Sesión N°03.pdf

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PARAMETROS
GEOMORFOLOGICOS
DE UNA CUENCA
CURSO : HIDROLOGIA AMBIENTAL
SESION N° 03
Docente : Msc. Ing. BRUNO REYESA.
www.usat.edu.pe
 Identificar los parámetros de forma , como el
índice de gravelius , factor de forma y rectángulo
equivalente
 Comprender los parámetros de relieve como la
pendiente media de la cuenca aplicando los
métodos de albord , Horton y rectángulo
equivalente .
 Distinguir y analizar los parámetros de red
hidrográficas deuna cuenca
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OBJETIVOS
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 PARAMETROS GEOMORFOLOGICOS
 PARAMETROS DE FORMA
 PARAMETROS DE RELIEVE
 PARAMETROS DE RED HIDROGRAFICA
 COEFICIENTE DE GRAVELIUS
 FACTOR DE FORMA
 CURVAS HIPSOMETRICAS
 PENDIENTE
METODO DE ALBORD
METODO DE HORTON
LISTA DE CONTENIDO
Parámetros geomorfológicos
de áreas de drenaje
EXPERIENCIA CURRICULAR : HIDROLOGIA AMBIENTAL (SESION N° 03 )
La geomorfología de una cuenca queda definida por su forma,
relieve y drenaje, para lo cual se han establecido una serie de
parámetros, que a través de ecuaciones matemáticas, sirven de
referencia para la clasificación y comparación de cuencas. Para un
mejor estudio de las cuencas se han establecido los siguientes
parámetros:
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I
-
Parámetros
Geométricos
EXPERIENCIA CURRICULAR : HIDROLOGIA AMBIENTAL (SESION N° 03 )
1.1. Área (A) :
Es el área plana en proyección horizontal, de forma muy irregular, obtenida después de
delimitar la cuenca; se reporta en kilómetros cuadrados, excepto las microcuencas
pequeñas que se expresan en hectáreas.
En la actualidad existen gran variedad de programas que nos permiten determinar con
mayor precisión longitudes y superficies de las cuencas. Entre los paquetes
computacionales, se tienen:
 SIGs: I
L
W
IS, ARGIS, ID
RISI,E
T
C.
 CADs: AU
T
O CAD, LANDDESKT
OP, VECT
OR W
ORK, E
T
C.
EXPERIENCIA CURRICULAR : HIDROLOGIA AMBIENTAL (SESION N° 03)
1.2. PERI
METRO DE LA CUENCA (P) :
Es el borde del contorno (limite exterior) de la forma irregular de la cuenca
proyectada en un plano horizontal, obtenida una vez delimitada la cuenca,
para calcularlo se puede usar los mismos paquetes computacionales que para
el área.
I
I
- Parámetros de Forma
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Dada la importancia de la configuración de las cuencas,
se trata de cuantificar parámetros por medio de índices o
coeficientes, los cuales relacionan el movimiento del agua
y las respuestas de la cuenca a tal movimiento
(hidrogramas).
DEFINICION
2.1. Índice de compacidad o Coeficiente de Gravelius (Kc)
Es el cociente que existe entre el perímetro de la cuenca(REAL), respecto al
perímetro equivalente de una circunferencia , que tiene la misma área de la
cuenca.
Ic = Perímetro de la cuenca / perímetro de un circulo de igual área
= = = 0.282
2 ∗ ∗
Si:
Ic = 1 la cuenca es de forma circular. Este coeficiente nos dará luces sobre la
escorrentía y la forma del hidrograma resultante de una determinada lluvia caída
sobre la cuenca.
Ic >1 , las cuencas de forma alargada , reducen las probabilidades de que sean
cubiertas en su totalidad por una tormenta , lo que afecta el tipo de respuesta
que se presentaen el rio.
EXPERIENCIA CURRICULAR : HIDROLOGIA AMBIENTAL (SESION N° 03) EXPERIENCIA CURRICULAR : HIDROLOGIA AMBIENTAL (SESION N° 03)
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2.2. Factor de Forma ( )
=
Fue definidopor Hartón, como el cociente entre el ancho promedio de la
c uenca y su longitud del c auc e princ ipal:
=
Ancho promedio de la c uenc a:
Donde:
B=Anc ho promedio de la c uenc a,( )
A =Área de la cuenca,( 2)
Lc =Longitud de la cuenca, que se define como la distancia entre la salida y
el punto más alejado, cercano a la cabecera del cauce principal, medida
en línearecta.
Si una cuenca tiene un F mayor que otra ( Tal como en el caso de F2 en la
figura. 2.10) y tendencia mas cercana a 1 ; existe mayor posibilidad de
tener una tormenta intensa simultanea , sobre toda la extensión de la
cuenca .
Por el contrario , si la cuenca tiene un F menor ( tendencia mas cercana a
cero) , tiene menos tendencia a concentrar las intensidades de lluvias , que
una cuenca de igual área pero con un F mayor.
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Tabla 1-1. Rangos aproximados del Factor de Forma
Factor de forma (valores aproximados) Forma de la cuenca
<0.22 Muy alargada
0.22 a 0.30 Alargada
0.30 a 0.37 Ligeramente alargada
0.37 a 0.45 Ni alargada ni ensanchada
0.45 a 0.60 Ligeramente ensanchada
0.60 a 0.80 Ensanchada
0.80 a 1.20 Muy ensanchada
>1.20 Rodeando el desagüe
Fuente: Pérez, 1979
2.3. Rectángulo equivalente o rectángulo de Gravelius :
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 (mismo índice de
compacidad), igual distribución de alturas (igual curva hipsométrica), e
igual distribución de terreno, etc. En este rectángulo, las curvas de nivel se
convierten en rectas paralelas al lado menor, siendo estos lados, la
primera y últimacurva de nivel (ver figura Adjunta)
2.3.1.Cálculo de los lados l y Ldel rectángulo
El rectángulo equivalente es lógicamente una transformación puramente geométrica de
la cuenca en un rectángulo de igual perímetro, convirtiéndose las curvas de nivel en
rectas paralelas al lado menor, siendo éstos la primera y la última curva de nivel. Si L y l, son
respectivamente los lados mayor y menor del rectángulo equivalente a P y A, el perímetro
y el tamaño de la cuenca, en Km y Km2 respectivamente, entonces se tiene:
Área:
Perímetro:
A=
L x l
P= 2 x ( L +l )
El índice de Gravelious (Índice de Compacidad) es : = 0.282( )
Sustituyendo A y P en la ecuación (11) y despejando se obtienen:
.
= [ + − ( )
.
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=
.
[ − − (
.
) ]
Dónde:
L =Longitud del lado mayordel rectángulo
l =longitud del lado menor del rectángulo
Ic =Índice de Compacidad o de Gravelious
A =Área de la cuenca
P =Perímetro de la cuenca
En el caso de dos cuencas con rectángulos equivalentes similares, se admite que poseen
un comportamiento hidrológico análogo siempre que posean igual clima y que el tipo y
la distribución de sus suelos, de su vegetación y de su red de drenaje sean comparables.
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I
I
I- Parámetros de
Relieve
Para describir el relieve de una cuenca existen numerosos
parámetros que han sido desarrollados por varios autores;
entre los más utilizados son: pendiente de la cuenca, índice
de pendiente, curvas Hipsométricas , etc.
DEFINICION
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3.1. Pendiente media de la cuenca
La pendiente media constituye un elemento importante en el efecto del agua al
caer a la superficie,por la velocidad que adquiere y la erosión que produce.
La pendiente media de la cuenca tiene una importante pero compleja relación
con la infiltración, el escurrimiento superficial, la humedad del suelo y la
contribución del agua subterránea al flujo en los cauces. Es uno de los factores
físicos que controlan el tiempo del flujo sobre el terreno y tiene influencia directa
en la magnitud de lasavenidaso c recidas.
Existen diversos criterios para evaluar la pendiente media de una cuenca, entre
las que se destacan son: criteriode Albord y criteriode Horton.
3.1.1. Criterio de Alvord :
Analiza la pendiente existente entre curvas de nivel, trabajando con la faja definida
por las líneas medias que pasan entre las curvas de nivel, Para una de ellas la
pendiente es (Fig. 1)
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3.1.2. Criterio de Horton:
Consiste en trazar una malla de
cuadrados sobre la proyección
planimetríca de la cuenca
orientándola según la dirección
de la c orriente principal.
Si se trata de una cuenca
pequeña ( < 250 km2 ), la malla
llevara al menos cuatro (5)
c uadradosporlado
Si se trata de una cuenca de
mayor tamaño (> 250 km2 ) ,
deberá llevar mas cuadrados por
lado para mejorarla precisión.
La pendiente de la cuenca en cada dirección de la malla se calcula de la
siguiente manera :
3.1.3. Pendiente media ( Rectángulo Equivalente):
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3.1.4. Clasificación de Pendientes en una cuenca
El valor de la pendiente permite c lasificar el relieve o topografía del
terreno según la tabla 1 (propuesto porR. Heras):
3.2. Curva Hipsométrica
Es la representación gráfica del relieve de una cuenca; es decir la curva
hipsométrica indica el porcentaje de área de la cuenca o superficie de la cuenca
en Km2 que existe por encima de una cota determinada, representado en
coordenadas rectangulares.
3.2.1. Construcción de Curva Hipsométrica
Para construir la curva hipsométrica se utiliza un mapa con curvas de nivel, el
proceso es como sigue:
 Se marcan subáreas de la cuenca siguiendo las curvas de nivel, por ejemplo de
100 en 100 m.
 Con el planímetro ó software adecuado (AutoCAD, Idrisi, Ilwis, Arc Gis, etc), se
determinan las áreas parciales de esos contornos.
IV- Parámetros de Red
Hidrográfica
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La red hidrográfica corresponde al drenaje natural,
permanente o temporal, por el que fluyen las aguas de los
escurrimientos superficialesy subterráneos de la cuenca.
DEFINICION
LA RED DE DRENAJE DE UNA CUENCA
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.
LA CLASIFICACION DE LAS CORRIENTES
Todas las corrientes pueden dividirse en tres clases generales dependiendo del
tipo de escurrimiento, el cual está relacionado con las características físicas y
condiciones climáticas de la cuenca. Así, una corriente puede ser efímera,
intermitente o perenne.
- Una 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 lluvias; su aporte cesa cuando el nivel freático
desciende por debajo del fondo del cauce.
-La corriente perenne, contiene agua todo el tiempo, ya que aún en época de
sequía es abastecida
4.1. Número de Orden de un Cauce :
Permite tener un mejor conocimiento de la complejidad y desarrollo del sistema de drenaje
de la cuenca . Es un número que refleja el grado de ramificación o jerarquización de la red
de drenaje. Existen diversos criterios para el ordenamiento de los cauces de la red de
drenaje en una cuenca hidrográfica; según:
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4.1.1. El sistema de Horton: Este sistema comprende:
 Los cauces de primer orden (1) son aquellos que no poseen tributarios.
 Los cauces de segundo orden (2) tienen afluentes de primer orden.
Los cauces de tercer orden (3) reciben influencia de cauces de segundo orden,
pudiendorecibir directamente cauces de primer orden.
 Un canal de orden n puede recibir tributarios de orden n-1 hasta 1.
 Esto implica atribuir mayor orden al río principal, considerando esta designación en
toda su longitud, desde la salida de la cuenca hasta sus nacientes.
4.1.2. El sistema de Strahler
:
El Método de Strahler (1952),
es muy parecido al de Horton,
con la diferencia de que en el
esquema de Strahler, un mismo
río puede tener segmentos de
distinto orden a lo largo de su
curso, en función
afluentes que llegan
orden
cuando
de los
en cada
no se
a un
tramo. El
incrementa
segmentode un determina-do
confluye uno de orden
orden
menor.
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4.3. Tiempo de Concentración (Tc):
DEFINICION : Es el tiempo necesario para que todo el sistema (toda la cuenca) ,
contribuya eficazmente a la generación de flujo en el desagüe.
 Comúnmente el tiempo de concentración se define como, el tiempo que tarda una partícula de
agua caída en el punto más alejado de la cuenca hasta la salida del desagüe. Además, debe
tenerse en claro que el tiempo de concentración de una cuenca no es constante.
 Según Marco y Reyes (1992) indican que aunque muy ligeramente depende, de la
intensidad y la precipitación. Por tener el concepto de tiempo de concentración una cierta base
física, han sido numerosos los autores que han obtenido formulaciones del mismo, a partir de
características morfológicas y geométricas de la cuenca.
 A continuación, se muestran algunas de esas fórmulas empíricas de la cuenca o
microcuenca para su aplicación :
Kirpich = . ( ) .
Temez = . ( .
) .
Dónde:
Tc = Tiempode concentración(hr)
(Lp o L) = Longitud del curso o cauce
principal(Km)
(Sp o S)= Pendiente de media de la
cuenca y/o microcuenca(m/m)
0 . 2 5 


0 . 7 6



S
L
T c  0 . 3
Método de Cuerpo de Ingenieros de los EE.
UU, (U.S. Corp. Engineers)
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4.5. Pendiente del Cauce Principal (Sm):
DEFINICION : Se pueden definir varias pendientes del cauce principal, la pendiente
media, la pendiente media ponderada y la pendiente equivalente.
La pendiente media (Sm): relación entre la altura total del cauce principal (cota
máxima, Hmáx menos cota mínima, Hmín) y la longitud del mismo, L
= ( − )Τ
4.6. Clasificación de la Pendiente del Cauce Principal:
DEFINICION : La pendiente del cauce principal se relaciona con las características
hidráulicas del escurrimiento, en particular con la velocidad de propagación
de las ondas de avenida y con la capacidad para el transporte de sedimentos.
De acuerdo al valor de la pendiente, se puede clasificar la topografía del terreno
de la siguiente manera (propuesto por R. Heras)pendiente de la hipotenusa de un
triángulo cuyo vértice se encuentra
Pendiente (%) Tipo de terreno
2 Plano
5 Suave
10 Accidentado medio
15 Accidentado
25 Fuertemente accidentado
50 Escarpado
>50 Muy escarpado
Tabla: Clasificación de pendiente en el cauce principal
Fuente: R Heras
PREGUNTAS
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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
1. Villon Bejar, M. (2002) Hidrología
2. Chávez Díaz, R. (1994) Hidrologíapara ingenieros
3. https://www.youtube.com/watch?v=4EMcQ5uN1iA
4. https://www.youtube.com/watch?v=fc9cDOxu4ZE
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