GUIA DE PRACTICA DE EFRAIN CHUCHON PRADO HIDROLOGIA RA-424 ING. AGRICOLA - UNSCH

PRACTICA No 02

GEOMORFOLOGIA DE LA CUENCA

1. INTRODUCCION

La cuenca de drenaje de una corriente o sistema interconectado de cauces, es el área que contribuyeal escurrirniento, tal que todo el escurrimiento originado en él es descargado a través de una única salida.

La cuenca hidrográfica funciona como un gran colector que recibe las precipitaciones y lastransforma en escurrimientos. Esta transferencia se realiza con un nivel de pérdidas (abstracciones yretenciones), siendo la relación de precipitación - escorrentía una función bastante compleja de numerososfactores, entre los que predominan el clima y la configuración del terreno.

El estudio de la geomorfología de la cuenca pretende cuantificar determinados rasgos propios de lasuperficie terrestre. Estos índices y magnitudes físicas de la cuenca que se expresan en términos simples,juegan un papel muy importante y son condicionantes de su régimen hidrológico.

2. OBJETIVOS

Exponer la terminología e índices con los cuales el hidrólogo define y analiza una cuenca hidrográfica,para describir sus principales características físicas.

3. GENERALIIDADES

3.1 CUENCA HIDROGRAFICA

La Cuenca Hidrográfica comprende la totalidad del área drenada por vía corriente o sistema de cauces,donde las aguas caídas por precipitación se unen para formar un solo curso de agua y son descargados poruna única salida.

DELIMITACION DE LA CUENCA

Las cuencas están limitadas por la:• Divisoria de aguas.- Llamado también línea del "divortium acuarium", que es una línea imaginaria,

que divide a las cuencas adyacentes y distribuye al escurrimiento originado por la precipitación a cadasistema de corriente. La divisoria de aguas está formada por los puntos de mayor nivel topográfico ysolo se cruza con la corriente principal en el punto de salida. En la figura No 1 se muestra unacuenca.

A continuación se citan 4 reglas prácticas para el trazado de la divisoria topográfico.

1 . La divisoria corta ortogonalmente a las curvas de nivel y pasa por los puntos de mayor niveltopográfico.

2. Cuando la divisoria va aumentando su altitud, corta las curvas de nivel por la parte convexa.

3. Cuando la altitud de la divisoria va decreciendo, corta a las curvas de nivel por su parte cóncava.4. Como comprobación, la divisoria nunca corta a un arroyo o río, excepto en la salida de la cuenca.

Fig. No 1. Esquema de una Cuenca Hidrográfica

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• La delimitación de una cuenca se efectúa siguiendo la línea de la divisoria de aguas, sobre un plano omapa a curvas de nivel.

• La frontera o limite topográfico de una cuenca v su correspondiente cuenca de agua subterránea nonecesariamente tienen la misma proyección ortogonal, por lo que no se puede realizar unadelimitación topográfico, o delimitación real que corresponde a la delimitación considerando el aportede las aguas subterráneas.

3.2 CLASIIFICACIONLas cuencas atendiendo su tamaño, pueden clasificarse en cuencas grandes, intermedias v cuencas

pequeñas.

Según V.T. Chow. "Una pequeña cuenca puede ser definida como aquella que es sensible a lluviasde alta intensidad y corta duración y en la cual predominan las características físicas del suelo conrespecto al cauce". Por esta definición el tamaño de una cuenca pequeña puede variar desde 4 km2 hasta130 kM2. Sin embargo otros investigadores como I-Pai Wu y R. Springall G. han elevado el limitesuperior de una cuenca pequeña a 250 km2.

Tamaño de la Cuenca (Km2) Descripción< 25 Muy pequeña

25 - 250 Pequeña250 - 500 Intermedia - pequeña

500 -2500 Intermedia - grande 2500 - 5000 Grande

> 5000 Muy grande

3.3 PARAMETROS FISICOS Y GEOMORFOLOGICOS DE LA CUENCA

Los principales parámetros físicos geomorfológicos de una cuenca son:

a) Area

Es el área plana en proyección horizontal, encerrada por su divisoria. Usualmente se expresa en

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km2 y en caso de cuencas pequeñas, en ha.Una cuenca pequeña queda definida como aquélla que es sensible a lluvias de alta intensa 'dad Y

corta duración, y en la cual predominan las características físicas del suelo con respecto al cauce.

Para algunos autores, una cuenca pequeña puede variar de 4 a 130 km2, y para otros hasta los 250km2

b) Curva Hipsométrica

El relieve de una cuenca puede definirse por medio de su CURVA HIPSOIYIETRICA, la cualrepresenta gráficamente la relación entre las elevaciones del terreno y las superficies acumuladas pordebajo o por encima de dicha elevación. La curva hipsométrica además, permite calcular la elevaciónmedia y mediana de la cuenca.

La curva hipsométrica o curva de área - elevación se construye determinando con un planímetro elárea entre curvas de nivel y representando en una gráfica el área acumulada por encima o por debajo deuna cierta elevación, en función de tal cota.

ELEMENTOS PARA GRAFICAR LA CURVA HIIPSOMETRICA DE LA CUENCADISTRIBUCION ALTIMETRICA DE AREAS DE LA MICROCUENCA

1 2 3 4 5 6 7 8Cotas Cota media Area Sumatoria % del % acumulado %acumulado (2)*(3)msnm msnm Km2 Km2 total acumulado por encima

por debajo4990-4800 4895 0.5 0.5 0.2 99.8 0.2 2447.54800-4600 4700 6.7 7.2 2.1 97 8 2.2 314904600-4400 4500 18.35 25.55 5,7 92,1 7.9 825754400-4200 4300 41.75 68.3 13.3 78.8 21.2 1838254200-4000 4100 27.85 96.15 8.6 70.2 29.8 1141854000-3800 3900 24.25 120.4 7,5 61.7 37.3 945753800-3600 3700 43.6 164 13.5 49.1 50.9 1613203600-3400 3500 43.6 207.6 13,5 35.6 64.4 1516003400-3200 3300 52.9 260.5 164 19.2 80.8 1745703200-3000 3100 35.5 296 11.0 8.2 91.8 1100503000-2800 2900 24,7 320.7 7.7 0.5 99.5 716302800-2750 2775 1.7 1322.4 0.5 0.0 100.0 4717.5

Total 322.4 Km2 1183985

Altitud Media: = 1183985 / 322.4 = 3672.41 m.s.n.m.

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c) FACTOR DE FORMA

La forma de la cuenca afecta los hidrogramas de escorrentía y las tasas de flujo máximo. En generalel escurrimiento de una cuenca de forma casi circular será diferente a las de otras de formas estrechas yalargadas, de la misma área.

La mayoría de las cuencas tienden a tener la forma de una pera; sin embargo los controles geológicosconducen a numerosas desviaciones a partir de esta forma. Horton sugirió un factor adimensional deforma, llamado factor de forma: (Rf):

Rf = Lb /A

A = Area de la cuenca.Lb = Longitud desde la salida hasta el límite de la hoya.

d) COEFICIENTE DE COMPACIDAD

Gravelius definió éste término como el cociente adimensional entre el perímetro de la cuenca (P) y lacircunferencia (Pc) de un círculo con área de igual tamaño (A) al de la cuenca en Km2.

AP

PPC

cc 282.0==

El coeficiente de compacidad tendrá como limite interior la unidad, indicando entonces que lacuenca es circular y conforme crece su valor indicará una mayor distorsión en su forma, es decir, sevuelve alargada o asimétrica.

Cc = 1: para una cuenca circular.Cc> 1: Indica mayor distorsión de la cuenca (alargada o asimétrica).

e) RELACIÓN DE ELONGACIÓN

S.A. Schumm definió, como el cociente adimensional entre el diámetro (D) de un círculo que tiene igualárea (A) que la cuenca y la Longitud (Lc) de la misma. La longitud Lc, se define como la dimensión másgrande de la cuenca a lo largo de una línea recta desde la salida hasta la divisoria, paralela al cauceprincipal.

cce L

ALDR 1284.1==

Re = varía de 0.6 a 1 para amplia variedad de climas y geología.Re = si se aproxima a 1. Se refiere a regiones con relieve bajo.

La relación de elongación esta fuertemente relacionada con el relieve de la cuenca, de manera quelos valores cercanos a la unidad son típicos de regiones con relieve suave o bajo, en cambio si la Re varíade 0.6 a 0.8 esta asociado a fuertes relieves y pendientes pronunciadas del terreno.

f) RECTÁNGULO EQUIVALENTE

El rectángulo equivalente es lógicamente una transformación puramente geométrico de la cuenca en unrectángulo de igual perímetro y área, convirtiéndose las curvas de nivel en rectas paralelas a los ladosmenores, siendo éstos la primera y la última curva de nivel.

Si L y l son respectivamente los lados mayor y menor del rectángulo equivalente, P y A. el perímetroy el área de la cuenca, en km. y km2, se tiene la siguiente expresión:

Lado Mayor:

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−+=

2128.111

128.1 c

c

CACL

Lado Menor:

−−=

2128.111

128.1 c

c

CACl

El rectángulo equivalente permite comparar las cuencas hidrográficas, desde el punto de vista de lainfluencia de sus características sobre el escurrimiento. Roche supone que el escurrimiento de una cuencadada es aproximadamente el mismo. en condiciones climatológicas idénticas, al que se presentaría en unrectángulo de igual área, igual coeficiente compacidad v misma repartición hipsométrica, suponiendoademás que la distribución del suelo, vegetación Y drenaje son semejantes en las diferentes áreascomprendidas entre curvas de nivel.

Las distancias (en km) sobre el lado mayor del rectángulo equivalente a las cuales se localizan lascurvas (rectas) de nivel, se obtienen dividiendo el área de cuenca acumulada sobre cada una de ellas. entreel lado menor (1).

g) ELEVACIÓN MEDIANA DE LA CUENCA

La altura mediana de la cuenca tiene influencia fundamental en el régimen hidrológico puesto que lasprecipitaciones de la cuenca, generalmente presentan una buena correlación con la altitud.

A partir de la curva hipsométrica, se puede determinar fácilmente la denominada elevación medianade la cuenca, la cual equivale a la cota correspondiente al 50% del área de la cuenca.

h) ELEVACION MEDIA DE LA CUENCA

La elevación media de la cuenca es un factor que tiene buena relación con la temperatura y laprecipitación. A su vez la variación de las temperaturas influye en la variación de las perdidas de aguapor evaporación y transpiración y a su ves en el caudal medio.

Se calcula numéricamente con la siguiente formula:

Aae

E ∑=donde:a = Area entre dos curvas de nivele = Elevación medía entre dos curvas de nivelE = Elevación media de la cuenca

i) PENDIENTE DE LA CUENCA

La pendiente de la cuenca tiene una importante pero compleja relación con la infiltración, elescurrimiento superficial, la humedad del suelo y la contribución del agua subterránea al finjo en loscauces. Es uno de los factores físicos que controlan el tiempo de flujo sobre el terreno y tiene influenciadirecta en la magnitud de las avenidas o crecidas.

Según el criterio de J. W. Alvord, la pendiente de la cuenca (Sc) es igual a la longitud total de lascurvas de nivel dentro de ella, multiplicada por el desnivel constante entre ellas v dividida entre el tamañode la cuenca.

Sc = DL / ASc = pendiente promedio de la cuenca.

D = intervalo o desnivel constante entre curvas de nivel, en km.

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L = longitud total de las curvas de nivel dentro de la cuenca, en km.

A = área de la cuenca en km2.

Con el objeto de obtener resultados contables y a la vez evitar el desarrollo tedioso del criterio, serecomienda utilizar intervalos entre curvas de nivel de 30 a 150 m en cuencas grandes o de fuertependiente y del orden de 5 a 15 m en el caso de cuencas pequeñas o de topografía plana.

j) CARACTERÍSTICAS DE LA RED DE DRENAJE

Se llama red de drenaje de una cuenca, al sistema de cauces por el que fluyen los escurrimientossuperficiales, de manera temporal o permanente. Su importancia se manifiesta por sus efectos en laformación y rapidez de drenado de los escurrimientos normales o extraordinarios, además de proporcionarindicios sobre las condiciones físicas del suelo y de la superficie de la cuenca. Las principalescaracterísticas de la red de drenaje son: tipos de corriente, orden de corriente, relación de bifurcación,densidad de drenaje v frecuencia de corriente.

Tipos de corriente: las corrientes comúnmente se clasifican en tres tipos. Perennes. intermitentes yefímeras, sobre la base de la constancia de su escurrimiento o flujo, el cual está relacionado con lascaracterísticas físicas y climáticas de la cuenca. Las corrientes perennes conducen agua todo eltiempo, excepto durante las sequías extremas. Una corriente intermitente lleva agua la mayor partedel tiempo, pero principalmente en épocas de lluvia, y por último, la corriente efímera sólo conduceagua durante las lluvias o inmediatamente después de éstas.

Orden de corrientes y Corriente Principal. El orden de la corriente es una clasificación querefleja el grado de ramificación o bifurcación dentro de una cuenca. R.E. Horton, clasificó el ordende corriente asignando el orden 1 a las más pequeñas, es decir, aquellas que no están ramificadas, elorden 2 a las corrientes que sólo tienen ramificaciones o tributarios de primer orden, de orden iaquellas con dos o más tributarios de orden 2 o menor, etc.

Entonces el orden de la corriente principal será un indicador de la magnitud de la ramificación y dela extensión de la red de drenaje dentro de la cuenca. A este respecto, la determinación del llamadocauce o corriente principal, se lleva a cabo del punto de salida de la cuenca hacia aguas arriba,siguiendo a la corriente de más alto orden. hasta alcanzar una bifurcación de dos corrientes de igualorden, entonces, la rama o cauce que tenga una mayor área de cuenca es seleccionado, a partir de talpunto que el proceso se repite hasta terminar en un tributario de orden 1.

Relación de Bifurcación: R. E. Horton introdujo el concepto de relación de bifurcación (Rb) paradefinir el cociente entre el número de' cauces de cualquier orden v el número de corrientes delsiguiente orden superior.

Rb = Nu / Nu + 1

Rb = relación de bifurcación.

Nu = número de corrientes de orden u.

Nu + 1 = número de corrientes de orden u + 1.

Las relaciones de bifurcación varían entre i y 5 para cuencas en las cuales las estructuras geológicasno distorsionan el modelo de drenaje. El valor mínimo teóricamente posible de 2, difícilmente se alcanzaen condiciones naturales y en general el valor promedio es del orden de 3.5.

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Densidad de Drenaje:

La densidad del drenaje (Dd) se define como la longitud total de los cauces dentro de la cuencadividida entre el área total de drenaje.

AL

Dd∑=

Por lo común, se encuentra bajas densidades de drenaje en regiones de rocas resistentes o de suelosmuy permeables con vegetación densa y donde el relieve es suave. En cambio, se obtienen altasdensidades de drenaje en áreas de rocas débiles o de suelos impermeables, vegetación escasa y relievemontañoso.

Frecuencia de Corriente: R. E. Horton introdujo el concepto de frecuencia de corriente (F), definidacomo el número de corrientes por unidad de área.

La frecuencia de corriente tiene por unidad L-2. M. A. Melton, analizó en detalle la relación entre ladensidad de drenaje (Dd) y la frecuencia de corriente (F), y encontró que ambas son medidas de lamagnitud de la red de drenaje, pero cada una trata aspectos diferentes.

ANu

F ∑=

4. METODOLOGÍA

- Elegir una Cuenca Hidrográfica en una Carta Nacional de 1/100,000 y/o 1/25,000 de una zona delterritorio nacional.

- Delimite la cuenca, en clase

- Calcule los parámetros geomorfológicos de la cuenca elegida, en clase

- Analice y discuta los valores encontrados

- Presentar el informe con las partes indicadas en la práctica 01.

Problemas Propuestas:

Resolver los problemas propuestos en el libro de Hidrología Aplicada de Ven Te Chow, Pág. 96-97números 3.1.1 al 3.3.9

BIBLIOGRAFIA

1. Linsley R. K., M. A. Kohler, Hidrología para Ingenieros, McGraw Hill, Latinoarnericana

S. A. 2da. Edición. Colombia 1975.

2. Molina, G. Medardo, Hidrología, UNALM, PUBLIDRAT, 1975.

3. J. Organización Meteorológica Mundial Guía de Prácticas Hidrológicas, 5ta edición, 1994

4. Campos Aranda, Procesos del Ciclo Hidrológico, 198',