HIDROLOGÍA Sesión03
HIDROLOGÍA
Sesión03
TEMAS A TRATAR Cuencas Hidrológicas. Definición. Delimitación. Superficie y perímetro de la cuenca.
Curvas Características de una cuenca.
Índices representativos.
Rectángulo Equivalente.
Índice de Pendiente. Pendiente de la cuenca.
Perfil longitudinal del curso de agua.
Pendiente del cauce.
Red de drenaje.
CUENCAS HIDROLOGICAS
https://www.youtube.com/watch?v=XUir7DNG0_gDelimitación de una cuenca con arcgis10 38 min
https://www.youtube.com/watch?v=ln7p8hONV9o18 min delimitación cuencas con arc gis
https://www.youtube.com/watch?v=FXdJuOXo04412 min delimitar cuencas
CUENCA
Delimitación 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).
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
Superficie o área
• Automatizada o computarizada– Por medio de un SIG.– El proceso se hace de manera automática y el área se
agrega a la tabla de atributos de la cuenca.
Perímetro
• Automatizado o Computarizado– Por medio de un SIG.– El proceso se hace de manera automática y el
perímetro se agrega a la tabla de atributos de la cuenca.
CURVAS CARACTERISTICAS DE UNA CUENCA
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.
Curva hipsométrica• Se debe calcular las
áreas entre curvas a nivel
• Se calcula por medio del planímetro o por medios gravimétricos
• calcular por medios computarizados
Curva hipsométrica
Curva hipsométrica
Curva hipsométrica
Relación hipsométrica
Donde:Rh: Relación hipsométricaSs: Área por encima de la curva
hipsométricaSi: Área por debajo de la curva
hipsométrica
OTRO EJEMPLO
OTRO EJEMPLO
Curva de frecuencia de Altitudes• 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.
ELEVACIÓN MEDIA𝐸𝑚=
∑❑
❑
𝑎∗𝑒
𝐴
a: Área entre dos contornos
e: elevación media entre dos contornos
A: área total de la cuenca.
Gráficamente la elevación media de la cuenca se obtiene entrando con el 50% del área en el je X ,trazando una perpendicular por este punto hasta interceptar a la curva hipsométrica. Luego por éste punto trazar una horizontal hasta cortar el eje Y
Con los datos mostrados calcule la elevación media de la cuenca
a e A*e
6.13 750 4597.5
45.62 850 38777
215.00 950 204250
281.25 1050 295312.5
89.38 1150 102787
20.62 1250 25775
Suma 658 671499.00
=671499/658=1020.5 msnm
𝐸𝑚=∑❑
❑
𝑎∗𝑒
𝐴
ÍNDICES REPRESENTATIVOS
Índice o Factor de Forma de una cuenca (F)
• Expresa la relación, entre el ancho promedio de la cuenca y su longitud
Indice o Factor de Forma (F)
• Si una cuenca tiene un F mayor que otra cuenca, existe mayor posibilidad de tener una tormenta intensa simultánea sobre toda la extensión de la cuenca.
• Si una cuenca tiene un F menor que otra cuenca, tiene menos tendencia a concentrar las intensidades de lluvia, que una cuenca de igual área pero con un F mayor.
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 que tiene la misma área de la cuenca
Índice de Compacidad o Gravelious
El índice de compacidad de una cuenca, trata de expresar la influencia del perímetro y el área de la cuenca en la escorrentía (características del hidrograma).
Índice de Compacidad o Gravelious
• Cuando K=1 entonces la cuenca es circular.• Para K>1 la cuenca tiende a ser alargada
reducen las probabilidades de que sean cubiertas en su totalidad por una tormenta,lo que afecta el tipo de respuesta que se presenta en el río.
Rectángulo equivalente• Transformación geométrica, que
permite representar a la cuenca, de su forma heterogénea, con la forma de un rectángulo que tiene:a) la misma área y perímetro (y por lo tanto el mismo índice de compacidad ó índice de Gravelious)b) igual distribución de alturas (y por lo tanto igual curva hipsométrica)c) 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.
Determine los lados del rectángulo equivalente en función del área y el índice de compacidad de la cuenca
Rectángulo equivalente
Rectángulo equivalente
Con los datos mostrados obtener las dimensiones del rectángulo equivalente.
Dato: p=142.5 Km
Rectángulo equivalente
Calculo de K, L y l:Se toma el signo + para LSe toma el signo – para l
Con los datos mostrados grafique el rectángulo equivalente de la cuenca
Rectángulo equivalenteCalculo de los segmentos del lado mayor Li
A1=6.13/10.9034=0.56
A1=6.13/10.9034=0.56
Calcule el rectángulo equivalente
Índice de Pendiente de M. Rouche
• Es una ponderación que se establece entre las pendientes y el tramo recorrido por el río
L=20.60 km.
Calcule el índice de pendiente de los datos mostrados
Pendiente media de la Cuenca
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 y tiene importancia directa en relación a la magnitud de las crecidas.
Pendiente de la Cuenca
• Criterios para evaluar la pendiente– Criterio de Alvord– Criterio de Horton– Criterio de Nash– Criterio del rectángulo equivalente
Criterio de Alvord• Este criterio está basado, en
la obtención previa de las pendientes existentes entre las curvas de nivel.
Criterio de Alvord
CRITERIO DE HORTON
Criterio del rectángulo equivalente
• Con este criterio, para hallar la pendiente de la cuenca, se toma la pendiente media del rectángulo equivalente, es decir:
Pendiente media de la Cuenca
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.
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 las aguas (torrentes)• Determinar puntos de captación• Ubicación de posibles centrales hidroeléctricas.
https://www.youtube.com/watch?v=1Fi95WVQbvoPerfil longitudinal arcgis
Pendiente del cauce• Importante para– Determinación de las características óptimas de su
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
Metodos para obtener pendiente del cauce
• Pendiente uniforme• Compensación de áreas• Ecuación de Taylor y Schwarz
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.
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.
Compensación de áreas
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.
Ecuación de Taylor y Schwarz
Tramos de diferente longitud
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.
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
Tipo de Corrientes• Corriente efímera, es aquella que solo lleva agua cuando llueve .
• 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.
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
Longitud de los tributarios• Es un Indicador de la magnitud de la pendiente de la cuenca, así como del
grado de drenaje.• Áreas escarpadas y bien drenadas ---> numerosos tributarios pequeños y
cortos• Áreas 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.
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
Densidad de drenaje
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
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.
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
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 Drenaje•A: Área de la cuenca•Lt: Longitud total de las corrientes perennes
ACTIVIDAD GRUPALGRUPO DE 03 ALUMNOS
PREGUNTAS PARA CONFIRMAR LO APRENDIDO
Delimitación 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
Características físicas de la cuenca
• Orientación• Superficie o área• Perímetro• Topografía (curva hipsométrica y
curva de frecuencia de altitudes)• Altitudes características• Índices representativos
TIN y Modelo de Elevación Digital
Convertir a GRID
Delimitación de cuencasQuemado o Marcado de Ríos
Conversión deRíos a Grid
Atributo derios=100No data
Delimitación de cuencasQuemado o Marcado de Ríos
Reclasificaciónde ríos
Atributo derios=100Atributo fuerade ríos=0
Delimitación de cuencasQuemado o Marcado de Ríos
Resta con el MapCalculator
Ríos 100 m másprofundos
Delimitación de cuencasLlenado de depresiones locales
Mínimos locales
Fill Sinks
Parteaguas
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
Delimitación de cuencasDirección de Flujo
Delimitación de cuencasAcumulación de Flujo
Delimitación de cuencasAcumulación de Flujo
Delimitación de cuencasDirección y Acumulación de Flujo
Delimitación de cuencasTrazado automático