Cuencas

UNIVERSIDAD PRIVADAANTENOR
ORREGO
Tema : Ciclo Hidrológico
Mg. Ing. Rodolfo Ramal Montejo

El ciclo hidrológico, es un modelo conceptual que
describe el almacenamiento y movimiento del agua
entre la Biosfera, Atmósfera, Litosfera, Hidrosfera, lo
que se denomina Sistema Climático

CICLO HIDROLÓGICO
El ciclo hidrológico
o ciclo del agua
Es el proceso de circulación del agua entre los
distintos compartimientos de la hidrósfera. Se trata
de un ciclo biogeoquímico en el que hay una
intervención mínima de reacciones químicas, y el
agua solamente se traslada de unos lugares a otros
o cambia de estado físico.

El ciclo hidrológico es un fenómeno global de
circulación del agua entre la superficie terrestre y la
atmósfera, impulsado fundamentalmente por la
energía solar asociada a la gravedad y la rotación
terrestre. Es el foco central de la hidrología, no tiene
principio ni fin y sus diversos procesos ocurren en
forma continua.

o El agua de la hidrósfera procede de la desfragmentación
del metano, donde tiene una presencia significativa, por
los procesos del vulcanismo. Una parte del agua puede
reincorporarse al manto con los sedimentos oceánicos de
los que forma parte cuando éstos acompañan a la
litósfera.
o La mayor parte de la masa del agua se encuentra en
forma líquida, sobre todo en los océanos y mares y en
menor medida en forma de agua subterránea o de agua
superficial por ejemplo ríos y arroyos.

o El segundo compartimento por su importancia es el del agua
acumulada como hielo sobre todo en los casquetes
glaciares antártico y groenlandés, con una participación pequeña de
los glaciares de montaña, sobre todo de las latitudes altas y medias, y
de la banquisa. Por último, una fracción menor está presente en
la atmósfera como vapor o en estado gaseoso, como nubes. Esta
fracción atmosférica es sin embargo muy importante para el
intercambio entre compartimentos y para la circulación horizontal
del agua, de manera que se asegura un suministro permanente a las
regiones de la superficie continental alejadas de los depósitos
principales.

CICLO DEL AGUA
El agua existe en la Tierra
en tres estados: solido (hielo, nieve) , gas (vapor de agua),
liquido, (océanos, ríos y lluvia),los cuales están en
constante cambio. El agua de la superficie se evapora, el
agua de las nubes precipita, la lluvia se filtra por
la tierra, etc. Sin embargo, la cantidad total de agua en el
planeta no cambia. La circulación y conservación de
agua en la Tierra se llama ciclo hidrológico, o ciclo del
agua.

Cuando se formó, hace aproximadamente cuatro mil
quinientos millones de años, la Tierra ya tenía en su
interior vapor de agua. En un principio, era una
enorme bola en constante fusión con cientos
de volcanes activos en su superficie. El magma,
cargado de gases con vapor de agua, emergió a la
superficie gracias a las constantes erupciones. Luego la
Tierra se enfrió, el vapor de agua se condensó y cayó
nuevamente al suelo en forma de lluvia.

El ciclo hidrológico comienza con la evaporación del agua
desde la superficie del océano. A medida que se eleva,
el aire humedecido se enfría y el vapor se transforma en
agua: es la condensación. Las gotas se juntan y forman
una nube. Luego, caen por su propio peso: es
la precipitación. Si en la atmósfera hace mucho frío, el
agua cae como nieve o granizo. Si es más cálida, caerán
gotas de lluvia.

Una parte del agua que
llega a la superficie
terrestre será
aprovechada por los seres
vivos; otra escurrirá por
el terreno hasta llegar a
un río, un lago o el
océano. A este fenómeno
se le conoce
como escorrentía. Otro
porcentaje del agua se
filtrará a través del suelo,
formando capas de agua
subterránea, conocidas
como acuíferos.

FASES DEL
CICLO DEL AGUA
El ciclo del agua tiene una
interacción constante con
el ecosistema debido a que los
seres vivos dependen de este
elemento para sobrevivir y a su
vez ayudan al funcionamiento
del mismo. Por su parte, el ciclo
hidrológico presenta cierta
dependencia de una atmósfera
poco contaminada y de un
cierto grado de pureza del agua
para su desarrollo convencional,
ya que de otra manera el ciclo se
entorpecería por el cambio en
los tiempos de evaporación,
condensación, etc.
:

Los principales procesos implicados
en el ciclo del agua son

1º Evaporación: El agua se evapora en la superficie
oceánica, sobre la superficie terrestre y también por los %
al agua que se incorpora a la atmósfera. En el mismo
capítulo podemos situar la sublimación,
cuantitativamente muy poco importante, que ocurre en
la superficie helada de los glaciares o la banquisa.
Organismos, en el fenómeno de la
transpiración en plantas y sudoración en animales. Los
seres vivos, especialmente las plantas, contribuyen con
un 10
2º Condensación: El agua en forma de vapor sube y se
condensa formando las nubes, constituidas por agua en
pequeñas gotas.

•3º Precipitación: Se produce cuando las gotas de agua que
forman las nubes se enfrían acelerándose la condensación y
uniéndose las gotitas de agua para formar gotas mayores que
terminan por precipitarse a la superficie terrestre en razón a su
mayor peso. La precipitación puede ser sólida (nieve o granizo) o
líquida (lluvia).
•4º Infiltración: Ocurre cuando el agua que alcanza el suelo,
penetra a través de sus poros y pasa a ser subterránea. La
proporción de agua que se infiltra y la que circula en superficie
(escorrentía) depende de la permeabilidad del sustrato, de la
pendiente y de la cobertura vegetal. Parte del agua infiltrada
vuelve a la atmósfera por evaporación o, más aún, por la
transpiración de las plantas, que la extraen con raíces más o
menos extensas y profundas. Otra parte se incorpora a los
acuíferos, niveles que contienen agua estancada o circulante.
Parte del agua subterránea alcanza la superficie allí donde los
acuíferos, por las circunstancias topográficas, intersecan (es
decir, cortan) la superficie del terreno.

ESTE TÉRMINO SE
REFIERE A LOS
DIVERSOS MEDIOS
POR LOS QUE EL AGUA
LÍQUIDA SE DESLIZA
CUESTA ABAJO POR LA
SUPERFICIE DEL
TERRENO.
5.Escorrentía

6º circulación subterránea : Se produce a favor
de la gravedad, como la escorrentía superficial, de
la que se puede considerar una versión. Se
presenta en dos modalidades:
Primero, la que se da en la zona vadosa,
especialmente en rocas karstificadas, como son a
menudo las calizas, y es una circulación siempre
pendiente abajo.

7º Fusión: Este cambio de estado se
produce cuando la nieve pasa a estado
líquido al producirse el deshielo.

8º Solidificación: Al disminuir la temperatura en el
interior de una nube por debajo de 0° C, el vapor de agua
o el agua misma se congelan, precipitándose en forma de
nieve o granizo, siendo la principal diferencia entre los
dos conceptos que en el caso de la nieve se trata de una
solidificación del agua de la nube que se presenta por lo
general a baja altura.

Al irse congelando la humedad y las pequeñas gotas
de agua de la nube, se forman copos de nieve,
cristales de hielo polimórficos (es decir, que adoptan
numerosas formas visibles al microscopio), mientras
que en el caso del granizo, es el ascenso rápido de las
gotas de agua que forman una nube lo que da origen
a la formación de hielo, el cual va formando el
granizo y aumentando de tamaño con ese ascenso.

Y cuando sobre la superficie del mar se
produce una manga de agua (especie de
tornado que se produce sobre la superficie del
mar cuando está muy caldeada por el sol) este
hielo se origina en el ascenso de agua por
adherencia del vapor y agua al núcleo
congelado de las grandes gotas de agua. El
proceso se repite desde el inicio,
consecutivamente por lo que nunca se
termina, ni se agota el agua.

Energía del agua
 El ciclo del agua emite una gran cantidad de energía, la cual
procede de la que aporta la insolación. La evaporación es debida al
calentamiento solar y animada por la circulación atmosférica, que
renueva las masas de aire y que es a su vez debida a diferencias de
temperatura igualmente dependientes de la insolación. Los
cambios de estado del agua requieren o disipan mucha energía, por
el elevado valor que toman el calor latente de fusión y el calor
latente de vaporización. Así, esos cambios de estado contribuyen al
calentamiento o enfriamiento de las masas de aire, y al transporte
neto de calor desde las latitudes tropicales o templadas hacia las
frías y polares, gracias al cual es más suave en conjunto el clima.

Balance del agua
Si despreciamos las pérdidas y las ganancias
debidas al vulcanismo y a la subducción, el balance
total es cero. Pero si nos fijamos en los océanos, se
comprueba que este balance es negativo; se
evapora más de lo que precipita en ellos. Y en los
continentes hay un superávit; es decir que se
precipita más de lo que se evapora. Estos déficit y
superávit se compensan con las escorrentías,
superficial y subterránea, que vierten agua del
continente al mar.

Efectos químicos del agua
El agua, al desplazarse a través del ciclo hidrológico,
transporta sólidos y gases en disolución. El carbono,
el nitrógeno y el azufre, elementos todos ellos
importantes para los organismos vivientes,
son volátiles y solubles, y por lo tanto, pueden
desplazarse por la atmósfera y realizar ciclos
completos, semejantes al ciclo del agua.
La lluvia que cae sobre la superficie del terreno
contiene ciertos gases y sólidos en disolución. El agua
que pasa a través de la zona insaturada de humedad del
suelo recoge dióxido de carbono del aire y del suelo y
de ese modo aumenta de acidez. Esta agua ácida, al
llegar en contacto con partículas de suelo o roca madre,
disuelve algunas sales minerales. Si el suelo

Morfometría de Cuencas
Parámetros del área, perímetro y Longitud axial de la
cuenca.

Procedimiento para delimitar una cuenca
 Obtener una carta nacional, trabajar sobre ella o sobre un papel
transparente.
 Establecer el punto de interés sobre el cual se definirá una cuenca, sub
cuenca o micro cuenca ( la desembocadura o confluencia del río).
 Trazar con lápiz azul, la red de drenaje principal y los tributarios.
 Identificar en los extremos de la red los puntos mas altos (mayor cota)
cerros, colinas o montañas. Marcas esas referencias de color rojo.
 Con la red de drenaje, los puntos de referencias más elevados en el
contorno de la cuenca, se procede a marcar con color rojo las divisorias
de las aguas.
 Para identificar la divisoria de las aguas, tener en cuenta el valor de las
curvas de nivel y cuando ellas indican el drenaje dentro o fuera de la
cuenca.

Procedimiento para delimitar una cuenca
Tomar en consideración algunas referencias: cuando curvas
del mismo valor están muy juntas, significan una gran
pendiente, pero si están separadas significan tierras planas.
Curvas de forma cóncava hacia arriba y valores ascendentes
significan un curso de agua. Curvas de forma convexa hacia
arriba y valores ascendentes significan un cerro o una
montaña.
Como producto final se obtiene la cuenca delimitada, la red
de drenaje y se puede repetir el procedimiento a través de
sub cuencas y micro cuencas.

Cálculo del área de una cuenca

Planímetro
Es un instrumento integrador, por medio del cual se
puede determinar el área de una figura de forma
irregular.
Para esto, basta con recorrer el perímetro de dicha
figura, mediante una lupa de que está dotado el
planímetro, el movimiento de la lupa es transmitido
a un tambor graduado, siendo el área de la figura
proporcional al número de revoluciones del tambor,
expresadas en unidades de vernier.

Procedimiento para calcular el área de una
cuenca usando el planímetro
1. Colocar el trazador, en un punto cualquiera del perímetro de la figura
a calcular su área.
2. Leer en el cuerpo del planímetro, las unidades de vernier iniciales
(UVi).
3. Desplazar el trazador por el perímetro de la figura, siguiendo el
sentido horario, hasta llegar al punto de inicio.
4. Leer en el cuerpo del planímetro las unidades de vernier finales
(UVf).
5. Calcular las unidades de vernier, correspondiente al área a calcular
UV:

Procedimiento para calcular el área de una cuenca usando el
planímetro
6. Repetir el proceso unas tres veces, y calcular para cada una de ellos
las unidades de vernier ( UV1, UV2, UV3). Verificar que estos tres
valores sean parecidos: si uno de los valores de las unidades de
vernier, es muy diferente a los otros, se puede descartar.
7. Calcular las unidades de vernier UVc que corresponde a la cuenca
8. Dibujar una figura conocida( por ejemplo en rectángulo). Calcular sus
unidades de vernier Uvf, siguiendo el proceso indicado, y por
procedimiento geométrico calcular su área Af.
9. Aplicar la regla de tres simple

Procedimiento para calcular el área de una
cuenca usando el planímetro
Donde:
Ac: área de la cuenca a calcular
Af: área de la figura calculada geométricamente
UVc: unidades de vernier de la cuenca
UVf: unidades de vernier de la figura

Por relación de pesos
1. Dibujar la cuenca sobre una cartulina que tenga una densidad uniforme, cuya
área a calcular es Ac.
2. Dibujar con la misma escala, una figura geométrica conocida, cuya área que
se puede calcular geométricamente, es Af.
3. Recortar y pesar por separado las figuras. Obteniendo el peso Wc de la
cuenca y Wf peso de la figura.
4. Aplicar la regla de tres:
Af Wf
Ac Wc
Se donde se tiene:
Donde:
Ac: área de la cuenca a calcular.
Af: área de la figura calculada geométricamente
Wc: peso de la cuenca
Wf: peso de la figura

Perímetro de la cuenca
Se refiere al borde de la cuenca proyectada en un plano
horizontal, es de forma muy irregular, se obtiene después
de delimitar la cuenca.
Métodos de cálculo:
Uso del curvímetro
Uso de un mecate (hilo)

Uso del curvímetro
 El curvímetro es un instrumento que consta de una rueda móvil, y que
permite medir longitudes de forma muy irregular, como son perímetro
de una cuenca, longitudes del cauce de un río, sus tributarios, y
longitudes de las curvas de nivel.
 El uso del curvímetro para el cálculo del perímetro es muy similar al del
mecate, en vez de bordear el perímetro con un mecate, lo hacemos con
el curvímetro.

La Longitud Axial
La Longitud axial es la distancia en línea recta desde
el punto de aforo (punto de salida o desembocadura
del cauce principal) y el punto de la divisoria en
donde se proyectaría el nacimiento del cauce
principal (punto más alto de la cuenca).

Forma de la Cuenca
La forma de la cuenca influye en el tiempo de
concentración (tc) que equivale al tiempo que tarda
una gota de agua en moverse desde la parte más
alejada de la cuenca hasta su punto de aforo.

Coeficiente de compacidad (kc) o índice de Gravelius

Rectángulo equivalente
El rectángulo equivalente es una 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 o índice de Gravelious),
igual distribución de alturas, e igual distribución de
terreno, en cuanto a sus condiciones de cobertura. En
este rectángulo , las curvas de nivel se convierten en
rectas paralelas l lado menor, siendo estos lados, la
primera y última curva de nivel.

Con los resultados se dibuja el rectángulo de base l y
de altura L, después se hallan los cocientes:
L1 = A1/l, L2 = A2/l, ……, ln=An/ln

Ejercicio
Obtener el rectángulo equivalente:
A= 658 Km2
P= 142.50 Km

Índice de Pendiente
 El índice de pendiente, es una ponderación que se establece entre las
pendientes y el tramo recorrido por el río. Con este valor se puede
establecer el tipo de granulometría que se encuentra en el cauce.
Además expresa en cierto modo, el relieve de la cuenca. Se obtiene
utilizando el rectángulo equivalente, con la siguiente expresión:

Pendiente de la cuenca
La pendiente de una cuenca, es un parámetro muy
importante en el estudio de toda 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. Es
uno de los factores, que controla el tiempo de
escurrimiento y concentración de la lluvia en los
canales de drenaje y tiene una importancia directa en
relación a la magnitud de las crecidas.

Existen diversos criterios para evaluar la pendiente de
una cuenca, entre la que se pueden citar:
Criterio de Alvord
Criterio de Horton
Criterio de Nash
Criterio del rectángulo equivalente

Criterio de Alvord
Este criterio esta basado, en la obtención previa de las
pendientes existentes entre las curvas de nivel.
Dividiendo el área de la cuenca, en áreas parciales por
medio de sus curvas de nivel, y las líneas medias de las
curvas de nivel, se tiene la siguiente figura:

Criterio de Alvord
La pendiente de una porción del área de la cuenca es:

Criterio de Alvord
Si:
Luego: la pendiente ponderada de toda la cuenca es:
Sutituyendo: (Para D = cte)

Criterio de Alvord
Para el caso en que D, no sea constante(eso puede suceder en la parte más
alta y más baja de la cuenca). Se tiene:

Criterios del rectángulo equivalente
Con este criterio, para hallar la pendiente de la cuenca, se
toma la pendiente media del triangulo equivalente, es decir:
Este criterio, no proporciona un valor significativo de a
pendiente de la cuenca, pero puede tomarse como una
aproximación.

Perfil longitudinal del curso de agua
Si se plotea la proyección hoizontal de la longitud de
un cauce versus su altitud. Se obtiene el perfil
longitudinal del curso de agua.

Perfil longitudinal del curso de agua

Pendiente de un cauce
Método I: Pendiente Uniforme. Este método 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, es decir:
S = H/L

Método II: Compensación de áreas
Es una manera más real de evaluar la pendiente de un cauce,
es compensándola, es decir, 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),
respeto al perfil del cauce.

Método II: Compensación de áreas
Proceso de cálculo:
1.Trazar el perfil longitudinal del cauce.
2.Trazar una línea apoyada en el extremo final, y que divida el perfil
longitudinal en áreas por encima y por debajo de ella.
3.Calcular con un planímetro las áreas por encima (A1) y por debajo de la
línea (A2).
4.Si estas áreas son aproximadamente iguales, es decir A1 = A2, la línea
trazada representa la pendiente del cauce, sino repetir los pasos 2 y 3.

Método III. Ecuación de Taylor y Schwarz
 Este método, considera que un río está formado por n tramos de igual
longitud, cada uno de ellos con
 pendiente uniforme.

Por lo general, se espera en la práctica de que los tramos sean de
diferentes longitudes, en este caso, Taylor y Schwarz recomiendan utilizar
la siguiente ecuación:

Por lo general, se espera que en la práctica, de que los
tramos sean de diferentes longitudes, en este caso se
recomienda la siguiente expresión:

Red de drenaje
La red de drenaje de una cuenca, se refiere a las
trayectorias o al arreglo que guardan entre sí, los
cauces de las corrientes naturales dentro de ella. Es
otra característica importante en el estudio de una
cuenca, ya que manifiesta la eficiencia del sistema de
drenaje en el escurrimiento resultante, es decir la
rapidez con que desaloja la cantidad de agua que
recibe. La forma de drenaje, proporciona también
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 orden de las corrientes
Longitud de los tributarios
Densidad de corriente
Densidad de drenaje

Orden de las corrientes
Todas las corrientes pueden dividirse en tres clases generales.
Una corriente puede ser efímera, intermitente o perenne.
Corriente efímera: es aquella que solo lleva agua cuando llueve e
inmediatamente después.
Una corriente intermitente, lleva agua la mayor parte del tiempo, pero
principalmente en época de lluvia, 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 constantemente, pues el nivel freático siempre
permanece por arriba del fondo del cauce.

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