Escuela de Ingeniería Civil. Curso: Hidrología. Unidad de aprendizaje Cuencas Hidrográficas. Sesión 4 Ing: Efrain Ordinola Luna. Logros de la sesión Al finalizar la sesión, el estudiante será capaz de: Identificar los parámetros fisiográficos y red de drenaje en una cuenca hidrográfica. Resolver problemas de aplicación usando las ecuaciones utilizadas en clase. De manera de poder caracterizar la cuenca y evaluar su potencial hídrico. Recordando la clase anterior: Curva Hipsométrica Elevación (m) 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 20 40 60 % Área 80 100 120 ¿Qué es un perfil de un río, qué es un orden de cauce? 1 1 1 1 1 2 2 2 1 1 3 1 2 1 3 2 1 1 1 1 3 2 2 3 1 1 3 3 3 Punto de Drenaje UTILIDAD DEL TEMA Determinar los diversos factores fisiográficos de la cuenca nos permite establecer como se comporta ante precipitación y escurrimiento. Factores fisiográficos (características morfométricas) CARACTERÍSTICAS DE LA RED DE DRENAJE Red de drenaje y aspectos geomorfológicos La red de drenaje de una cuenca es un sistema interconectado de cauces, a través del cual, la precipitación que toca la superficie escurre, se infiltra y se mueve como flujo superficial, subsuperficial y subterráneo hacia las partes bajas de la misma. CLASIFICACIÓN DE LOS RÍOS A partir de su posición topográfica o edad geológica los ríos pueden clasificarse en: • Corriente joven o de montaña. Son aquellas corrientes que erosionan rápidamente las riberas, creando secciones en forma de “v”; no cuentan con planicie de inundación, o ésta es muy poco extensa. Las pendientes del cauce son pronunciadas y es común encontrar en su desarrollo cascadas, rápidos y pocos tributarios de longitudes pequeñas. • Corriente madura o de transición. El potencial erosivo disminuye, suavizando la pendiente del cauce y eliminando las cascadas y rápidos; las extensiones de las planicies de inundación son mucho mayores y se inicia la formación de meandros, alcanzando así sus profundidades máximas. • Corriente vieja o de planicie. El proceso de ensanchamiento de la planicie de inundación es más importante que el de la profundización, presentan numerosos meandros debido a las bajas velocidades del agua y su cauce se forma por arenas y finos. Pendiente media de la cuenca Es uno de los principales parámetros que caracterizan el relieve de la cuenca permitiendo hacer comparaciones entre cuencas y es importante para el escurrimiento. La pendiente media de la cuenca se puede obtener sencillamente multiplicando la longitud total de las curvas de nivel por el intervalo entre ellas y dividiendo entre el área de la cuenca. S Donde: S, pendiente media de la cuenca. D, separación entre curvas. L, longitud total de la curva de nivel correspondiente. A, área de la cuenca. D L A Ejemplo de aplicación Ejemplo: Dados los siguientes datos calcular la pendiente media de la cuenca Curvas de nivel (msnm) Longitud sobre el plano (L), (Km) Separación entre curvas (D), (msnm) 60 - - 200 40 140 400 45 200 600 47 200 800 52 200 1000 44 200 1200 25,5 200 1400 1,5 200 S 48600 m Km 318,7m / Km 152,5Km 2 Factores Fisiográficos: Red de Drenaje 1 1 1 1 1 2 2 2 Es un factor importante para determinar la naturaleza de los suelos y las condiciones de la superficie existente en la cuenca. 1 1 3 1 2 1 2 3 Orden de los Cauces: 1 1 1 1 Se toma en cuenta los tributarios (afluentes), donde el más pequeño se designa como orden 1, donde se juntan dos o más cauces de orden 1, se forma uno de orden 2 y así sucesivamente. 2 3 2 3 1 1 3 3 3 Punto de Drenaje Red de Drenaje: razón de bifurcación Este parámetro está basado en la Ley de Horton, la cual establece que el número de segmentos de cauces de cada orden, forma una secuencia geométrica inversa con los números de orden, tal como sigue: NU Rbk u Donde: k, es el orden del segmento principal. u, número de orden. Rb, razón de bifurcación. Nu, número de cauces del orden “u”. Si se aplica logaritmo a la ecuación anterior, queda: log N u (k u ) log Rb log N u k log Rb u log Rb Cuando los logaritmos de los números de cauces se plotean contra los ordenes, se muestra una relación lineal, con desviaciones pequeñas respecto a una línea recta. Determinando antilogaritmo de la pendiente de la recta se obtiene el valor de Rb. Razón de bifurcación. Procedimiento a seguir para el calculo de la Razón de Bifurcación: Se calculan los números de orden y las longitudes totales de cada uno de ellos. Se grafica en papel semilogaritmico los números de cauces vs. Ordenes. Se traza la mejor recta. Se calcula la pendiente de la recta. Ejemplo: Determinar la razón de bifurcación para una cuenca dada, si se tienen los siguientes datos. Orden Longitud (Km) Número de cauces de orden “U” 1 82,2 32 2 24,3 7 3 28,6 2 4 0,3 1 Número de cauces de orden "U" 100 10 1 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Orden de cauce 3 3.5 4 Se determina la pendiente de la recta: Log(Rb) = -0,4515 Rb = antilog(-0,4515) = 0,3535 4.5 Razón de longitud. Se procede en forma similar al caso anterior. Primeramente se deben obtener las longitudes totales correspondientes con los números de orden. Se grafica en papel semilogaritmico los promedios de longitudes de cada orden (Lu) vs. Orden “U”. Se obtiene la pendiente de la recta, se aplica antilogaritmo para obtener la Razón de Longitud (Rl) Ejemplo: A partir de los datos presentados a continuación, obtener la razón de longitud para la cuenca dada. Orden Lu acumulada (Km) Número de cauces de orden “U” Lu (km), promedio 1 82,2 32 2,57 2 24,3 7 3,47 3 28,6 2 14,30 4 0,3 1 0,3 10 1 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Orden "U" Se determina la pendiente de la recta: Log(Rl) = 0,55327 Rl = antilog(0,55327) = 3,57 3.5 Lu promedio 100 Factores Fisiográficos: Red de Drenaje Longitud del Cauce principal: Se define como la longitud a lo largo del cauce de orden mayor, comprendido entre el punto más alejado en las cabeceras de las fuentes y el punto de drenaje. Para determinar la longitud verdadera se mide la proyección horizontal del cauce entre curvas de nivel, desde el punto de drenaje hasta el extremo del cauce con la proyección horizontal y la diferencia de alturas entre los extremos de cada tramo se determina la longitud verdadera de dicho tramo. La longitud del cauce principal viene dada por la sumatoria de las longitudes verdaderas de cada tramo. Leyenda: cauce principal Curva de nivel 200 msnm Curva de nivel 400 msnm Curva de nivel 600 msnm Curva de nivel 800 msnm Cota Punto de Drenaje = 80 msnm Para determinar la longitud verdadera entre curvas se debe proceder como el ejemplo presentado a continuación: Cálculo longitud verdadera entre punto de drenaje y curva de nivel 200 msnm. La longitud entre ellos (medido en el plano) = 200 m, esto corresponde con la proyección horizontal. Se tiene lo siguiente: ∆H Proyección horizontal (PH) La longitud verdadera se calcula aplicando Pitágoras, para este ejemplo particular, se tiene: ∆H = Cota curva de nivel – Cota del punto de drenaje = 200 m – 80 m = 120 m Proyección horizontal (PH) = 200 m LV = 233,24 m Para cada tramo se procede de manera similar y luego se suman para obtener la longitud verdadera del cauce principal. Perfil del río Pendiente media del cauce principal (S) Se debe determinar el perfil del río desde el punto más alto (cabeceras de la cuenca) hasta el punto de drenaje. Para construir el perfil se grafica Elevación vs. Proyección horizontal, una vez graficado lo anterior, se traza una línea recta donde se tiene: Smedia ≈ Smedia del cauce principal Elev. (m) Al obtener la pendiente de la recta trazada, se obtiene la pendiente media del cauce principal Longitud verdadera Factores Fisiográficos: Densidad de Drenaje. Es un indicador de la respuesta de la cuenca, por ejemplo, ante un aguacero, la relación entre la precipitación, infiltración y la escorrentía condiciona la forma del hidrograma resultante en la salida de la cuenca. A mayor densidad de drenaje, más cantidad de flujo puede transportarse por los cauces hacia la salida de la cuenca, lo que puede traducirse en un tiempo menor de respuesta de la cuenca. Es la capacidad de drenaje de la cuenca, que se expresa por la relación: Donde: L, longitud total de los cauces (m) A, área de la cuenca (Km2) Dd L A Densidad de drenaje (𝒌𝒎/𝒌𝒎𝟐 ) Categoría <1 Baja 1a2 Moderada 2a3 Alta >3 Muy alta PRÁCTICA: Usando los datos proporcionados y para la cuenca de la figura, determina el perfil del río, orden de los cauces, razón de bifurcación y razón de longitud y densidad de drenaje. Longitud de las curvas de nivel. Curvas de nivel (msnm) Longitud números de orden. Longitud sobre el plano (L), (km) Orden Longitud a 1:100000 (Km) 1 17,04 100 - 2 19,13 200 11,54 3 30,16 400 39,37 4 23,41 600 72,19 800 82,68 1000 72,76 1200 57,25 1400 51,28 1600 33,65 100-200 1800 18,89 200-400 2000 10,55 400-600 2200 7,56 600-800 2400 7,12 800-1000 2600 3,30 1000-1200 2800 2,63 3000 1,58 Numero de cauces de orden “U” Longitud de cauce principal entre curvas. Curvas de nivel (msnm) 1200-1400 Proyección horizontal (PH) escala 1:100000(Km) Proyección horizontal (PH) escala 1:100000 (m) 5,15 5150 12,54 12540 6,50 6500 6,08 6080 2,38 2380 0,66 660 0,30 300 Conclusiones 1 ¿Cómo se determina el orden de los cauces? 2 ¿Cómo se determina el perfil del río?.
