RELIEVE


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Es la pendiente ponderada para toda la cuenca, la cualdepende de la configuración topográfica del terreno y elárea de la cuenca.

Este parámetro es de importancia pues da un índice de lavelocidad media de la escorrentía y su poder de arrastre yde la erosión sobre la cuenca. Así mismo tiene influenciaen la duración total de las avenidas y, por consiguiente, juega un papel importante en la forma del hidrograma. Suinfluencia se acopla a la de la longitud de la corriente.

La pendiente media total de las corrientes de agua,indica, también, el aspecto de la variación de algunascaracterísticas físicas, químicas y biológicas de las aguas(oxigenación del agua por la turbulencia, mayorcapacidad de erosión y transporte).

Pendiente media de la cuenca


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Método de Horton para estimar la pendiente media de

Parte de trazar una malla de cuadrados sobre la proyección planimétrica sobrecurvas de nivel de la cuenca, se mide la longitud de cada línea de la malla,

dentro de la cuenca y se cuentan las intervenciones y tangencias de cada línea dcon las curvas de nivel.

100*2

y x S S S

Donde:

Nx = Número total de intervenciones y tangencias en la

Ny = Número total de intervenciones y tangencias en la

D = Desnivel constante entre curvas de nivel consecuti

Lx = Longitud total de las líneas de la malla, dentro dedirección X. (Expresada en m)

Ly = Longitud total de las líneas de la malla, dentro de

dirección Y. (Expresada en m)

y

y

y L

D N S

*

x

x

x L

D N

S

*


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Para aplicar este método se traza una cuadrícula sobre el plano dela cuenca a analizar; llevando las intersecciones (por lo menos

cuadrícula sobre el plano topográfico y calculando la pendiente ppuntos arbitrariamente escogidos.

Para el trazado de la malla el plano se orientará con base en la predominante del cauce principal. A partir de la cuadrícula semedida de la longitud de cada línea de la malla, tanto en el eje

como de las Y, y comprendidas dentro de los límites de la cuencaprocede a contabilizar el número de cortes y tangencias de cada las curvas de nivel. Se debe tener en cuenta que el plano topcontenga las curvas de nivel con igual equidistancia.

Método de Horton


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Método de Horton

1. Sobre la superficie de la cuenca dibujar

cuadrícula en el sentido del cauce.2. Se cuentan los puntos de Intersección de las

líneas verticales con cualquier curva de nivel.

3. Se mide la longitud de los tramos verticales dela rejilla dentro de los límites de la cuenca. Yse aplica la formula Sy

4. Se repite el procedimiento para lasintersecciones horizontales y se aplica laformula Sx

y

y y

L

N S

*

x

x x

L

N S

*


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Método de Alvord para estimar la pendiente media de

En este criterio se analiza la pendiente existente entre curvas de nivel con la franja definida por las líneas medias que pasan entre curvas de

i

iW

DS Donde:

Si pendiente de la faja analizada iD desnivel entre líneas medias, aceptado comocurvas (equidistancia)Wi ancho de la faja analizada iai área de la faja analizada ili longitud de la curva de nivel correspondanalizada i

i

ii

l aW


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Método de Alvord para estimar la pendiente media de

Así la pendiente media de la cuenca será el promedio ponderla pendiente de cada franja en relación con su área:

A

L DS

*

S pendiente media de la cuencaL longitud total de las curvas de nivel denA área de la cuenca


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Método de Alvord

1. Determinar el área total de la cuenca2. Determinar la longitud de cada curva de nivel

dentro de la cuenca.

3. Obtener la sumatoria de la longitud de todasla curvas de nivel (L)

4. Aplicar la ecuación teniendo en cuenta eldesnivel entre curvas (D)

DS


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Método de Alvord


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Pendiente S (%) Relieve

0-3 Plano

3-7 Ondulado ó suave

7-12 Mediano

12-20 Accidentado

20-35 Fuerte35-50 Muy fuerte

50-75 Escarpado

75 o mayor Muy escarpado

De acuerdo con la pendiente media se define el relievede la cuenca:


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La altura o elevación media tiene importancia principalmenmontañosas donde influye en el escurrimiento y en otros elementosafectan el régimen hidrológico, como el tipo de precipitación, la tem

Para su obtención se puede utilizar el método de ponderacióutilizando la siguiente expresión:

At

Ei Ai Em

*

Donde:Em : Elevación media (msnm)Ai : áreas entre curvas de nivel consecutivas (km2)Ei : Elevación promedio entre curvas de nivel consecutivas (msnm)At : Área total de la cuenca (km2)

Altura media de la cuenca y Curva Hipsométr


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Curva Hipsométrica

Esta curva representa el área drenada variando con la altura de la superficie También podría verse como la variación media del relieve de la cuenca. Se definhipsométrica a la representación gráfica del relieve medio de la cuenca, construidel eje de las abscisas, longitudes proporcionales a las superficies proyectadas en km2 o en porcentaje, comprendidas entre curvas de nivel consecutivas hastsuperficie total, llevando al eje de las ordenadas la cota de las curvas de nivel consi


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Representa la cota que divide la cuenca en dos zonas de igual zona alta que representa el 50% del área total de la cuenca que e

dicha cota. El valor se determina a partir de la curva hipsométrica

Elevación mediana

Histograma de frecuencias altimétricas


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Este diagrama de barras puede ser obtenido de los mismos datos dhipsométrica. Realmente contiene la misma información de ésta perrepresentación diferente, dándonos una idea probabilística de la va

la altura en la cuencaHISTOGRAMA DE ALTURAS

5

10

15 15 15

10 10

5 5 5 5

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1 6 5 0

- 1 7 0

0

1 7 0 0

- 1 7 5

0

1 7 5 0

– 1 8 0

0

1 8 0 0

– 1 8 5

0

1 8 5 0

– 1 9 0

0

1 9 0 0

– 1 9 5

0

1 9 5 0

– 2 0 0

0

2 0 5 0

– 2 1 0 0

2 1 5 0

– 2 2 0

0

2 2 5 0

– 2 3 0

0

2 3 5 0

- 2 4 0 0

ALTURAS (msnm)

%

DE

ÁRE

Histograma de frecuencias altimétricas


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Ejercicio:

Calcular la altura media de la cuenca, la curva hipsométrica y la amediana para los datos que se reportan el la siguiente tabla:

intervalo entrecurvas de nivel

(m.s.n.m)

Área entrecurvas Ai

(km2)

1400-1200 2

1200-1000 5

1000-800 7800-600 13

600-400 10

400-200 5

P fil l i é i d l i i l


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El perfil altimétrico es el gráfico de altura en función de la longitud a lo principal. La velocidad con la cual se desplaza el flujo a través de la cuende la pendiente de sus canales fluviales, a mayor pendiente mayor velo

aspecto a tener presente es que generalmente cuencas con pendientescauce principal tienden a tener hidrógrafas más picudas y más cortas qcon pendientes menores.

Perfil altimétrico del cauce principal


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Es la diferencia total de elevación del lecho del río dividido plongitud entre los dos puntos extremos.

L

hhS 01

Donde:h

1

: Cota de nacimiento del cauce (msnm)h2 : Cota de aforo del cauce (msnm)L : Longitud del cauce principal (m)

Pendiente media del cauce principal (S)


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El sistema de drenaje de una cuenca esta constituido por el río principafluentes.

La forma en que estén conectados los canales en una cuenca determinfluye en la respuesta de ésta a un evento de precipitación. desarrollado una serie de parámetros que tratan de cuantificar la infde la forma del drenaje en la escorrentía superficial directa. El ordencanales es uno de ellos

Sistema de drenaje


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1. Los segmentos que están unidos a una fuente (los que no tienen tributdefinidos como de primer orden.

2. Cuando dos segmentos del mismo orden, i, se unen en un nudo interioa un segmento de orden superior, i+1, aguas abajo.

3. Cuando se unen dos tramos de distinto orden el orden del segmento rel máximo orden de los segmentos que la preceden.

4. El orden de la cuenca, w, es el de la corriente de mayor orden.

Orden de corrientes de una cuenca.


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Es la relación entre la longitud total de los cursos de agua de la cuesu área total.

A

L Dd

Densidad de drenaje (Dd)

Donde:L: Longitud total de las corrientes de agua (km)A: Área total de la cuenca (km2)

Rangos de densidad Clases

0.1 – 1.8 Baja

1.9 – 3.6 Moderada

3.7 – 5.6 Alta


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Valores bajos de Dd generalmente están asociados con regiones dresistencia a la erosión, muy permeables y de bajo relieve.

Valores altos fundamentalmente son encontrados en regiones de impermeables, con poca vegetación y de relieve montañoso.

Este es un índice importante, puesto que refleja la influenciageología, topografía, suelos y vegetación, en la cuenca hidrográestá relacionado con el tiempo de salida del escurrimiento superfila cuenca.



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Valores mínimos y máximos de la densidad de drenaje para 1283 cuencashidrográficas estudiadas en el departamento del Tolima - Colombia


P ó d li i d l l


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Patrón de alineamiento del canal

El alineamiento de un canal puede ser : Trenzado, recto o serpen

Sinuosidad de las corrientes de agua (Si)


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Lt LSi

Es la relación entre la longitud del cauce principal ( Lcp ), medida a locauce, y la longitud del valle del río principal ( Lt ), medida en línea cu

Donde:

L: longitud del rio principal (km)Lt: longitud del valle del rio principal (km).

Este parámetro da una medida de la velocidad de la escorrentía delargo de la corriente.Un valor de S menor o igual a 1.25 indica baja Entre más sinuosos las velocidades en el cauce son menores.

Sinuosidad de las corrientes de agua (Si)

Cauce Trenzado


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• Múltiples canales de flujo

• Barras e islas intermedias

• Difícil medir la sinuosidad

• Pendiente usualmente alta• Sección transversal ancha

• Material del lecho: grava

Cauce Trenzado

Cauce Recto


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Cauce Recto

• Sinuosidad < 1.25

• Son escasos, usualmente se observanentramos cortos de las corrientes

• El valle es estrecho y la estabilidadlateral del canal es alta debido alcontrol geológico ante los procesos demigración lateral


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Cauce serpenteado o meándrico

• Sinuosidad > 1.25

• Sucesión de curvas unidas por tramosrectos

• Valles amplios

• Pendientes bajas

• Material transportado: arena


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Perfil altimétrico de la Corriente en relación con e


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El perfil longitudinal de la corriente usualmente presenta una form

(Richards, 1982), la pendiente está relacionada, en cada puntcaracterísticas del material del lecho

Perfil altimétrico de la Corriente en relación con ematerial del lecho

A partir del análisis del perfil de la corriente también se podrá detlocalización de abanicos aluviales, conos de deyección y deltas

principal característica está asociada a un cambio brusco en la (fuerte a suave)


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