INTRODUCCION

La teoría específica de este reporte habla sobre la precisión numérica de las características de una cuenca. El comportamiento hidrológico es parte importante, el estudio de las cuencas hidrostática involucra, ciertos parámetros físicos e hidrológicos.

Las características físicas de una cuenca van a depender de la disponibilidad de mapas que contengan los datos necesarios para la elaboración del análisis de los factores físicos de una cuenca, determinándose así el Área de la cuenca, su Diámetro, la longitud total de los ríos o corrientes y la longitud del ramal principal.

Los parámetros como radio de elongación, densidad de drenaje, numero de orden de un cauce, frecuencia de corrientes, coeficiente de relieve y coeficiente de robustez, son factores que se calculan con forme se analizan las características de la cuenca.

Se da una breve información general sobre la cuenca hidrográfica y sus partes así como una cuenca oceánica.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

El objetivo general de esta práctica de laboratorio es conocer los diferentes parámetros que existen para calcular las características de una cuenca, y conocer paso a paso como se calculan.

OBJETIVO ESPECIFICO

Conocer detalladamente cada uno de los parámetros para calcular las características físicas de una cuenca, así mismo conocer los pasos a seguir para su elaboración a la hora de encontrarse con un proyecto similar en la vida profesional.

MARCO TEORICO

CUENCA HIDROGRÁFICA

Está definido como el área drenada por una corriente o por un sistema de corrientes cuyas aguas concurren a un mismo punto de salida en donde convergen hacia los puntos más bajos de la superficie del mismo y se unen a una corriente resultante o rio principal que evacua hacia un lago, mar u océano.

Parte aguas

Línea divisoria o parte aguas, es la línea divisoria entre cuencas, sub-cuencas o micro cuencas y no es más que los limites determinados por las partes más altas del área y que separan la dirección del flujo de la escorrentía superficial. Esta definición se aplica a cuencas hidrográficas, ya que para las cuencas hidrogeológicas, el parte aguas está determinado por las formaciones geológicas.

Tipos de corrientes superficiales:

Permanente: Corriente en el cual siempre existe corriente en cualquier época del año.

Efímera: Corriente que solo ocurre cuando está el proceso de precipitación,

corriente típica de zanjones y surcos. Intermitente: Corriente que tiene caudal en alguna época del año.

Las principales características de una cuenca hidrográfica son:

La curva cota–superficie: Esta característica da una indicación del potencial hidroeléctrico de la cuenca.

El coeficiente de forma: da indicaciones preliminares de la onda de avenida que es capaz de generar.

El coeficiente de ramificación: también da indicaciones preliminares respecto al tipo de onda de avenida.

Imagen #1: Cuenca Hidrográfica

Elementos de la cuenca:

En una cuenca identificamos los siguientes elementos:

El río principal: El río principal actúa como el único colector de las aguas. A menudo la elección del río principal es arbitraria, pues se pueden seguir distintos criterios para su elección (el curso fluvial más largo, el de mayor caudal medio, el de mayor caudal máximo, el de mayor superficie de cuenca, etc.). El río principal tiene un curso, que es la distancia entre su naciente y su desembocadura. En el curso de un río distinguimos tres partes:

El curso superior: Ubicado en lo más elevado del relieve, en donde la erosión de las aguas del río es vertical. Su resultado: la profundización del cauce.

El curso medio: En donde el río empieza a zigzaguear, ensanchando el valle.

El curso inferior: Situado en las partes más bajas de la cuenca. Allí, el caudal del río pierde fuerza y los materiales sólidos que lleva se sedimentan, formando las llanuras aluviales o valles.

Otros términos importantes a distinguir en un río son:

Cauce: Cauce o lecho (Del lat. calix, -icis, tubo de conducción.) m. Lecho de los ríos y arroyos. Conducto descubierto o acequia por donde corren las aguas para riegos u otros usos.

Thalweg: Línea que une los puntos de mayor profundidad a lo largo de un curso de agua.

Margen derecha: Si nos imaginamos parados en el medio del río, mirando hacia donde corre el río, es decir mirando aguas abajo, la margen derecha es la que se encuentra a nuestra derecha.

Margen izquierda: Si nos imaginamos parados en el medio del río, mirando hacia donde corre el río, es decir mirando aguas abajo, la margen izquierda es la que se encuentra a nuestra izquierda.

Aguas abajo: Con relación a una sección de un curso de agua, sea principal o afluente, se dice que un punto esta aguas abajo, si se sitúa después de la sección considerada, avanzando en el sentido de la corriente.

Aguas arriba. Es el contrario de la definición anterior.

Los afluentes: Son los ríos secundarios que desaguan en el río principal. Cada afluente tiene su respectiva cuenca, denominada sub-cuenca.

El divortium acuarum: El divortium acuarum o línea de las altas cumbres, que separa a las cuencas vecinas. Es la divisoria de aguas, utilizada como límite entre dos espacios geográficos.

El relieve de la cuenca: El relieve de la cuenca es variado. Está formado por las montañas y sus flancos; por las quebradas, valles y mesetas.

Las obras humanas: Las obras construidas por el hombre, también denominadas intervenciones andrógenas, que se observan en la cuenca suelen ser viviendas, ciudades, campos de cultivo, obras para riego y energía y vías de comunicación. El factor humano es siempre el causante de muchos desastres dentro de la cuenca, ya que se sobreexplota la cuenca quitándole recursos o «desnudándola» de vegetación y trayendo inundaciones en las partes bajas.

Partes de una cuenca hidrográfica

Cuenca alta: Es la parte de la cuenca hidrográfica en la cual predomina el fenómeno de la socavación. Es decir que hay aportación de material terreo hacia las partes bajas de la cuenca, visiblemente se ven trazas de erosión.

Cuenca media: Es la parte de la cuenca hidrográfica en la cual medidamente 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 hidrográfica en la cual el material extraído de la parte alta se deposita

Cono de deyección: Un cono de deyección, también llamado cono o abanico aluvial, es una forma de modelado fluvial que en planta se caracterizan por tener una silueta cónica o en abanico y una suave pendiente (entre 1 y 10 grados, dependiendo de la pendiente por la que se desliza). Este depósito de aluviones se generan al final de los valles torrenciales, en las zonas de pie de monte, donde la pendiente de las laderas enlaza con una zona llana.

Su génesis viene dada por la pérdida de energía de los ríos con una importante carga de sedimentos que son depositados al disminuir la pendiente a lo largo del abanico aluvial. Su forma cónica hace que ejerzan de barrera natural en los ríos obligando a estos a desviar su curso y adaptarse al relieve. Sus dimensiones son variables y van desde los pocos metros a los cientos de kilómetros. Este tipo de morfología del relieve terrestre es fácilmente modificable por una crecida.

Imagen #2: Cono de deyección

TIPOS DE CUENCAS

Existen tres tipos de cuencas hidrográficas:

Exorreicas : Avenan sus aguas al mar o al océano. Un ejemplo es la cuenca del Plata, en Sudamérica.

Endorreicas : Desembocan en lagos o lagunas, siempre dentro del continente. Por ejemplo, la cuenca del río Desaguadero, en Bolivia.

Arreicas : Las aguas se evaporan o se filtran en el terreno. Los arroyos, aguadas y cañadones de la meseta central patagónica pertenecen a este tipo, ya que no desaguan en ningún río u otro cuerpo hidrográfico de importancia.

Cuenca oceánica

Una cuenca oceánica (o cubeta oceánica) es una depresión muy extensa, relativamente uniforme, de contornos más o menos redondeados, que constituye el fondo de los océanos. Las cuencas de los océanos alcanzan profundidades de 6.000 m., pero tienen sus bordes limitados por la base del talud continental situada a unos 2,000 m. de profundidad. En cada océano la cuenca suele hallarse subdividida en dos o más partes por la dorsal oceánica.

Imagen #3: Cuenca Oceánica

DESCRIPCIÓN Y OPERACIÓN DEL EQUIPO

Los instrumentos que se utilizan en la obtención de datos para determinar las características físicas de una cuenca, y estos son el longímetro y el planímetro polar. Ambos contribuyen a una más precisa determinación de las características ya mencionadas debido a que han sido diseñados como auxiliares para el análisis de datos cartográficos.

Planímetro polar

Es un instrumento que permite determinar directamente el área de una figura cerrada dibujada a escala, siguiendo su perímetro y leyendo los resultados en un registrador rodante. Este instrumento consta de un brazo graduado, un punto de anclaje o polo, una lupa direccional y un registrador numérico rodante.

El planímetro se ajusta de manera tal que al completar una revolución el registrador haya medido un área de 100cm2, pudiéndose obtener una aproximación de 0.1cm2.

Imagen #4: Planímetro polar

Calibración del planímetro:

La calibración se puede realizar haciendo un promedio de medidas como se muestra en el gráfico:

Imagen #5: Calibración del Planímetro polar (a)

Imagen #6: Calibración del Planímetro polar

Curvímetro o longímetro

Es un instrumento que permite determinar de manera directa longitudes de líneas dibujadas en una escala determinada, siguiendo su recorrido desde un punto hasta otro punto de interés.Este aparato se compone de un eje de rodaje que recorre la línea deseada, una carátula graduada, una aguja marcadora, un disco contador de revoluciones o de colocación en cero y un eje de sujeción de conveniente maniobrabilidad.

Imagen #7: Curvímetro o longimetro

FACTORES FISICOS DE UNA CUENCA

En Hidrología los problemas prácticos están relacionados con la extensión de una cuenca vertiente de un curso de agua, en un punto específico de la cuenca denominado estación de aforo.

Es primordial precisar numéricamente todas las características de la cuenca que juegan papel importante en su comportamiento hidrológico. El estudio morfológico de las cuencas hidrográficas involucra, por lo regular ciertas dificultades al relacionar parámetros físicos y las condiciones hidrológicas. Según el mapa que se consiga, dependerán las características físicas de una cuenca, ya que estos obedecen a diferentes estándares cartográficos. Para otros parámetros es posible que aún no se hayan logrado las definiciones más apropiadas, dado que las que actualmente se utilizan son arbitrarias. Relacionar las características físicas de carácter estático y las hidrológicas de la cuenca presenta enorme complejidad.

MORFOMETRIA DE LA CUENCA

La recopilación de datos morfométricos adolece de varios problemas relacionados con la escala de los mapas y los ajustes dinámicos de la red durante las inundaciones. Los temas están divididos con respecto a la determinación de las cabeceras de muchas corrientes fluviales.

La morfometría hidrográfica actual tiende a concentrarse en el área, longitud, forma, atributos del relieve y densidad de drenaje de la cuenca. Los índices principales empleados para analizar la forma y relieve de la cuenca son el cociente de alargamiento y el cociente de relieve. El primero se calcula dividiendo el diámetro de un círculo de la misma área de la cuenca de drenaje por la longitud máxima de la cuenca. Es muy importante tener en cuenta esta proporción para comprender la hidrología de la cuenca y calcular los riesgos de inundación. Esto se debe a que, dada una determinada cantidad de lluvia, cuanto menos alargada sea una cuenca, mayor será la escorrentía máxima y antes alcanzarán las aguas la salida o desembocadura. El cociente o radio de relieve se define como la diferencia de altura entre el punto más bajo y él más alto de la cuenca dividida por la longitud máxima de la misma.

La proporción de conversión de energía potencial en energía cinética de las aguas que recorren la cuenca depende del cociente de relieve. La escorrentía suele ser más rápida en las cuencas con pendientes altas, lo que provoca caudales más elevados y mayor poder erosivo

La densidad de drenaje está considerada como un índice relevante, se calcula dividiendo la longitud total de los canales por el área global de la cuenca. Es una medida de la textura de la red, y expresa el equilibrio entre el poder erosivo del caudal terrestre y la resistencia del suelo y rocas de la superficie. Los valores oscilan entre cinco kilómetros por canal por kilómetro cuadrado en piedra arenisca, permeable y resistente a la erosión, y quinientos kilómetros por kilómetro cuadrado en tierras arcillosas, impermeables y muy erosionables. La escorrentía y el caudal máximo aumentan considerablemente con la densidad del drenaje.

ORDEN DE CORRIENTES

La clasificación de cauces de acuerdo al número de orden de un río, como una medida de la ramificación del cauce principal en una cuenca hidrográfica. Un río de primer orden es un tributario pequeño sin ramificaciones. Un río de segundo orden es el que posee únicamente ramificaciones de primer orden. Un río de tercer orden es uno que posee solamente ramificaciones de primero y segundo orden y así sucesivamente. El orden de una cuenca hidrográfica está dado por el número de orden del cauce principal y este es extremadamente sensitivo a la escala del mapa utilizado. Es una relación que se utiliza para determinar si los órdenes de corrientes y los números de cada uno, se definieron correctamente. La gráfica se plotéa en papel semilogarítmico, colocando en el eje de las abscisas “u” y en el de las ordenadas “Nu”. El gráfico tiene que coincidir con una recta, de sentido negativo, si no es así, quiere decir que no se dio un buen conteo de orden de corrientes. Nu significa el número de corrientes de orden u; y, u significa el orden de una corriente.

PENDIENTE

Es la relación entre el desnivel de la cuenca y la longitud promedio de la misma. El desnivel se puede obtener por intermedio de las curvas de nivel. CURVA DE NIVEL

Línea curva compleja resultante de interceptar al relieve por un plano horizontal. Esta línea representa el trazado formal de la superficie del terreno a una altura. Por lo tanto, una curva de nivel, es una línea trazada en el mapa pasando por puntos de la misma altitud.

ÁREA DE LA CUENCA (A)

Este indica la superficie del área drenada, desde donde nace el cauce principal hasta el sitio donde se encuentra la estación medidora de caudal que va a servir de base para el estudio hidrológico de la cuenca y cubre el perímetro de la cuenca. Generalmente se indica en kilómetros cuadrados o hectáreas. El área de la cuenca se calcula con planímetro polar o por los métodos de la cuadrícula o el de la pesada.

PERÍMETRO DE LA CUENCA (p)

Longitud del perímetro de la cuenca delimitada, lo cual se realiza con un longímetro o curvímetro pasándolo sobre toda la línea del parte aguas que limita la cuenca hidrográfica.

PATRONES DE DRENAJE

Cuando la escorrentía 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 único río que se halla en la desembocadura de la cuenca. El clima y el relieve del suelo influyen en el patrón de la red, pero la estructura geológica subyacente suele ser el factor más relevante. Los patrones hidrográficos están tan íntimamente relacionados para identificar fallas e interpretar estructuras. La clasificación de los principales patrones incluye las siguientes redes: Dendríticas, enrejadas, paralelas, rectangulares, radiales y anulares.

FORMA DE LA CUENCA

Dos cuencas que tenga la misma área, podrán tener respuestas hidrológicas totalmente diferentes en función de su forma, ya que esta condicionara el tiempo de concentración, los parámetros que miden la forma de la cuenca son el índice de Gravelius o coeficiente de compacidad (Kc) y el factor de forma (Kf)

Índice de gravelius o coeficiente de compacidad (Kc)

Es la relación que existe entre el área de la cuenca y una circunferencia de igual a rea de la cuenca.

Kc = Per. Cuenca = 0.282 P Per. Circulo √A

Ecuación #1: Índice de gravelius o coeficiente de compacidad

Donde:P = Perímetro

A = Área

Factor de forma (Kf)

Es la relación entre el ancho medio y la longitud del cauce principal de la cuenca. El ancho medio se obtiene dividiendo el área de la cuenca por la longitud del cauce principal

Kf = B = AL L²

Ecuación #2: Factor de forma

Donde:A = Área

L = Longitud de rio

PENDIENTE DEL CAUCE PRINCIPAL

Se puede definir varias pendientes del cauce principal, la pendiente media, la pendiente media ponderada y la pendiente equivalente.

Pendiente media (Sm)

Es la relación entre la altura total del cauce principal (cota máxima menos cota mínima) y la longitud del mismo.

Sm = Hmax - Hmin __ L

Ecuación #3: Pendiente media

Donde:Hmax = Altura máximaHmin = Altura Minima

L = longitud de rio

NOMECLATURA DE HORTON

Orden de la cuenca

Es un número que refleja el grado de ramificación de la red de drenaje, la clasificación de los cauces se realiza por medio de los siguientes términos:

Los cauces de primer orden son los que no tienen tributarios Los cauces de segundo orden se generan con la unión de dos

cauces de primer orden Cuando se unen dos cauces prevalecen el orden del mayor

El orden de la cuenca es el orden del cauce principal a la salida

Relación de bifurcación (RB)

Se define como el número Ni de cauces de orden i y el número de cauces Ni+1 de orden i+1.

RB = Ni___ Ni+1

Ecuación #4: Relación de bifurcación (RB)

Relación de longitud (RL)

Se define como la relación de longitud de los cauces sucesivos.

RL = Li+1___ Li

Ecuación #5: Relación de longitud (RL)

Densidad de drenaje (Dd)

Se define como la relación entre la longitud total de los cauces y su área

Dd = ΣIi ___ A

Ecuación #6: Densidad de drenaje (Dd)

Frecuencia de cauces (Fc)

Se define como la relación entre el número de cauces y su área.

Fc = ΣNi ___ A

Ecuación #7: Frecuencia de causes (Fc)

TOMA Y PROCESAMIENTO DE DATOS

Como parte inicial deben obtenerse el mapa o mapas en que se encuentra la cuenca bajo estudio, luego se ubica la totalidad de la cuenca.

Tras haberse obtenido el o los mapas, luego de haber tomado copias de trabajo de uno u otros, en su caso, se deben seguir los pasos descritos a continuación:

Ubicar la estación de aforo e punto de observación Trazar con marcador el cauce principal y sus afluentes.

Trazar los límites de la cuenca por medio de la divisoria de aguas. La línea divisoria de aguas está dada por los puntos mas altos de las curvas de nivel, a partir de los cuales se da la escorrentía, dividiéndose hacia los lados.

Determinar el área de la cuenca mediante el uso del planímetro Determinar, mediante el curvímetro, la longitud de las corrientes hasta la

estación de aforo Determinar mediante el curvímetro, la longitud del cauce principal hasta la

estación de aforo. Clasificar los cauces mediante la utilización de la nomenclatura de Horton. Determinar las relaciones de radio de elongación, densidad de drenaje,

frecuencia de corrientes, coeficiente de relieve y coeficiente de robustez.REALIZACIÓN DEL MAPA Se traza el límite de cuenca tomando como referencia los niveles topográficos

más elevados, y las nacientes de los cursos hídricos. Las divisorias de agua (niveles altimétricos más elevados), pueden también

reconocerse mediante fotointerpretación. Los pasos anteriores son análogos para discriminar subcuentas en cursos de

menor orden. Se copia el sistema de coordenadas cartográficas y/o geográficas dibuja la

escala gráfica y/o numérica. Se señala la orientación y se crean las referencias ó leyendas. Con los datos del área de la cuenca topográfica, el número de ríos de cada

orden y sus respectivas longitudes, se procedió a realizar los cálculos.

MAPAS DE CUENCAS HÍDRICAS

Imagen #8: Ejemplo de mapas con cuencas hídricas

CONCLUSIONES

Existen distintos métodos utilizados para obtener el área y la longevidad del caudal.

El método empírico no es muy aceptado, por el margen de error muy alto.

El método que se utilizo para la elaboración de los cálculos del caudal, posiblemente es el más exacto. La obtención de los resultados fueron de forma digitales, el cual se utilizo un programa adecuado.

BIBLIOGRAFIA

“Laboratorio de Hidrología” Carlos SotoTesis Facultad de Ingeniería, USAC 1993.

“Estudio De La Cuenca Del Río Cajolá Con Fines De Manejo De Suelos, Municipio De Cajolá, Departamento De Quetzaltenango, Guatemala. Tesis.” Filiberto Salvatierra Colindres. Universidad de San Carlos de Guatemala, Facultad de Agronomía. Noviembre, 2006.

México., [en línea]. Texinfo ed. 1, Cuenca Hidrográfica. Disponible en World Wide Web: <http://es.wikipedia.org/wiki/Cuenca_hidrogr%C3%A1fica>. Igualmente en versiones PostScrip en Internet: http://www.wikipedia.com/