clase 04-ii
TRANSCRIPT
CURSO:
HIDROLOGÍA 2016-I
CLASE 04:
PARTE 02:PERFIL LONGITUDINAL DEL CURSO DE AGUA
1.- PARÁMETROS DE LA RED DE DRENAJE:
La red hidrográfica corresponde al drenaje natural, permanente o temporal, por el que fluyen las aguas de los escurrimientos superficiales, hipodérmicos y subterráneos de la cuenca.
2.- COMPONENTES DE LA RED DE DRENAJE:
La red de drenaje de una cuenca está formada por el cauce principal y los cauces tributarios.
3.- CLASIFICACIÓN DE LA RED DE DRENAJE:
La red de drenje de una cuenca se clasifica de varias maneras, pero los más importantes en la ingeniería hidrológica son:
a) Por el tiempo en que transportan agua.
Según esta clasificación las corrientes pueden ser perennes, intermitentes o efímeras. Perennes; conducen agua durante todo el año. Intermitentes; lleva agua durante la época de lluvias de cada año. Efímeras; conducen agua inmediatamente después de una tormenta
3.- CLASIFICACIÓN DE LA RED DE DRENAJE:
3.- CLASIFICACIÓN DE LA RED DE DRENAJE:
b) Por su posición topográfica o edad geológica.De acuerdo con esta clasificación los ríos pueden ser de montaña o juveniles, de transición o maduros, o bien de planicie o viejos .
3.- CLASIFICACIÓN DE LA RED DE DRENAJE:
ríos de montaña, tienen grandes pendientes y pocas curvas, agua alcanza altas velocidades, sus cauces están generalmente formados por cantos rodados con un poco de grava y casi nada de finos.
ríos de transición, están en una situación intermedia entre los dos anteriores: presentan algunas curvas, con velocidades de agua moderadas y sus cauces están formados básicamente por grava, con algo de cantos rodados y arena.
ríos de planicie, presentan numerosos meandros debido a las bajas velocidades del agua y su cauce se forma por arenas y finos. En general, estos ríos se encuentran en cotas cercanas al nivel del mar.
4.- NÚMERO DE ORDEN DE UN CAUCE:
Es un número que refleja el grado de ramificación de la red de drenaje. Existen diversos criterios para el ordenamiento de los cauces de la red de drenaje en una cuenca hidrográfica; segun:
4.- NÚMERO DE ORDEN DE UN CAUCE:El sistema de Horton:
Los cauces de primer orden (1) son aquellos que no poseen tributarios,
Los cauces de segundo orden (2) tienen afluentes de primer orden,
Los cauces de tercer orden (3) reciben influencia de cauces de segundo orden, pudiendo recibir directamente cauces de primer orden.
Un canal de orden n puede recibir tributarios de orden n-1 hasta 1.
Esto implica atribuir mayor orden al río principal, considerando esta designación en toda su longitud, desde la salida de la cuenca hasta sus nacientes.
4.- NÚMERO DE ORDEN DE UN CAUCE:
El sistema de Strahler , para evitar la subjetividad de la designación en las nacientes determina que:
todos los cauces serán tributarios, aún cuando las nacientes sean ríos principales.
El río en este sistema no mantiene el mismo orden en toda su extensión.
El orden de una cuenca hidrográfica está dado por el número de orden del cauce principal.
4.- NÚMERO DE ORDEN DE UN CAUCE:
4.- NÚMERO DE ORDEN DE UN CAUCE:
En ciertos casos puede ser preferible hacer ajustes de los estimativos iniciales mediante comprobaciones de terreno para algunos tributarios pequeños. Diversos autores coinciden en afirmar que mientras mayor sea el grado de bifurcación del sistema de drenaje de una cuenca, más rápida será la respuesta de la cuenca frente a una tormenta, evacuando el agua en menos tiempo.
4.- NÚMERO DE ORDEN DE UN CAUCE:
En efecto, al presentar una densa red de drenaje, una gota de lluvia deberá recorrer una longitud de ladera pequeña, realizando la mayor parte del recorrido a lo largo de los cauces, donde la velocidad del escurrimiento es mayor.En virtud de lo anterior, se han propuesto una serie de indicadores del grado de bifurcación, como la densidad de corrientes y la densidad de drenaje.
5.- DENSIDAD DE DRENAJE:
Horton (1945) definió la densidad de drenaje de una cuenca como el cociente entre la longitud total (Lt) de los cauces pertenecientes a su red de drenaje y la superficie de la cuenca (A):
5.- DENSIDAD DE DRENAJE:
La densidad de drenaje es un indicador de la respuesta de la cuenca ante un aguacero, y, por tanto, condiciona la forma del hidrograma resultante en el desagüe de la cuenca. A mayor densidad de drenaje, más dominante es el flujo en el cauce frente al flujo en ladera, lo que se traduce en un menor tiempo de respuesta de la cuenca y, por tanto, un menor tiempo al pico del hidrograma. Strahler (1952) encontró en Estados Unidos valores de D desde 0,2 Km/Km2 para cuencas con drenaje pobre y hasta 250 Km/Km2 para cuencas muy bien drenadas.
6.- CONSTANTE DE ESTABILIDAD DEL RÍO :
La constante de estabilidad de un río, propuesta por Schumm (1956) como el valor inverso de la densidad de drenaje:
Representa, físicamente, la superficie de cuenca necesaria para mantener condiciones hidrológicas estables en una unidad de longitud de canal (cauce).
7.- DENSIDAD HIDROGRÁFICA:
Se define como el cociente entre el número de segmentos de canal de la cuenca y la superficie de la misma:
Donde Nt, es la suma de todos los segmentos de canal que forman la red hidrográfica de la cuenca, entendiendo como tales a todo tramo de canal que no sufre aporte alguno de otro canal. Aunque la densidad hidrográfica y la densidad de drenaje miden propiedades distintas.
7.- DENSIDAD HIDROGRÁFICA:
Melto (1958) propuso una relación, que ha resultado muy acertada, entre ellas:
es un valor adimensional que se aproxima a 0.7, (0.694)
8.- RELACIÓN DE BIFURCACIÓN:
Se define como la relación entre el número de cauces de orden i (Ni) y el número de cauces de orden i+1 (Ni+1). Horton encontró que esta relación es relativamente constante de un orden a otro.
El valor teórico mínimo para Rb es 2 y según Strahler un valor típico se encuentra entre 3 y 5 en cuencas donde la estructura geológica no distorsiona el patrón de drenaje natural.
9.- RELACIÓN DE LONGITUD:
Se define como la relación entre las longitudes promedio (Li) de cauces de órdenes sucesivos.
10.- RELACIÓN DE ÁREAS:
Se define como la relación entre las área promedio (Ai) que drenan a cauces de órdenes sucesivos.
11.- FRECUENCIA DE CAUCES:
Horton definió la frecuencia de cauces como la relación entre el número de cauces y su área correspondiente:
Donde ΣNi es la sumatoria de todos los cauces de orden k y Ak el área de la cuenca de orden k (Km2). Melton (1958) analizó la relación entre F y D y encontró que F ∞ D2.
12.- LONGITUD PROMEDIO DEL FLUJO SUPERFICIAL:
Se define como la distancia media que el agua debería escurrir sobre la cuenca para llegar a un cauce y se estima por la relación que existe entre el área y 4 veces la longitud de todos los cauces de la cuenca, o bien, la inversa de 4 veces la densidad de drenaje.
13.- SINUOSIDAD DEL CAUCE PRINCIPAL:
Es la relación que existe entre la longitud del cauce principal, Lc, y la longitud del valle del cauce principal medida en línea recta o curva, Lt.
Un valor de la sinuosidad menor a 1,25 define a un cauce con baja sinuosidad.
14.- COEFICIENTE DE TORRENCIALIDAD:
Este coeficiente se emplea para estudios de máximas crecidas; y se determina por la ecuación:
Donde, N1 es el número de cursos de primer orden; y A es el área de la cuenca.
15.- PENDIENTE DEL CAUCE PRINCIPAL:
El conocimiento de la pendiente del cauce principal de una cuenca, es un parámetro importante, en el estudio del comportamiento del recurso hídrico, como por ejemplo, para la determinación de las características óptimas de su aprovechamiento hidroeléctrico, o en la solución de problemas de inundaciones.
15.- PENDIENTE DEL CAUCE PRINCIPAL:
Se pueden definir varias pendientes del cauce principal, la pendiente media, la pendiente media ponderada y la pendiente equivalente.
16.- PENDIENTE MEDIA:Relación entre la altura total del cauce principal (cota máxima, Hmax menos cota mínima, Hmin) y la longitud del mismo, L.
17.- PENDIENTE MEDIA PONDERADA:Pendiente de la hipotenusa de un triángulo cuyo vértice se encuentra en el punto de salida de la cuenca y cuya área es igual a la comprendida por el perfil longitudinal del río hasta la cota mínima del cauce principal .
18.- CLASIFICACIÓN DE PENDIENTE:
La pendiente del cauce principal se relaciona con las caracteristicas hidraulicas del escurrimiento, en particular con la velocidad de propagacion de las ondas de avenida y con la capacidad para el transporte de sedimentos. De acuerdo al valor de la pendiente, se puede clasificar la topografía del terreno de la siguiente manera (propuesto por R.Heras R.):
18.- CLASIFICACIÓN DE PENDIENTE:
PENDIENTE (Si) en porcentaje (%)
TIPO DE TERRENO
2 Plano5 Suave 10 Accidentado medio15 Accidentado25 Fuertemente
accidentado50 Escarpado
>50 Muy escarpado
19.- MÉTODOS PARA CALCULAR LA PENDIENTE DEL CAUCE PRINCIPAL:
MÉTODO 1 : PENDIENTE UNIFORME
MÉTODO 2 : COMPENSACIÓN DE ÁREAS
MÉTODO 3 : ECUACIÓN DE TAYLOR Y SCHWARZ
19.- MÉTODOS PARA CALCULAR LA PENDIENTE DEL CAUCE PRINCIPAL:
MÉTODO 1 : PENDIENTE UNIFORME
MÉTODO 2 : COMPENSACIÓN DE ÁREAS
MÉTODO 3 : ECUACIÓN DE TAYLOR Y SCHWARZ
20.- PENDIENTE UNIFORME:
Este método considera la pendiente del cauce, como la relación entre el desnivel que hay entre los extremos del cauce y la proyección horizontal de su longitud, es decir:
20.- PENDIENTE UNIFORME:
donde:S = pendienteH = diferencia de cotas entre los extremos del cauce, en KmL = longitud del cauce, en KmEste método se puede utilizar en tramos cortos.
21.- COMPENSACIÓN DE ÁREAS:
Una manera más real de evaluar la pendiente de un cauce, es compensándola, es decir, elegir la pendiente de una línea que seapoya en el extremo final del tramo por estudiar, y que tiene la propiedad de contener la misma área (abajo y arriba), respecto al perfil del cauce .
21.- COMPENSACIÓN DE ÁREAS:
El proceso para su cálculo, es como sigue:
1. Trazar el perfil longitudinal del cauce.
2. Trazar una línea apoyada en el extremo final, y que divida el perfil longitudinal en áreas por encima y por debajo de ella.
3. Calcular con un planímetro las áreas por encima (A1) y pordebajo de la línea (A2).
4. Si estas áreas son aproximadamente iguales, es decir A1 = A2, la línea trazada representa la pendiente del cauce, sinorepetir los paso 2 y 3.
22.- ECUACIÓN DE TAYLOR Y SCHWARZ:
Este método, considera que un río está formado por n tramos , cada uno de ellos con pendiente uniforme.
La ecuación de Taylor y Schwarz, para n tramos de igual longitud,es:
22.- ECUACIÓN DE TAYLOR Y SCHWARZ:
donde:n = número de tramos iguales, en los cuales se subdivide elperfilS1, S2, … , Sn = pendiente de cada tramo, según S = pendiente media del cauce
22.- ECUACIÓN DE TAYLOR Y SCHWARZ:
La ecuación, tiene una mejor aproximación, cuanto más grande sea el número de tramos, en los cuales se subdivide el perfil longitudinal del río a analizar.
Por lo general, se espera en la práctica, de que los tramos sean de diferentes longitudes, en este caso, Taylor y Schwarz recomiendan utilizar la siguiente ecuación:
donde:S = pendiente media del cauceLi = longitud del tramo iSi = pendiente del tramo i