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Curso de HidrologíaLa Cuenca
Hidrológica
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Capítulo 2.Definición de Cuenca Hidrográfica Es el área de terreno donde todas las aguas caídas por precipitación,
se unen para formar un solo curso de agua Unidad natural definida por la existencia de la divisoria de las aguas
en un territorio dado Las cuencas hidrográficas son unidades morfográficas superficiales
– Divisoria geográfica principal= Parteaguas– Divisorias geográficas secundarias= Forman las subcuencas
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Capítulo 2.Definición de Cuenca Hidrológica La definición de cuenca hidrológica es más integral que la
de cuenca hidrográfica Las cuencas hidrológicas son unidades morfológicas
integrales y además de incluir todo el concepto de cuenca hidrográfica, abarcan en su contenido, toda la estructura hidrogeológica subterránea del acuífero como un todo.
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Capítulo 2.Funciones de las Cuencas Función Hidrológica
– Captación de agua de las diferentes fuentes de precipitación para formar el escurrimiento de manantiales, ríos y arroyos.
– Almacenamiento del agua en sus diferentes formas y tiempos de duración.
– Descarga del agua como escurrimiento.
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Capítulo 2.Funciones de las Cuencas Función Ecológica
– Provee diversidad de sitios y rutas a lo largo de la cual se llevan a cabo interacciones entre las características de calidad física y química del agua.
– Provee de hábitat para la flora y fauna que constituyen los elementos biológicos del ecosistema y tienen interacciones entre las características físicas y biológicas del agua
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Capítulo 2.Funciones de las Cuencas Función Ambiental
– Constituyen sumideros de CO2.
– Alberga bancos de germoplasma.
– Regula la recarga hídrica y los ciclos biogeoquímicos.
– Conserva la biodiversidad.
– Mantiene la integridad y la diversidad de los suelos
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Capítulo 2.Funciones de las Cuencas Función
Socioeconómica– Suministra recursos
naturales para el desarrollo de actividades productivas que dan sustento a la población.
– Provee de un espacio para el desarrollo social y cultural de la sociedad.
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Capítulo 2.Servicios Ambientales del Flujo Hidrológico
Servicios Ambientales– Del flujo hidrológico:
Usos directos: agricultura, industria, agua potable, etc)
Dilución de contaminantes
Generación de electricidad
Regulación de flujos y control de inundaciones
Transporte de sedimentos
Recarga de acuíferos
Dispersión de semillas y larvas de la biota.
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Capítulo 2.Implicaciones ecológicas de la cuenca
Distribuidor de insumos primarios (nutrientes, materia orgánica, sedimentos) Modela el relieve e influye en la
formación y distribución de los suelos en las laderas
Influye en la distribución de la vegetación y del uso de la tierra.
Integra procesos y patrones de los ecosistemas, en donde las plantas y los animales ocupan una diversidad de hábitat generado por variaciones de tipos de suelo, geomorfología y clima en un gradiente altitudinal.
Constituye una unidad espacial ecogeográfica Se pueden analizar los procesos
ambientales generados como consecuencia de las decisiones en materia de uso y manejo de los recursos agua, suelos y vegetación
Marco apropiado para la planificación y de corrección de impactos sobre los RRNN
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Capítulo 2.La Cuenca como Unidad de Planificación, Manejo
y Gestión ¿Por qué la Cuenca?
Es un sistema Compuesto por
subsistemas que interactúan unos con otros en tiempo y espacio (alta, media y baja)
Es una unidad hidrológica que permite un mejor análisis de causa-efecto
Unidad de intervención es la finca
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Capítulo 2.División de la cuenca como unidad de
gestión Subcuenca: es toda área que
desarrolla su drenaje directamente al curso principal de la cuenca.
– Varias subcuencas pueden conformar una cuenca.
Microcuenca: es toda área que desarrolla su drenaje directamente a la corriente principal de una subcuenca.
– Varias microcuencas pueden conformar una subcuenca.
Quebradas: es toda área que desarrolla su drenaje directamente a la corriente principal de una microcuenca.
– Varias quebradas pueden conformar una microcuenca.
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Capitulo 2Delimitación de cuencas
Las cuencas pueden ser delimitadas de varias formas:– Manual: Siguiendo
simples reglas de trazado
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Capitulo 2Delimitación de cuencas– Computarizada o automática
Se hace a partir de las curvas a nivel y la red hidrográfica digitalizadas
Puede presentar algunos problemas para su delimitación principalmente en el área cercana al punto de aforo.
Depende de un insumo llamado Modelo de Elevación Digital (MED) o Modelo de Elevación de Terreno (MET).
La primera práctica de este curso será la delimitación manual y automatizada de la cuenca y el cálculo de las características físicas de ella.
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Capitulo 2Delimitación automatizada de cuencas
Generación del MED
“Quemado” o “Marcado” de los ríos
MED sin depresiones locales (Fill sinks)
Grid de Dirección de Flujo
Grid de Acumulación de Flujo
Trazado automático
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Capítulo 2Características físicas de la cuenca Orientación
Superficie o área
Perímetro
Topografía (curva hipsométrica y curva de frecuencia de altitudes)
Altitudes características
Índices representativos
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TIN y Modelo de Elevación Digital
Convertir a GRID
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Delimitación de cuencasDelimitación de cuencasQuemado o Marcado de RíosQuemado o Marcado de Ríos
Conversión deRíos a Grid
Atributo derios=100No data
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Delimitación de cuencasDelimitación de cuencasQuemado o Marcado de RíosQuemado o Marcado de Ríos
Reclasificaciónde ríos
Atributo derios=100Atributo fuerade ríos=0
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Delimitación de cuencasDelimitación de cuencasQuemado o Marcado de RíosQuemado o Marcado de Ríos
Resta con el MapCalculator
Ríos 100 m másprofundos
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Delimitación de cuencasLlenado de depresiones localesMínimos locales
Fill Sinks
Parteaguas
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Delimitación de cuencasDirección de Flujo
64
16 X 1
8 4 2
32 128
La dirección de flujo de una celdaestá definida por la dirección del mayorgradiente de elevación
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Delimitación de cuencasDirección de Flujo
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Delimitación de cuencasAcumulación de Flujo
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Delimitación de cuencasAcumulación de Flujo
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Delimitación de cuencasDirección y Acumulación de Flujo
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Delimitación de cuencasTrazado automático
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Orientación de la cuenca
El número de horas que está soleada la cuenca. Este es un elemento bastante importante en la medida que aumenta la latitud de la cuenca. Puede ser el factor principal en el cálculo de la evaporación y la evapotranspiración.
Las horas en las que incide el sol sobre la ladera de la cuenca.
La dirección de los vientos dominantes La dirección del movimiento de los
frentes de lluvia Los flujos de humedad
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Superficie o área
Método gravimétrico (balanza analítica)
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Superficie o área
Automatizada o computarizada
– Por medio de un SIG.
– En ArcView 3.3 se aplica la extensión Mila Utilities 3.2.
– El proceso se hace de manera automática y el área se agrega a la tabla de atributos de la cuenca.
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Superficie o área
Planímetro
Trazado en el sentidode las agujas del reloj
Promediar tres medicionescon sus lecturas
Planimetrar un área conociday aplicar regla de tres
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Perímetro
Cuerda o mecateEscala 1:50,000 o sea 1 cm=500 m.
4.3 cm
P= 4.3 cm x 500 m = 2,150 m
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Perímetro
Curvímetro
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Perímetro
Automatizado o Computarizado
– Por medio de un SIG.
– En ArcView 3.3 se aplica la extensión Mila Utilities 3.2.
– El proceso se hace de manera automática y el perímetro se agrega a la tabla de atributos de la cuenca.
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Curva hipsométrica
Es la curva que puesta en coordenadas rectangulares, representa la relación entre la altitud, y la superficie de la cuenca que queda sobre esa altitud.
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Curva hipsométrica
Se debe calcular las áreas entre curvas a nivel
Se calcula por medio del planímetro o por medios gravimétricos
Nosotros lo vamos a calcular por medios computarizados
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Altitudes características
Altitud media: es la ordenada medida de la curva hipsométrica, donde el 50 % del área de la cuenca, está situado por encima de esa altitud y el 50 % está situado por debajo de ella.
Altitud mas frecuente: es el máximo valor en porcentaje de la curva de frecuencia de altitudes.
Altitud de frecuencia 1/2: es la altitud correspondiente al punto de abscisa ½ de la curva de frecuencia de altitudes.
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Curva hipsométrica
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Curva hipsométrica
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Relación hipsométrica
Donde:
– Rh: Relación hipsométrica
– Ss: Area por encima de la curva hipsométrica
– Si: Area por debajo de la curva hipsométrica
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Indice o Factor de Forma (F)
Expresa la relación, entre el ancho promedio de la cuenca y su longitud
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Indice o Factor de Forma (F)
A mayor F mayor posibilidad de tener una tormenta intensa simultánea sobre toda la extensión de la cuenca
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Índice de Compacidad o Gravelious El índice de
compacidad de una cuenca, definida por Gravelious, expresa la relación entre el perímetro de la cuenca, y el perímetro equivalente de una circunferencia
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Índice de Compacidad o Gravelious Cuando K=1 entonces la cuenca es circular.
Para K>1 la cuenca tiende a ser alargada y por lo tanto aplica el mismo criterio que para el índice de forma.
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Rectángulo equivalente
Transformación geométrica, que permite representar a la cuenca, de su forma heterogénea, con la forma de un rectángulo que tiene: la misma área y perímetro (y
por lo tanto el mismo índice de compacidad ó índice de Gravelious)
igual distribución de alturas (y por lo tanto igual curva hipsométrica)
igual distribución de terreno, en cuanto a sus condiciones de cobertura.
Las curvas de nivel se convierten en rectas paralelas al lado menor, siendo estos lados, la primera y última curvas de nivel.
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Rectángulo equivalente
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Rectángulo equivalente
Calculo de K, L y l:Se toma el signo + para LSe toma el signo – para l
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Rectángulo equivalente
Calculo de los segmentos del lado mayor Li
A1=6.13/10.9034=0.56
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Indice de Pendiente
Es una ponderación que se establece entre las pendientes y el tramo recorrido por el río
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Pendiente de la Cuenca
Tiene una relación importante y compleja con la infiltración, la escorrentía superficial, la humedad del suelo, y la contribución del agua subterránea a la escorrentía
– Controla el tiempo de escurrimiento y concentración de la lluvia en los canales de drenaje
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Pendiente de la Cuenca
Criterios para evaluar la pendiente
– Criterio de Alvord
– Criterio de Horton
– Criterio de Nash
– Criterio del rectángulo equivalente
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Criterio de Alvord
Este criterio está basado, en la obtención previa de las pendientes existentes entre las curvas de nivel.
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Criterio del rectángulo equivalente
Con este criterio, para hallar la pendiente de la cuenca, se toma la pendiente media del rectángulo equivalente, es decir:
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Perfil longitudinal de un cauce
Si se plotea la proyección horizontal de la longitud de un cauce versus su altitud, se obtiene el perfil longitudinal del curso de agua.
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Perfil longitudinal de un cauce
Importancia:
Proporciona una idea de las pendientes que tiene el cauce, en diferentes tramos de su recorrido,
Factor de importancia para
Control de torrentes
Determinar puntos de captación
Ubicación de posibles centrales hidroeléctricas.
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Pendiente del cauce
Importante para Aprovechamiento hidroeléctrico Solución de problemas de inundaciones.
La pendiente del cauce se puede considerar como el cociente, que resulta de dividir, el desnivel de los extremos del tramo, entre la longitud horizontal de dicho tramo.
Existen varios métodos para obtener la pendiente de un cauce
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Metodos para obtener pendiente del cauce Pendiente uniforme
Compensación de áreas
Ecuación de Taylor y Schwarz
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Pendiente Uniforme
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
El método puede utilizarse en tramos cortos del río.
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Compensación de áreas
Elegir la pendiente de una línea que se apoya 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.
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Ecuación de Taylor y Schwarz
Considera que un río está formado por n tramos de igual longitud, cada uno de ellos con pendiente uniforme.
Tiene una mejor aproximación, cuanto más grande sea el número de tramos, en los cuales se subdivide el perfil longitudinal del río a analizar.
Tramos de diferentelongitud
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Red de Drenaje
Trayectorias o arreglo que guardan entre sí, los cauces de las corrientes naturales dentro de ella
Manifiesta la eficiencia del sistema de drenaje en el escurrimiento (rapidez con que desaloja la cantidad de agua que recibe).
Proporciona indicios de las condiciones del suelo y de la superficie de la cuenca.
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Red de Drenaje
Las características de una red de drenaje, pueden describirse principalmente de acuerdo con:
– El tipo de corrientes
– El orden de las corrientes
– Longitud de los tributarios
– Densidad de corriente
– Densidad de drenaje
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Tipo de Corrientes
Corriente efímera, es aquella que solo lleva agua cuando llueve e inmediatamente después. Corriente intermitente, lleva agua la mayor parte del tiempo, pero principalmente en época de
lluvias; su aporte cesa cuando el nivel freático desciende por debajo del fondo del cauce. Corriente perenne, contiene agua todo el tiempo,
ya que aún en época de sequía es abastecida continuamente, pues el nivel freático siempre permanece por arriba del fondo del cauce.
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Orden de las corrientes
Proporciona el grado de bifurcación dentro de la cuenca.
Se requiere de un plano de la cuenca que incluya tanto corrientes perennes como intermitentes.
Existen dos métodos para determinarlas: Strahler Shreve
Pueden trazarse mediante el uso de los SIG.
4
Strahler
Shreve
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Longitud de los tributarios
Indicador de la magnitud de la pendiente de la cuenca, así como del grado de drenaje.
Areas escarpadas y bien drenadas ---> numerosos tributarios pequeños y cortos
Areas planas (suelos son profundos y permeables) ---> tributarios largos, que generalmente son corrientes perennes
Longitud de los tributarios se incrementa como una función de su orden.
La medición de las corrientes, se realiza dividiendo la corriente en una serie de segmentos lineales, trazados lo más próximo posible a las trayectorias de los cauces de las corrientes.
También puede realizarse desde un SIG.
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Densidad de las corrientes
Es la relación entre el número de corrientes y el área drenada Solamente se consideran corrientes perennes e intermitentes El cauce principal cuenta como una corriente y luego los
tributarios a este cauce desde su nacimiento hasta su unión con el cauce principal
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Densidad de drenaje
Se expresa como la longitud de las corrientes, por unidad de área
indica:– La posible naturaleza de los suelos, que se encuentran en la cuenca.– El grado de cobertura que existe en la cuenca.
Valores altos, representan zonas con poca cobertura vegetal, suelos fácilmente erosionables o impermeables
Valores bajos, indican suelos duros, poco erosionables o muy permeables y cobertura vegetal densa.
Se puede calcular mediante un SIG
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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.
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Contraste entre Densidad de las corrientes (Dc) y Densidad de drenaje (Dd)
Cuencas hipotéticas a y b: Igual Dd pero diferente DcCuencas hipotéticas c y d: Igual Dc pero diferente Dd
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Constante de estabilidad del río
Representa, físicamente, la superficie de cuenca necesaria para mantener condiciones hidrológicas estables en una unidad de longitud de canal. Puede considerarse, por tanto, como una medida de la erodabilidad de la cuenca. Así, regiones con suelo rocoso muy resistente, o con suelos altamente permeables que implican una elevada capacidad de infiltración, o regiones con densa cobertura vegetal, tienen valores altos de la constante de estabilidad y bajos de densidad de drenaje. Por el contrario, una baja constante de estabilidad, o una elevada densidad de drenaje, es característica de cuencas con rocas débiles, escasa o nula vegetación y baja capacidad de infiltración del suelo.
•Es el inverso de la Densidad de DrenajeEs el inverso de la Densidad de Drenaje•A: Area de la cuencaA: Area de la cuenca•Lt: Longitud total de las corrientes perennesLt: Longitud total de las corrientes perennes