DISTRIBUCIN DEL AGUA EN LA TIERRA

El agua es la sustancia ms abundante y comn que existe en la biosfera. El agua existe en un espacio llamado hidrosfera, que se extiende desde unos 15 Km. arriba en la atmsfera hasta 1 Km. por debajo de la litosfera o corteza terrestre. El agua circula en la hidrosfera a travs de un laberinto de caminos que constituyen el ciclo hidrolgico. Es interesante hacer notar que el 97% de ella, se concentra en los ocanos y forma una reserva de agua salada, el 2% constituye los hielos y glaciares, de manera que, slo un porcentaje inferior al 0,5%, constituye el agua fcilmente aprovechable por el hombre. Parece, a primera vista, una muy pequea proporcin del total de los recursos, pero ella es absolutamente indispensable para mantener la vida humana, y la flora y la fauna del planeta.

Cuenca es el rea geogrfica, referida a una seccin del ro o un punto de terreno o una seccin de una calle, tal que la precipitacin cada dentro de ella escurra a ese punto o seccin.

Puede definirse tambin como un rea de captacin natural de agua de lluvia que converge escurriendo a un nico punto de salida. (Punto emisor)

La cuenca hidrogrfica se compone bsicamente de un conjunto de superficies vertientes a una red de drenaje formada por cursos de agua que confluyen hasta resultar en un nico lecho colector.DEFINICIN DE CUENCA

DELIMITACIN MANUAL DE UNA CUENCALnea divisoria de las aguas.

Divortium aquarium

PROCEDIMIENTO PARA LA DELIMITACIN MANUAL DE LAS CUENCAS HIDROGRFICAS

La importancia de este captulo radica en tener los criterios cartogrficos para delimitar cuencas hidrogrficas, previamente a este paso el especialista tendr en claro los conceptos bsicos de cuencas, as como sus tipos y caractersticas.El proceso de delimitacin, es vlido si se utiliza tanto en el mtodo tradicional delimitacin sobre cartas topogrficas -, as como en el mtodo digital con ingreso directo sobre la pantalla de un ordenador, utilizando algn software SIG como herramienta de digitalizacin.

Para la delimitacin de las unidades hidrogrficas, se consideran las siguientes reglas prcticas:

Primera: Se identifica la red de drenaje o corrientes superficiales, y se realiza un esbozo muy general de la posible delimitacin.

(Ver figura 1 y 2)

Figura 1. Se identifica la red de drenaje o corrientes superficiales

Figura 2. Se realiza un esbozo muy general de la posible delimitacin

Figura 3. La divisoria corta perpendicularmente a las curvas de nivelSegunda: Invariablemente, la divisoria corta perpendicularmente a las curvas de nivel y pasa, estrictamente posible, por los puntos de mayor nivel topogrfico. (Ver figura 3)

Tercera: Cuando la divisoria va aumentando su altitud, corta a las curvas de nivel por su parte convexa. (Ver figura 4)Figura 4. La divisoria corta a las curvas de nivel por su parte convexa, tal como muestra las flechas negras.

Cuarta: Cuando la altitud de la divisoria va decreciendo, corta a las curvas de nivel por la parte cncava. (Ver figura 5)Figura 5. La divisoria corta a las curvas de nivel por su parte cncava, tal como muestra las flechas negras.

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). (Ver figura 6)Figura 6. La divisoria no debe cortar ningn flujo de agua natural, excepto en el punto de salida de la cuenca.Lnea divisoria de las aguas.

Divortium aquarium

La escala utilizada en el sistema, para digitalizar las divisorias de las unidades hidrogrficas sobre la pantalla del ordenador, es 1:18,000 como mnima y 1:15,000 como mxima.

Tener presente que toda lnea divisoria de una unidad hidrogrfica, se desplaza siempre entre dos curvas con igual valor de cota.

La divisoria debe pasar, en lo estrictamente posible, por los puntos de mayor nivel topogrfico; en otras palabras, la lnea divisoria debe unir los puntos con mayores valores de altitud, excepto en aquellos casos que obliguen a realizar trazos poco prcticos, complejos y forzados, que de cierto modo, desnaturalicen la forma de la unidad hidrogrfica.ALGUNAS CONSIDERACIONES ADICIONALESLnea divisoria de las aguas.

Divortium aquarium

DELIMITACIN MANUAL DE UNA CUENCA

CARACTERSTICAS GEOMORFOLGICAS DE LA CUENCA

Estudiar el recurso hdrico de una cuenca, es un problema complejo que requiere del conocimiento de muchas caractersticas de la cuenca, algunas de las cuales son difciles de expresar mediante parmetros o ndices que son muy tiles en el estudio de una cuenca y permitir una comparacin con otras cuencas mediante el establecimiento de condiciones de analoga.Lnea divisoria de las aguas.

Divortium aquarium

rea (A)Es un parmetro de utilidad que nos permitir determinar otros como la curva hipsomtrica.El rea (A) se estima a travs de la sumatoria de las reas comprendidas entre las curvas de nivel y los lmites de la cuenca. Esta suma ser igual al rea de la cuenca en proyeccin horizontal.Permetro (P)Es la longitud total de los lmites de la cuencaLongitud mayor del ro (L)Se denomina as a la longitud del curso de agua ms largo.Ancho promedio (Ap)Es la relacin entre el rea de la cuenca (A) y la longitud mayor del curso de agua (L). Ap= A/L

L= Desde el P.E. hasta el punto mas alto de la cuenca del curso principal, si esta no llega a la lnea divisoria, se le debe completar con lneas que sea perpendicular a las curvas de nivel

PARAMETROS GEOMORFOLGICAS DE LA CUENCA

Pendiente de los cauces (Sc):

La pendiente de los cauces influye sobre la velocidad de flujo, constituye un parmetro importante en el estudio del comportamiento del recurso hdrico en el trnsito de avenidas; as como la determinacin de las caractersticas ptimas para aprovechamientos hidroelctricos, estabilizacin de cauces, etc.Los perfiles tpicos de los cauces naturales son cncavos hacia arriba; adems, las cuencas en general (a excepcin de las ms pequeas) tienen varios canales a cada uno con un perfil diferente. Por ello, la definicin de la pendiente promedio de un cauce en una cuenca es muy difcil. Usualmente, slo se considera la pendiente del cauce principalMtodos de clculo

- Pendiente de un tramoPara hallar la pendiente de un cauce segn este mtodo se tomar la diferencia cotas extremas existentes en el cauce (Dh) y se dividir entre su longitud horizontal (l), ver figura 3.1. La pendiente as calculada ser ms real en cuanto el cauce analizado sea lo ms uniforme posible , es decir, que no existan rupturas.

Figura 3.1 Mtodo de un tramo para la estimacin de la pendiente de un cauce- Mtodo de las reas compensadas. Es la forma ms usada de medir la pendiente de un cauce, que consiste en obtener la pendiente de una lnea, (AB en la Figura 3.2) dibujada de modo que el rea bajo ella sea igual al rea bajo el perfil del cauce principal.Figura 3.2 Mtodo de pendientes compensadas

ndice de compacidad o coeficiente de Gravelius (Kc)Se define as, al cociente que existe entre el permetro de la cuenca respecto al permetro de un crculo de la misma rea.Kc es un coeficiente adimensional y nos da una idea de la forma de la cuenca. Si Kc = 1 la cuenca ser de forma circular. Este coeficiente nos dar luces sobre la escorrenta y la forma del hidrograma resultante de una determina lluvia cada sobre la cuenca.

Rectngulo equivalenteEs el rectngulo que tiene la misma rea y el mismo permetro que la cuenca. Sus lados estn definidos por:

Densidad de drenaje (Dd):

La longitud total de los cauces dentro de una cuenca dividida por el rea total del drenaje define la densidad de drenaje (Dd) o longitud de canales por unidad de rea.Una densidad alta refleja una cuenca muy bien drenada que debera responder relativamente rpido al influjo de la precipitacin; una cuenca con baja densidad refleja un rea pobremente drenada con respuesta hidrolgica muy lenta.Se puede establecer una relacin entre la densidad de drenaje y las caractersticas del suelo de la cuenca analizada; tal como se detalla en la Tabla a continuacin:

Pendiente de la cuenca (Sg)

Es un parmetro muy importante en el estudio de cuencas, pues influye entre otras cosas en el tiempo de concentracin de las aguas en un determinado punto del cauce. Existen diversos criterios para la estimacin de este parmetro.Dada la necesidad de estimar reas entre curvas de nivel y para facilidad de trabajo ( funcin de la forma tamao y pendiente de la cuenca) es necesario contar con un nmero suficiente de curvas de nivel que expresen la variacin altitudinal de la cuenca, tomndose entonces unas curvas representativas. Una manera de establecer estas curvas representativas es tomando la diferencias entre las cotas mxima y mnima presentes en la cuenca y dividindola entre seis.El valor resultante tendr que aproximarse a la equidistancia de las cotas del plano empleado.

CRITERIO DE ALVORD

Analiza la pendiente existente entre curvas de nivel, trabajando con la faja definida por las lneas medias que pasan entre las curvas de nivel, para una de ellas la pendiente es (Fig N 1)

Criterio de HORTON

Consiste en trazar una malla de cuadrados sobre la proyeccin planimetra de la cuenca orientndola segn la direccin de la corriente principal. Si se trata de una cuenca pequea, la malla llevar al menos cuatro (4) cuadros por lado, pero si se trata de una superficie mayor, deber aumentarse el nmero de cuadros por lado, ya que la precisin del clculo depende de ello.Una vez construida la malla, en un esquema similar al que se muestra en la Fig. (2), se miden las longitudes de las lneas de la malla dentro de la cuenca y se cuentan las intersecciones y tangencias de cada lnea con las curvas de nivel.

La pendiente de la cuenca en cada direccin de la malla se calcula as: Horton considera que la pendiente media de la cuenca puede determinarse como:

Como resulta laborioso determinar la sec () de cada interseccin, en la prctica y para propsitos de comparacin es igualmente eficaz aceptar al trmino sec () igual a 1 o bien considerar el promedio aritmtico o geomtrico de las pendientes Sx y Sy como pendiente media de la cuenca

Nmero de orden de un cauce

Existen diversos criterios para el ordenamiento de los cauces (o canales) en la red de drenaje de una cuenca hidrogrfica; destacando Horton (1945) y Strahler (1957).En el sistema de Horton (figura 3.3), los cauces de primer orden son aquellos que no poseen tributarios, los cauces de segundo orden tienen afluentes de primer orden, los cauces de tercer orden reciben influencia de cauces de segundo orden, pudiendo recibir directamente cauces de primer orden. Entonces, un canal de orden u puede recibir tributarios de orden u-1 hasta 1.Esto implica atribuir mayor orden al ro principal, considerando esta designacin en toda su longitud, desde la salida de la cuenca hasta sus nacientes. El sistema de Strahler (figura 3.3) para evitar la subjetividad de la designacin en las nacientes determina que todos los cauces sern tributarios de an cuando las nacientes sean ros principales. El ro en este sistema no mantiene el mismo orden en toda su extensin.El orden de una cuenca hidrogrfica est dado por el nmero de orden del cauce principal.El nmero de orden es extremadamente sensitivo a la escala del mapa empleado. As, una revisin cuidadosa de fotografas areas demuestra, generalmente, la existencia de un buen

nmero de cauces de orden inferior mucho mayor al que aparecen en un mapa de 1:25 000.Los mapas a esta escala, a su vez, muestran dos o tres rdenes de magnitud que los de 1:100000. Se puede encontrar inclusive, diferencias en la delineacin de los ros. De esta manera, cuando se va emplear este parmetro con propsitos comparativos es necesario definirlo cuidadosamente. En ciertos casos puede ser preferible hacer ajustes de los estimativos iniciales mediante comprobaciones de terreno para algunos tributarios pequeos.

Graficar la Curva Hipsomtrica de la cuenca y determinar el valor de laaltitud media (m.s.n.m.), analtica y grficamente

Se define como curva hipsomtrica a la representacin grfica del relieve medio de la cuenca, construida llevando en el eje de las abscisas, longitudes proporcionales a las superficies proyectadas en la cuenca, en km2 o en porcentaje, comprendidas entre curvas de nivel consecutivas hasta alcanzar la superficie total, llevando al eje de las ordenadas la cota de las curvas de nivel consideradas.La altura o elevacin media tiene importancia principalmente en zonas montaosas donde influye en el escurrimiento y en otros elementos que tambin afectan el rgimen hidrolgico, como el tipo de precipitacin, la temperatura, etc. Para obtener la elevacin media se aplica un mtodo basado en la siguiente frmula:

En la siguiente Tabla 4 se representan los pasos seguidos para el clculo de la curva hipsomtrica.Alternativamente a la frmula anterior, se aplica el uso de la grfica de curva hipsomtrica como si se dividiera el volumen total del relieve de la cuenca sobre su superficie proyectada, ingresando por el eje que representa el rea con el valor correspondiente al 50% y leyendo el valor de cota correspondiente (Fig. 4).

Polgono de frecuencias.

Se denomina as a la representacin grfica de la relacin existente entre altitud y la relacin porcentual del rea a esa altitud con respecto al rea total.En el polgono de frecuencias existen valores representativos como: la altitud ms frecuente, que es el polgono de mayor porcentaje o frecuencia.

Ejemplo

Representar la curva hipsomtrica y el polgono de frecuencia de la cuenca del ro Chancay, cuyos datos se muestran a continuacin:Tabla que muestra la distribucin altimtrica de la cuenca del ro Chancay en Km2 y en porcentaje.

Tabla que muestra la distribucin altimtrica de la cuenca del ro Chancay en Km2 y en porcentaje.

Calculo de la altura media de la cuenca:

H= ALTURA MEDIA DE LA CUENCAA = AREA DE LA CUENCAHi = ALTURA SOBRE LA CURVAAi = AREA SOBRE LA CURVA

Ai = AREAS PARCIALES km2A1= 13.38A2= 4.19A3= 7.7A4= 7.21A5= 15.22A6= 3.03A7= 15.91A8= 19.93A9= 20.43A10= 5.67A11= 0.8A12= 2.24A13= 1.81

Hi = ALTURAS PARCIALES m.s.n.m.H1= 3900H2= 3700H3= 3500H4= 3300H5= 3100H6= 3300H7= 2900H8= 2700H9= 2500H10= 2350H11= 2255H12= 2900H13= 3129.5

AREA TOTALAT=117.52

ALTURA MEDIA DE LA CUENCA m.s.n.m.H=3012

Calculo de la pendiente del cauce principal:

Scp= Pendiente del cauce principalLi = Longitud de cada tramo del cauce principalSi = Pend. de cada tramo del cauce divididoPi = Cota del tramo mayor

TRAMOS COTASPi -Pi-1Li Si(Li2/Si)(Li2/Si)1/2T140002007370.32001577.771414.77T238002001210.170.28861538.982976.83T336002006100.31134905.001065.32T434002001238.10.29489365.513080.48T532002001135.20.27314542.232704.54T630002001384.550.113270764.313642.91T728002001875.410.132980610.205742.87T826002002138.290.148884347.106991.73T924001002682.730.0193077157.9813895.22T10230092.51831.90.166460492.498152.332207.5SUMA14843.3549667.013

0.30Scp = 8.93%

CALCULO DEL TIEMPO DE CONCENTRACIN POR KIRPICHDonde:Tc : Tiempo de concentracin, en min.L : Mxima longitud del recorrido, en m.H : Diferencia de elevacin entre los puntos extremos del cauce principal, en m. PRIMER TRABAJO ESCALONADO

Calcular los Parmetros Geomorfolgicos de su cuenca dada.

Fecha de presentacin:20 de Abril - 2011