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UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR
    FACULTAD DE INGENIERIA




              HIDROLOGÍA


   PROFESOR: JIM JAMES RODRÍGUEZ DÍAZ
            ING. AMBIENTAL
    CANDIDATO A Msc. EN CIENCIAS DEL
              AMBIENTE
RELACIÓN ENTRE LOS ELEMENTOS FÍSICO-
       GEOGRÁFICOS Y LOS ELEMENTOS HIDROLÓGICOS
•   Cuenca: Área limitada por el contorno en el interior del cual el agua precipitada escurre
    sobre la superficie, se concentra y pasa por un punto determinado del cauce.

•   Los factores que intervienen en el estudio de una cuenca son muy diversos:
    topografía, geología, edafología, climatología, hidrología, vegetación, etc.

•   Los sistemas de drenaje están íntimamente relacionados con los asentamientos
    humanos y los desarrollos agrícolas, ganaderos e industriales.

•   La red de canales fluviales que recogen el agua superficial y de las vertientes que
    tributan en ellos, se conoce como sistema de drenaje. Sus límites están constituidos por
    las divisorias de aguas, por lo tanto, la cuenca es la totalidad del área o superficie que
    cubre el sistema de drenaje.

•   Cada cuenca posee propiedades físicas, químicas y biológicas que dan como resultado un
    único conjunto de propiedades hidrológicas. Las características morfométricas y la
    estimación de las variables que definen el comportamiento hidrológico de una cuenca
    sirven de referencia en la interpretación del paisaje.
Cuencas hidrograficas tema ii
PARÁMETROS MORFOMÉTRICOS
Perímetro: El perímetro (P) es la longitud del límite exterior de la cuenca y
depende de la superficie y la forma de la cuenca. Medido por un Curvímetro.




Área de la cuenca, delimitada por la divisoria de aguas. En función de la
superficie pueden clasificarse en:
Área ≤100 km² , cuenca pequeña
100 km2 < Área ≤2000 km² , cuenca mediana
Área > 2000 km² , cuenca grande
          SUPERFICIE DE KM²                      ESCALA
                 A≤100                            1:25.000
              100<A≤1.000                        1:50.000
             1.000<A≤5.000                      1:100.000
            5.000<A≤10.000                      1:250.000
                A>10.000                         1:500.000
Instrumentos de medida: Planímetros, Papel milimetrado, Software (SIG, CAD).
SIG: HERRAMIENTAS PARA LA GESTIÓN INTEGRADA DE
            CUENCAS HIDROGRÁFICAS
LONGITUD DEL CAUCE PRINCIPAL.




Cota del punto más alto de la cuenca principal.
Cota del punto más alto de la cuenca (Hmax.)
Cota de sección de control (menor de la cuenca. Hmin.)
FORMA DE LA CUENCA:
            La cual tiene influencia en el tiempo de
concentración de las aguas al punto de salida y por lo
tanto modifica la configuración del hidrograma. Para
una misma superficie y una misma tormenta, el
hidrograma de salida de una cuenca, Q = f (t),
redondeada es muy diferente al de una cuenca
alargada. Esto nos lleva a definir índices de forma:
            El índice de compacidad o de Gravelius:
es la relación entre el perímetro de la cuenca y el de
un círculo de área equivalente. Permite cuantificar la
forma de la cuenca a partir de su formulación:

   Ic = P/Po     Donde A = Ao = л*r²; Po = 2 л*r
                         Po= 2(A* л)½
   Ic= P/2(A* л)½ = 0.282* P/A½
           Donde P representa el perímetro de la
cuenca Po perímetro del círculo y A la superficie. El
índice de compacidad es mayor a uno y valores altos
indican cuencas más alargadas e hidrogramas mas
achatados.

Factor de forma: F= A/L² donde L= longitud de la
cuenca.
F=0.79 Para un circulo.
F=1.00 para un cuadrado, con salida en el punto
medio de sus lados.
F=0.50 para un cuadrado, con salida en un vértice.
TIEMPO DE
CONCENTRACIÓN:




Tiempo requerido para
que durante una lluvia o
aguacero uniforme alcance
el estado estacionario
(tiempo de contribución
eficaz de todo el sistema a
la generación de flujo en el
desagüe).
PARÁMETROS MORFOLÓGICOS

RELIEVE Y ALTITUD DE LA CUENCA
         La influencia del relieve
sobre la respuesta hidrológica de la
cuenca es importante, puesto que a
mayores pendientes corresponden
mayores velocidades del agua en las
corrientes y menor será el tiempo
de concentración de la cuenca.

         La Relación de Relieve (Rr)
Esta en función de la longitud de la
cuenca (L) y de la diferencia de
altura entre la salida de la cuenca y
el punto más alto en la divisoria de
la cuenca (h) :

              Rr = h/L
PARÁMETROS HIDROLÓGICOS

Leyes de Horton (1945) Composición de la
Red de Drenaje
1. Los segmentos que se originan en un
   nudo externo son definidos como tramos
   de primer orden.
Los segmentos que están unidos a una
fuente (los que no tienen tributarios), son
definidos como de primer orden.

2. Cuando se unen dos corrientes de orden
Ni crean una corriente de orden Ni+1.

3. Cuando a una corriente se le une otra de
menor orden, la primera continúa y
conserva su número de orden.

4. El orden de la cuenca, N, es el de la
corriente de mayor orden.
Cuencas hidrograficas tema ii
RELACIÓN DE BIFURCACIÓN Y   • Horton encontró empíricamente que la
                              relación de bifurcación RB o relación del
       LONGUITUDES            número Ni de canales de orden i y el
                              número Ni+1 de canales de orden i+1, es
                              relativamente constante de un orden a otro.
                              Esta es la ley de Horton de números de ríos.

                            • Rb= Ni/Ni+1; I= 1,2…….., I-1
                                    El valor teórico mínimo para la
                              relación de bifurcación es 2 y los valores se
                              localizan típicamente en el rango 3-5
                              (Strahler, 1964).

                            • El promedio de longitud de los ríos de cada
                              orden, Li, puede calcularse midiendo la
                              longitud de cada una de las corrientes.
                              Horton propuso la ley de longitudes de río
                              en la cual las longitudes promedio de ríos
                              de órdenes sucesivos están relacionados
                              por medio de la relación de longitud RL.

                                            RL= Li+1/Li
                               INVESTIGAR: La ley de Relación de Áreas de
                               corrientes
LA DENSIDAD DE DRENAJE          Es la relación de la longitud total de
                         canales en una cuenca con respecto a su área.
                         Donde Lij es la longitud del río j-ésimo de
                         orden i.
                                La densidad de drenaje indica la red de
                         drenaje por unidad de superficie y suele
                         utilizarse como complemento de los índices de
                         pendiente y compacidad a efectos de
                         escorrentía superficial.
                                Una densidad alta refleja una cuenca
                         muy bien drenada que debería responder
                         relativamente rápido al influjo de la
                         precipitación, refleja generalmente áreas con
                         suelos fácilmente erosionables o relativamente
                         impermeables, con pendientes fuertes y escasa
                         cobertura vegetal;
                                una cuenca con baja densidad refleja un
                         área pobremente drenada con respuesta
                         hidrológica muy lenta, ocurren en sitios donde
                         los materiales del suelo son resistentes a la
                         erosión o muy permeables y donde el relieve
                         es bajo
LA PENDIENTE MEDIA DEL
          CAUCE




Se calcula conociendo las cotas
mayor y menor de la cuenca y
la longitud del cauce principal
Lc

Pmc= (Hmayor-Hmenor)/ Lc
Medida de la pendiente de una cuenca
Escala 1:25000
Curvas: 1) 620; 2) 600; 3) 580; 4) 560 msnm

1. Medida de la pendiente en sentido vertical
a) Contamos los puntos de intersección de las líneas verticales con
cualquier curva de nivel. En este ejemplo son 22 (sólo las
intersecciones que se encuentran dentro de la cuenca)

b) Medimos la longitud de los tramos verticales de la rejilla dentro
de los límites de la cuenca (en verde en el dibujo). En nuestro
ejemplo, suman Y m, medidos de acuerdo con la escala gráfica a la
que está el mapa.
Aplicamos la siguiente fórmula:

Pvert.= n*e/ Σlvert
Donde: n = número de intersecciones
e =equidistancia entre curvas de nivel (metros)
Σlvert = suma de las longitudes de las verticales de la cuadrícula
(metros)
Con nuestros datos:

Pvert.= 21*20m/Ym

Pvert.= Z
MEDIDA DE LA PENDIENTE DE UNA CUENCA
Medida de la pendiente en sentido
horizontal
Hacemos los mismos con las líneas
horizontales. Contamos 6 intersecciones con
las líneas horizontales, y las longitudes de
dichas horizontales suman X m

Phor.= 8*20m/Xm

Phor= W

3. Cálculo de la pendiente de la cuenca
Hacemos simplemente la media de las dos
anteriores ( que en este ejemplo son
curiosamente similares):

Pmed.=     (Pvert + Phor)/2

Pmed = (Z+W/2)

Pmed = M
CURVA HIPSOMETRICA
Representación gráfica 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. (RH=As/Ai= 1 )EQUEILIBRIO
La altura o elevación media tiene
importancia principalmente en zonas
montañosas       donde     influye   en    el
escurrimiento y en otros elementos que
también afectan el régimen hidrológico,
como el tipo de precipitación, la
temperatura, etc. Para obtener la elevación
media se aplica un método basado en la
siguiente fórmula:

H= Σ (ci*ai)/A

Siendo:                                         Intervalo entre   Cota    Área entre   % del   %de área    (ci+ai)
H elevación media de la cuenca                  curvas de nivel   Media    curvas      Área    acumulado
                                                     (m)           (m)       KM²       Total
Ci cota media del área i, delimitada por 2
curvas de nivel
ai área i entre curvas de nivel
A área total de la cuenca
BIBLIOGRAFÍA

• Segerrer, Carlos, Villodas, Rubén, Hidrología,
  Universidad Nacional del Cuyo, Perú, 2007.

• Monsalve Sáenz, Germán, Hidrología en la
  ingeniería, Escuela Colombiana de Ingeniería,
  Bogotá, 2002.

• http://cgat.webs.upv.es/images/5a.jpg
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Cuencas hidrograficas tema ii

  • 1. UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR FACULTAD DE INGENIERIA HIDROLOGÍA PROFESOR: JIM JAMES RODRÍGUEZ DÍAZ ING. AMBIENTAL CANDIDATO A Msc. EN CIENCIAS DEL AMBIENTE
  • 2. RELACIÓN ENTRE LOS ELEMENTOS FÍSICO- GEOGRÁFICOS Y LOS ELEMENTOS HIDROLÓGICOS • Cuenca: Área limitada por el contorno en el interior del cual el agua precipitada escurre sobre la superficie, se concentra y pasa por un punto determinado del cauce. • Los factores que intervienen en el estudio de una cuenca son muy diversos: topografía, geología, edafología, climatología, hidrología, vegetación, etc. • Los sistemas de drenaje están íntimamente relacionados con los asentamientos humanos y los desarrollos agrícolas, ganaderos e industriales. • La red de canales fluviales que recogen el agua superficial y de las vertientes que tributan en ellos, se conoce como sistema de drenaje. Sus límites están constituidos por las divisorias de aguas, por lo tanto, la cuenca es la totalidad del área o superficie que cubre el sistema de drenaje. • Cada cuenca posee propiedades físicas, químicas y biológicas que dan como resultado un único conjunto de propiedades hidrológicas. Las características morfométricas y la estimación de las variables que definen el comportamiento hidrológico de una cuenca sirven de referencia en la interpretación del paisaje.
  • 4. PARÁMETROS MORFOMÉTRICOS Perímetro: El perímetro (P) es la longitud del límite exterior de la cuenca y depende de la superficie y la forma de la cuenca. Medido por un Curvímetro. Área de la cuenca, delimitada por la divisoria de aguas. En función de la superficie pueden clasificarse en: Área ≤100 km² , cuenca pequeña 100 km2 < Área ≤2000 km² , cuenca mediana Área > 2000 km² , cuenca grande SUPERFICIE DE KM² ESCALA A≤100 1:25.000 100<A≤1.000 1:50.000 1.000<A≤5.000 1:100.000 5.000<A≤10.000 1:250.000 A>10.000 1:500.000
  • 5. Instrumentos de medida: Planímetros, Papel milimetrado, Software (SIG, CAD).
  • 6. SIG: HERRAMIENTAS PARA LA GESTIÓN INTEGRADA DE CUENCAS HIDROGRÁFICAS
  • 7. LONGITUD DEL CAUCE PRINCIPAL. Cota del punto más alto de la cuenca principal. Cota del punto más alto de la cuenca (Hmax.) Cota de sección de control (menor de la cuenca. Hmin.)
  • 8. FORMA DE LA CUENCA: La cual tiene influencia en el tiempo de concentración de las aguas al punto de salida y por lo tanto modifica la configuración del hidrograma. Para una misma superficie y una misma tormenta, el hidrograma de salida de una cuenca, Q = f (t), redondeada es muy diferente al de una cuenca alargada. Esto nos lleva a definir índices de forma: El índice de compacidad o de Gravelius: es la relación entre el perímetro de la cuenca y el de un círculo de área equivalente. Permite cuantificar la forma de la cuenca a partir de su formulación: Ic = P/Po Donde A = Ao = л*r²; Po = 2 л*r Po= 2(A* л)½ Ic= P/2(A* л)½ = 0.282* P/A½ Donde P representa el perímetro de la cuenca Po perímetro del círculo y A la superficie. El índice de compacidad es mayor a uno y valores altos indican cuencas más alargadas e hidrogramas mas achatados. Factor de forma: F= A/L² donde L= longitud de la cuenca. F=0.79 Para un circulo. F=1.00 para un cuadrado, con salida en el punto medio de sus lados. F=0.50 para un cuadrado, con salida en un vértice.
  • 9. TIEMPO DE CONCENTRACIÓN: Tiempo requerido para que durante una lluvia o aguacero uniforme alcance el estado estacionario (tiempo de contribución eficaz de todo el sistema a la generación de flujo en el desagüe).
  • 10. PARÁMETROS MORFOLÓGICOS RELIEVE Y ALTITUD DE LA CUENCA La influencia del relieve sobre la respuesta hidrológica de la cuenca es importante, puesto que a mayores pendientes corresponden mayores velocidades del agua en las corrientes y menor será el tiempo de concentración de la cuenca. La Relación de Relieve (Rr) Esta en función de la longitud de la cuenca (L) y de la diferencia de altura entre la salida de la cuenca y el punto más alto en la divisoria de la cuenca (h) : Rr = h/L
  • 11. PARÁMETROS HIDROLÓGICOS Leyes de Horton (1945) Composición de la Red de Drenaje 1. Los segmentos que se originan en un nudo externo son definidos como tramos de primer orden. Los segmentos que están unidos a una fuente (los que no tienen tributarios), son definidos como de primer orden. 2. Cuando se unen dos corrientes de orden Ni crean una corriente de orden Ni+1. 3. Cuando a una corriente se le une otra de menor orden, la primera continúa y conserva su número de orden. 4. El orden de la cuenca, N, es el de la corriente de mayor orden.
  • 13. RELACIÓN DE BIFURCACIÓN Y • Horton encontró empíricamente que la relación de bifurcación RB o relación del LONGUITUDES número Ni de canales de orden i y el número Ni+1 de canales de orden i+1, es relativamente constante de un orden a otro. Esta es la ley de Horton de números de ríos. • Rb= Ni/Ni+1; I= 1,2…….., I-1 El valor teórico mínimo para la relación de bifurcación es 2 y los valores se localizan típicamente en el rango 3-5 (Strahler, 1964). • El promedio de longitud de los ríos de cada orden, Li, puede calcularse midiendo la longitud de cada una de las corrientes. Horton propuso la ley de longitudes de río en la cual las longitudes promedio de ríos de órdenes sucesivos están relacionados por medio de la relación de longitud RL. RL= Li+1/Li INVESTIGAR: La ley de Relación de Áreas de corrientes
  • 14. LA DENSIDAD DE DRENAJE Es la relación de la longitud total de canales en una cuenca con respecto a su área. Donde Lij es la longitud del río j-ésimo de orden i. La densidad de drenaje indica la red de drenaje por unidad de superficie y suele utilizarse como complemento de los índices de pendiente y compacidad a efectos de escorrentía superficial. Una densidad alta refleja una cuenca muy bien drenada que debería responder relativamente rápido al influjo de la precipitación, refleja generalmente áreas con suelos fácilmente erosionables o relativamente impermeables, con pendientes fuertes y escasa cobertura vegetal; una cuenca con baja densidad refleja un área pobremente drenada con respuesta hidrológica muy lenta, ocurren en sitios donde los materiales del suelo son resistentes a la erosión o muy permeables y donde el relieve es bajo
  • 15. LA PENDIENTE MEDIA DEL CAUCE Se calcula conociendo las cotas mayor y menor de la cuenca y la longitud del cauce principal Lc Pmc= (Hmayor-Hmenor)/ Lc
  • 16. Medida de la pendiente de una cuenca Escala 1:25000 Curvas: 1) 620; 2) 600; 3) 580; 4) 560 msnm 1. Medida de la pendiente en sentido vertical a) Contamos los puntos de intersección de las líneas verticales con cualquier curva de nivel. En este ejemplo son 22 (sólo las intersecciones que se encuentran dentro de la cuenca) b) Medimos la longitud de los tramos verticales de la rejilla dentro de los límites de la cuenca (en verde en el dibujo). En nuestro ejemplo, suman Y m, medidos de acuerdo con la escala gráfica a la que está el mapa. Aplicamos la siguiente fórmula: Pvert.= n*e/ Σlvert Donde: n = número de intersecciones e =equidistancia entre curvas de nivel (metros) Σlvert = suma de las longitudes de las verticales de la cuadrícula (metros) Con nuestros datos: Pvert.= 21*20m/Ym Pvert.= Z
  • 17. MEDIDA DE LA PENDIENTE DE UNA CUENCA Medida de la pendiente en sentido horizontal Hacemos los mismos con las líneas horizontales. Contamos 6 intersecciones con las líneas horizontales, y las longitudes de dichas horizontales suman X m Phor.= 8*20m/Xm Phor= W 3. Cálculo de la pendiente de la cuenca Hacemos simplemente la media de las dos anteriores ( que en este ejemplo son curiosamente similares): Pmed.= (Pvert + Phor)/2 Pmed = (Z+W/2) Pmed = M
  • 18. CURVA HIPSOMETRICA Representación gráfica 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. (RH=As/Ai= 1 )EQUEILIBRIO La altura o elevación media tiene importancia principalmente en zonas montañosas donde influye en el escurrimiento y en otros elementos que también afectan el régimen hidrológico, como el tipo de precipitación, la temperatura, etc. Para obtener la elevación media se aplica un método basado en la siguiente fórmula: H= Σ (ci*ai)/A Siendo: Intervalo entre Cota Área entre % del %de área (ci+ai) H elevación media de la cuenca curvas de nivel Media curvas Área acumulado (m) (m) KM² Total Ci cota media del área i, delimitada por 2 curvas de nivel ai área i entre curvas de nivel A área total de la cuenca
  • 19. BIBLIOGRAFÍA • Segerrer, Carlos, Villodas, Rubén, Hidrología, Universidad Nacional del Cuyo, Perú, 2007. • Monsalve Sáenz, Germán, Hidrología en la ingeniería, Escuela Colombiana de Ingeniería, Bogotá, 2002. • http://cgat.webs.upv.es/images/5a.jpg