estudio de cuenca hidrografica
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HIDROLOGIA
Universidad Catlica Los ngeles de Chimbote Pgina 1
Introduccin
La identificacin geomorfolgica de una regin es de fundamental importancia, puesto
que constituye uno de los factores principales que dominan la dinmica hdrica. La
morfologa regional, condicionada por procesos de sedimentacin, erosin, deposicin y
transporte da lugar a la existencia de cuencas hidrogrficas. El agua, a travs de su
capacidad de erosin y transporte de sedimentos, se comporta como un factor relevante
en el modelado de la superficie terrestre y de sus paisajes.
La caracterizacin geomorfolgica ambiental de una cuenca fluvial se determina en
primera instancia por su conocimiento morfomtrico. Este ltimo es uno de los aspectos
ms influyentes en la ecologa acutica, dado que muchos indicadores, composicin
fsico-qumica, sedimentacin dependen de la forma de la cuenca. La morfometra sirve,
adems, para hallar parmetros que caractericen un ambiente geomorfolgico y que sean
susceptibles de un tratamiento estadstico que permita disminuir la subjetividad en las
conclusiones.
El espectro cronolgico de la cuenca Las Encadenadas del Oeste incluye morfologas
longevas en los sistemas serranos, anteriores al Cenozoico, hasta otras del Holoceno
tardo. La cadena serrana, localizada en el sector Sur de la cuenca, tiene forma sigmoidal
y se interpreta como resultado de la presencia de componentes de cizalla durante la
deformacin.
Los escurrimientos superficiales son controlados por la pila sedimentaria que cubre el
rea y que data de los ltimos 5 millones de aos. Estos sedimentos fueron depositados
por el viento y su espesor llega al centenar de metros en la parte superior. La base de estos
sedimentos fueron denominados por Ameghino con el trmino de Pampeanos. Cubre esta
pila sedimentaria otra identificada tambin por Ameghino como Postpampeano. El
conocimiento de estos sedimentos es importante, puesto que ejercen un control sobre el
paisaje actual y los materiales sobre los que evolucionan los suelos.
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HIDROLOGIA
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ndice
1. OBEJTIVOS.....Pg.03
2. MARCO TEORICO CONCEPTUAL..........................................Pg.03
2.1. Definiciones......Pg.03
2.2. Partes de una cuenca.....Pg.04
2.3. Tipo de Cuencas.......Pg.04
2.4. Funciones de las cuencas hidrogrficas........Pg.04
2.5. Divisin de la cuenca........Pg.05
2.6. Los componentes de la cuenca.....Pg.06
3. HIDROLOGIA DE LA CUENCA DE DRENAJE......Pg.06
3.1. Patrones de drenaje.......Pg.07
3.2. Modelos de drenaje.......Pg.08
4. Caractersticas Morfomtricas y Fisiogrficas de la Cuenca.....Pg.09
4.1. Procedimiento utilizado para Delimitar la Cuenca Hidrogrfica..Pg.09
4.2. rea de la Cuenca......Pg.10
4.3. Permetro de la cuenca..........Pg.10
4.4. Longitud del rio principal.....Pg.11
4.5. Parmetros de forma de la cuenca........Pg.11
4.6. Parmetros de relieve...........Pg.13
4.7. Pendiente de Cuenca (S%).......Pg.17
4.8. Parmetros relativos a la red de drenaje.......Pg.19
5. Referencias bibliogrficas.....Pg.21
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HIDROLOGIA
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Estudio y Limitacin de la cuenca hidrogrfica del rio Chontayacu
1. OBJETIVOS
a) Objetivo general:
- Determinacin y limitacin de la cuenca mediante los estudios
establecidos.
b) Objetivos especficos:
- Conocer las caractersticas de una cuenca
- Delimitar su rea y permetro respetando su estructura
- Aplicar los conceptos bsicos de cuencas, as como sus tipos y
caractersticas.
2. MARCO TERICO Y CONCEPTUAL
2.1 Definiciones:
Una cuenca es una superficie terrestre asociada a uno o
varios elementos. La cuenca hidrogrfica de un ro o de una
estacin es la porcin de territorio para la cual cada gota de
agua cayendo en ella es susceptible de llegar al ro o a la
estacin. Su lmite se llama tambin parteaguas.
En zonas afectadas por tuberas y canales artificiales, la
cuenca real puede ser diferente de la cuenca natural.
En general el parteaguas se traza con base en las
orientaciones de los pendientes del terreno, pero la geologa
y pedologa de la zona estudiada pueden implicar un lmite
variable en funcin de la profundidad.
Este concepto permite definir las entidades espaciales
bsicas en gestin de los recursos hdricos. Es una nocin
que lleva jerarqua implcita: una cuenca se puede dividir
en subcuenca, o al revs, la cuenca del punto inicial de un
ro est incluida en la cuenca de un punto aguas abajo.
En hidrologa subterrnea, se suele hablar ms de la zona
de recarga del acufero.
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2.2 Partes de una cuenca:
a)Cuenca alta, que corresponde a la zona donde nace el ro, el cual se
desplaza por una gran pendiente
b)Cuenca media, la parte de la cuenca en la cual hay un equilibrio entre el
material slido que llega trado por la corriente y el material que sale.
Visiblemente no hay erosin.
c)Cuenca baja, la parte de la cuenca en la cual el material extrado de la
parte alta se deposita en lo que se llama cono de deyeccin.
2.3 Tipos de cuencas
a)Exorreicas: las aguas llegan a desaguar en los ocanos cada uno de
manera independiente o a travs de un colector comn. Un ejemplo es la
cuenca del Plata, en Sudamrica.
b)Endorreicas: cuando los ros no tienen salida hacia los mares, terminan
perdindose en la parte continental ejemplo el lago Titicaca
c)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
Tambin son frecuentes en reas del desierto del Shara y en muchas otras partes.
- El relieve de la cuenca consta de los valles principales y secundarios,
con las formas de relieve mayores y menores y la red fluvial que
conforma una cuenca. Est formado por las montaas y sus flancos;
por las quebradas o torrentes, valles y mesetas.
2.4 Funciones de las cuencas hidrogrficas
a) Funcin hidrolgica
- Captacin de agua de las diferentes fuentes de precipitacin para formar
el escurrimiento de manantiales, ros y arroyos.
- Almacenamiento del agua en sus diferentes formas y tiempos de
duracin.
- Descarga del agua como escurrimiento.
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b) Funcin ecolgica
- Provee diversidad de sitios y rutas a lo largo de la cual se llevan a cabo
interacciones entre las caractersticas de calidad fsica y qumica del
agua.
- Provee de hbitat para la flora y fauna que constituyen los elementos
biolgicos del ecosistema y tienen interacciones entre las caractersticas
fsicas y biolgicas del agua
c) Funcin ambiental
- Constituyen sumideros de CO2.
- Alberga bancos de germoplasma.
- Regula la recarga hdrica y los ciclos biogeoqumicos.
- Conserva la biodiversidad.
- Mantiene la integridad y la diversidad de los suelos
d) Funcin socioeconmica
- Suministra recursos naturales para el desarrollo de actividades
productivas que
- Dan sustento a la poblacin.
- Provee de un espacio para el desarrollo social y cultural de la sociedad.
2.5 Divisin de la cuenca
a) Subcuenca: es toda rea que desarrolla su drenaje directamente al
curso principal de la cuenca. Varias subcuentas pueden conformar una
cuenca.
b) Micro cuenca: es toda rea que desarrolla su drenaje directamente a la
corriente principal de una subcuenca. Varios micros cuencas pueden
conformar una subcuenca.
c) Quebradas: es toda rea que desarrolla su drenaje directamente a la
corriente principal de un micro cuenca. Varias quebradas pueden
conformar un micro cuenca.
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2.6 Los componentes de la cuenca:
Los componentes principales que determinan el funcionamiento de una
cuenca son los elementos naturales y los de generacin antrpica. Dentro
de los naturales tenemos los componentes biticos como el hombre, la
flora y la fauna; y los componentes abiticos como el agua, el suelo, el
aire, los minerales, la energa y el clima. Los elementos de generacin
antrpica, o generados por el hombre, pueden ser de carcter
socioeconmico y jurdico-institucional. Entre los primeros tenemos la
tecnologa, la organizacin social, la cultura y las tradiciones, la calidad de
vida y la infraestructura desarrollada. Entre los elementos jurdico-
institucionales tenemos las polticas, las leyes, la administracin de los
recursos y las instituciones involucradas en la cuenca. Los componentes
abiticos y biticos estn condicionados por las caractersticas geogrficas
(latitud, altitud), geomorfolgicas (tamao, forma, relieve, densidad y tipo
de drenaje), geolgicas (orognicas, volcnicas y ssmicas) y demogrficas
En su evolucin y bsqueda de la satisfaccin de sus necesidades, el
hombre origina los elementos antrpicos al reconocer y aprovechar los
elementos de la oferta ambiental para satisfacer sus necesidades; aquellos
elementos se vuelven recursos. Consecuentemente, el aprovechamiento de
estos recursos produce impactos que pueden ser benficos o nocivos.
3. HIDROLOGIA DE LA CUENCA DE DRENAJE
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El termino precipitaciones se refiere a la cantidad de agua cada sobre un
terreno en forma de lluvia y nieve. Parte de esa agua vuelve a la
atmosfera mediante la evaporacin directa y la transpiracin de las
plantas. Excepto en los ambientes ms ridos, la precipitacin
normalmente supera a la evapotranspiracin. El excedente de agua,
llamado escorrenta, fluye a travs del sistema de drenaje, aunque puede
almacenarse sobre la superficie, en reas deprimidas y charcas, o en el
suelo, dando lugar a suelos hmedos y depsitos de agua subterrnea por el
proceso de infiltracin. Sobre la tierra, el agua de las precipitaciones
sobrante discurre rpidamente hacia las escorrentas. Por el contrario, el
agua infiltrada se desplaza a menor velocidad, como interflujo y flujo
transversal.
3.1 Patrones de drenaje
Cuando la escorrenta 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 nico rio
que se halla en la desembocadura de la cuenca. El relieve de l
suelo influyen en el patrn de la red, pero la estructura geolgica
subyacente suele ser el factor ms relevante. Los patrones
hidrogrficos estn tan ntimamente relacionados con la geologa
que son muy ut ilizados en geofsica para ident ificar fallas e
interpretar est ructuras. La clasificacin de los principales patrones
incluye las siguientes redes: dendrticas (en forma de rbol), enrejadas,
paralelas, rectangulares, radiales y anulares.
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3.2 Modelos de drenaje
Las corrientes fluviales tienden a formar cinco tipos diferentes de
drenaje: Dendrticos, rectangular, centrpeto y en espaldera. Esta
tipologa resultante es fruto de la clase de suelo existente en el rea
de drenaje y de la erosin del mismo por la accin de los cursos
fluviales. As, el modelo dendrtico, caracterizado por la
ramificacin, se forma en reas con rocas sedimentarias planas,
mientras que las regiones con cumbres elevadas, como las volcnicas,
tienen un drenaje de tipo radial. En ocasiones el agua fluye hacia un
valle profundo a causa del drenaje de tipo centrpeto, dando lugar a
un lago, o erosiona zonas localizadas entre crestas y cordones
montaosos, lo que origina valles encajonados, como sucede cuando
el drenaje es en espaldera.
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4. Caractersticas Morfomtricas y Fisiogrficas de la Cuenca
4.1 Procedimiento utilizado para Delimitar la Cuenca Hidrogrfica
Para la delimitacin de las unidades hidrogrficas, se consideran las siguientes reglas:
- Primera: Se identifica la red de drenaje o corrientes superficiales, y
se realiza un esbozo muy general de la delimitacin.
- Segunda: Invariablemente, la divisoria corta perpendicularmente a las
curvas de nivel y pasa, estrictamente, por los puntos de mayor nivel
topogrfico.
- Tercera: Cuando la divisoria va aumentando su altitud, corta a las
curvas de nivel por su parte convexa.
- Cuarta: Cuando la altitud de la divisoria va decreciendo, corta a las
curvas de nivel por la parte cncava.
- Quinta: Como comprobacin, la divisoria nunca corta una quebrada
o ro, sea que ste haya sido graficado o no en el mapa, excepto en el
punto de inters de la cuenca (salida).
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Dando como resultado lo siguiente:
4.2. rea de la Cuenca
Para obtener el rea total de la cuenca se realiz mediante el programa de
AutoCAD su clculo obteniendo como rea total: 88494303.8452 m2 88.49 km2
4.3 Permetro de la cuenca
Es la longitud del contorno del rea de la cuenca, para hallarlo nos apoyamos del
programa AutoCAD obteniendo lo siguiente:
P = 41602.7476 m P = 41.6 km
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4.4 Longitud del rio principal
Es la longitud del ro principal de la cuenca, donde van a drenar todos los afluentes
y quebradas. La longitud hallada es:
L = 10760.5561 m L = 10.76 Km
4.5 Parmetro de forma de la cuenca:
Es el tiempo de recorrido de las aguas a travs de la red de drenaje y por
consiguiente es la forma del hidrograma resultante de una lluvia dada.
En la Figura vemos varios hidrgramas para cuencas con la misma rea y
diferentes formas ante una lmina precipitada igual segn la forma de nuestra
cuenca podramos determinar que tendra un hidrograma como el que se muestra
en el centro ya que la forma de su rea es la que ms se asemeja a la estudiada.
Esto demuestra una fuerte probabilstica en la determinacin de una cuenca
mediante sus parmetros.
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Para determinar la forma de una cuenca se utilizan varios ndices asociados a la relacin
rea permetro:
a) Factor de Forma de Horton (kf)
Es un factor de forma adimensional de la cual hallaremos en la cuenca
estudiada:
=
2
A= 88.49 Km2
L= 10.76 Km2
= 88.49
10.762
= 0.76
*Este valor se utilizar para muchos clculos en varios modelos hidrolgicos
Con el valor obtenido podemos determinar que la cuenca estudiada tiene una forma
ensanchada.
*Existen otros factores para determinar la forma de la cuenca:
b) ndice de compacidad (Kc)
Es la relacin entre permetro y rea
=
2
= 0.28
= 1.24
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El menor valor de Kc es uno y corresponde a una cuenca circular. A medida que
Kc aumenta, mayor es la irregularidad de la cuenca y su desviacin de la forma
circular.
c) Coeficiente de Circularidad (CC):
El coeficiente de circularidad de Miller se expresa mediante la siguiente ecuacin:
= 4
2
= 488.49
(41.6)2
= 0.643
*Es de hacer notar que el coeficiente de circularidad de Miller vara entre 0 a 1.
En este caso, valores cercanos a 1 indican morfologas ensanchadas, mientras que
cercanas a 0, indican que las cuencas son alargadas.
4.6 Parmetros de relieve
La influencia del relieve sobre el hidrograma es an ms evidente. A una mayor
pendiente corresponder una mayor duracin de concentracin de las aguas de
escorrenta en la red drenaje y afluentes al curso principal.
* Tabla para graficar la curva hipsomtrica y el histograma de frecuencias
ALTITUD
MSNM
AREAS DE
PARCIAL M2 AREAS DE
PARCIAL KM2
AREA
ACUMULADA
AREA QUEDA
ENCIMA
% AREA
PARCIAL
1600 0.0000 0.0000 0.0000 88.4943 0.00
1800 133879.2021 0.1339 0.1339 88.3004 0.15
2000 817523.3039 0.8175 0.9514 87.4829 0.92
2200 1962732.5019 1.9627 2.9141 85.5202 2.22
2400 4078763.888 4.0788 6.9929 81.4414 4.61
2600 5810455.465 5.8105 12.8034 75.6309 6.57
2800 7149122.917 7.1491 19.9525 68.4818 8.08
3000 8976342.308 8.9763 28.9288 59.5055 10.14
3200 8943145.151 8.9432 37.8720 50.5623 10.11
3400 9175132.905 9.1751 47.0471 41.3872 10.37
3600 16094793.99 16.0948 63.1419 25.2924 18.19
3800 16874827.8867 16.8748 80.0167 8.4176 19.07
P+ Alto 8477583.821 8.4776 88.4943 0 9.57
TOTAL 88.4943 100.00
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a) Histograma de frecuencias de altitudes
Representa el grado de incidencia de las reas comprendidas entre curvas
de nivel con respecto al total del rea de la cuenca
b) Curva hipsomtrica
Es una curva que indica el porcentaje de rea de la cuenca o bien la
superficie de la cuenca en km2 que existe por encima de una cota
determinada.
0 5 10 15 20 25
1800 - 1600
2000 - 1800
2200 - 2000
2400 - 2200
2600 - 2400
2800 - 2600
3000 - 2800
3200 - 3000
3400 - 3200
3600 - 3400
3800 - 3600
4000 - 3800
HISTOGRAMA
HISTOGRAMA
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2800
3000
3200
3400
3600
3800
4000
4200
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Curva Hipsometrica
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De los dos parmetros anteriores, se definen los siguientes:
- Altura media. Es la ordenada media de la curva hipsomtrica, en ella el 50% del rea de
la cuenca, est situado por encima de esa altitud y el 50% est situado por debajo.
En este caso la altura media es: 3320 m.s.n.m
- Altura ms frecuente. Es el mximo valor en porcentaje de la curva de frecuencia de
altitudes.
En este caso es: 19.07 %
- Altitud de frecuencia media. Es la altitud correspondiente al punto de abscisa media de
la curva de frecuencia de altitudes.
En este caso la altura correspondientes es: 3800 m.s.n.m
c) Rectngulo equivalente
El rectngulo equivalente es una transformacin geomtrica, que permite
representar a la cuenca, de su forma heterognea, en la forma de un
rectngulo, que tiene la misma rea y permetro (y por lo tanto el mismo
ndice de compacidad o ndice de Gravelius). En este rectngulo, las
curvas de nivel se convierten en rectas paralelas al lado menor, siendo
estos lados, la primera y ltima curvas de nivel.
Calculando la longitud lado mayor del rectngulo:
=
1.12 [1 + 1 (
1.12
)
2
]
=1.24
1.1288.49 [1 + 1 (
1.12
1.24)
2
]
= 10.415 1.429
= 14.88
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Calculando la longitud lado menor del rectngulo:
=
1.12 [1 1 (
1.12
)
2
]
=1.24
1.1288.49 [1 1 (
1.12
1.24)
2
]
= 10.415 0.5708
= 5.945
Debindose verificarse que:
(L + l) x 2 = (14.88 + 5.945) x 2 = 41.65 Km
L x l = 14.88 x 5.945 = 88.46 Km
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4.7. Pendiente de Cuenca (S%)
Valor representativo del cambio de elevacin en el espacio de una cuenca
a) Critrio de Horton: Con base en una malla sobrepuesta en la cuenca y orientada
segn la direccin del cauce principal, se calcul la pendiente media de la cuenca
por medio de la ecuacin.
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Las pendientes en las direcciones x, y se calculan como:
=
=
Donde:
Sx = Pendiente de la cuenca en la direccin x
Sy = Pendiente de la cuenca en la direccin y
D = Desnivel constante entre curvas de nivel (m).
Lx = Longitud total de las lneas de la malla en la direccin x, comprendidas dentro de
la cuenca (m).
Ly = Longitud total de las lneas de la mallas en la direccin y, comprendidas dentro de
la cuenca (m).
Nx = Nmero total de intersecciones y tangencias de las lneas de la malla en la
direccin x con las curvas de nivel.
Ny = Nmero total de intersecciones y tangencias de las lneas de la malla en la
direccin y con las curvas de nivel.
Tabla:
N de la lnea
de la malla
Nx Ny Lx (km) Ly (km)
0 0 0 0 0
1 4 3 7.32 2.75
2 8 7 12.13 8.19
3 8 7 12.91 8.76
4 7 5 11.95 9.08
5 5 7 8.41 9.95
6 5 7 5.98 7.35
7 3 6 5.02 7.11
8 2 6 2.43 5.83
9 0 6 0 4.26
10 0 4 0 3.24
11 0 0 0 0
42 58 66.15 66.52
TOTAL 100 132.67
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= 100 200
132670 = 0.151
= 42 200
66150= 0.127
= 58 200
66520= 0.174
Si se considera la pendiente como el promedio aritmtico, Sc = 0.563, o el promedio
geomtrico:
= . = 0.149
4.8 Parmetros relativos a la red de drenaje
La forma en que estn conectados los canales en una cuenca determinada, influye en la
respuesta de sta a un evento de precipitacin. Se han desarrollado una serie de
parmetros que tratan de cuantificar la influencia de la forma del drenaje en la escorrenta
superficial directa.
4.8.1 Orden de la cuenca
Permite tener un mejor conocimiento de la complejidad y desarrollo del sistema
de drenaje de la cuenca. El orden se relaciona con el caudal relativo del segmento
de un canal Hay varios sistemas de jerarquizacin, siendo los ms utilizados el de
Horton (1945) y el de Strahler (1952).
a) El Mtodo de Strahler: Un mismo ro puede tener segmentos de distinto
orden a lo largo de su curso, en funcin de los afluentes que llegan en cada
tramo. El orden no se incrementa cuando a un segmento de un determinado
orden confluye uno de orden menor.
Esta falta no acomoda la contribucin de tributarios de ms baja orden que
desembocan en un ro de orden ms alta, de cualquier modo, el sistema de
Strahler es usado universalmente en el presente.
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*Patrn de drenaje.
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5 Referencias bibliogrficas
- AGUILAR MARTINEZ, Alex Antonio. MANUAL BASICO PARA
EL ANALISIS DE UNA CUENCA HIDROGRAFICA. Universidad
de los Lagos, 2007
- AGUIRRE NEZ. M.; TORRES, H.; RUIZ. R. MANUAL DE
ROCEDIMIENTOS PARA LA DELIMITACIN Y
CODIFICACIN DE CUENCAS HIDROGRFICAS DEL PER.
2003
- DOUROJEANNI, AXEL. 1994. "Polticas pblicas para el desarrollo
sustentable: La gestin integrada de cuencas".
- MINISTERIO DE AGRICULTURA. 1 988. Reglamento de
Organizacin y funciones del Programa Nacional del Manejo de
Cuencas y Conservacin de Suelos. Lima, Per.
- Fundamentos de hidrologa de superficie; Francisco J. Aparicio
Mijares; Ed. Limusa.
- Procesos del Ciclo Hidrolgico; D. F. Campos Aranda; Universidad
Autnoma de San Lus Potos.
- Hidrologa Aplicada; Ven T. Chow y L. W. Mays; Ed. McGraw Hill.
1977
- Hidrologa en la Ingeniera; Germn Monsalve Senz; Ed. Alfaomega.
- Escurrimiento en cuencas grandes; Facultad de Ingeniera UNAM.
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