HidroAmb_2017A_Grupo - Kevin Valencia (1)

Vista previa del material en texto

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
HIDROLOGÍA AMBIENTAL
Trabajo N° 1
Tema: Características físico geográficas de las cuencas hidrográficas y su impacto potencial en la velocidad de la respuesta hidrológica
Instructor: Marcos Villacís
Estudiantes: Steven Ontuña
 Israel Rivadeneira
 Kevin Valencia
 
Fecha de entrega: 11 de diciembre de 2017
INTRODUCCIÓN
El agua es un factor esencial para la vida, debido a que es un elemento clave en el desarrollo y la salud. Todos los aspectos de las actividades naturales y humanas tienen relación con el agua, sin embargo, en ese proceso de aprovechamiento, se ha hecho un mal uso de la misma, debido principalmente a un contexto global de crecimiento exponencial de la población, con una demanda de agua potable en constante incremento.
“La cuenca es una unidad del territorio en donde funciona la combinación de un subsistema hídrico que produce agua, con los subsistemas ecológicos, económicos, sociales y políticos”. Rendón (2003) Las funciones, valores y beneficios de las cuencas ponen en manifiesto, que éstas son un elemento clave para hacer frente a la crisis ambiental; debido a que los principales beneficios de las cuencas, son fruto de las funciones inherentes a los ecosistemas. Entre sus aportes principales se tiene:
• Abastecimiento continúo de agua dulce.- Las cuencas son un elemento fundamental en la obtención de agua para atender las necesidades de los diferentes usuarios, a largo plazo.
• Regulación de la cantidad de agua.- Los ríos son una fuente segura de agua durante todo el año; debido a que en ocasiones el caudal alimenta zonas de pantanos y ciénagas.
• Regulación climática.- La preservación de los sistemas hidrológicos naturales como los humedales, pantanos y bosques dentro de la cuenca tiene efectos microclimáticos y macroclimáticos evidentes.
• Evapotranspiración.- Es una fuente de niveles locales de humedad y la biodiversidad local. En las áreas con vegetación arbórea, gran parte del agua de las lluvias regresa a la atmósfera por evaporación o transpiración volviendo a precipitar en la zona circundante.
OBJETIVOS
· Determinar las características físico geográficas de las cuencas, para de esta manera, realizar interpretaciones de cómo estas características pueden afectar a la respuesta hidrológica de la cuenca.
· Trabajar en equipo para la determinación de las características físico geográficas y poder plantear soluciones conjuntas a problemas que se presenten en el transcurso del trabajo.
MARCO TEÓRICO
La cuenca hidrográfica es el territorio geográfico natural delimitado por variables topográficas y geológicas, cuya importancia radica en su capacidad para transmitir cierta cantidad de agua y la velocidad con la que tarda en hacerlo.
Bajo este concepto se delimitaron dos cuencas hidrográficas de la zona de Zumbi (Zamora Chinchipe - Ecuador), cada una de ellas será llamada posteriormente por el nombre que le da su cauce principal.
El proceso para la delimitación de las cuencas consiste en identificar las corrientes principales en la carta topográfica, trazar los límites de las cuencas tomando en cuenta los puntos altos de nivel topográfico y su perpendicularidad con las curvas de nivel. Además es importante mantener cuencas con el área aproximada que se desea estudiar (20km² para este caso).
Los límites de las cuencas finales fueron los siguientes:
Figura 1. Cuenca del Río Salado
Figura 2. Cuenca del Río Canizama
Pendiente del Cauce Principal
La velocidad de escurrimiento de las corrientes de agua en una Cuenca Hidrográfica depende de la pendiente de los canales fluviales. En cuanto mayor valor tome la pendiente, mayor será la velocidad del flujo y, por lo tanto, se convierte en un factor característico del tiempo de respuesta de la cuenca ante determinada precipitación.
Se pueden definir dos tipos de pendientes para el Cauce Principal de una Cuenca Hidrográfica:
1.- Pendiente Ponderada.- Es la diferencia total de elevación del cauce principal (cota máxima – cota mínima), dividida por su longitud total (Lc).
Donde:
S = pendiente
Hmáx = cota máxima
Hmín = cota mínima 
Lc = longitud total del Cauce
2.- Pendiente Media Ponderada.- Es un valor más “razonable” para representar la Pendiente Ponderada del Cauce Principal. Para calcularlo se traza una línea, en el perfil longitudinal del cauce, tal que el área comprendida entre esa línea y los ejes coordenados sea igual a la comprendida entre el perfil y dichos ejes. Teniendo como resultado:
Cuenca Canizama 
Figura 3. Línea en el perfil longitudinal de la Cuenca Canizama
Cuenca Salada
Figura 4. Línea en el perfil longitudinal de la Cuenca Salada
Para la determinación de la Pendiente Media Ponderada del Cauce Principal, se determina el área debajo de la curva que define el perfil del cauce en la Figura 3 y la Figura 4.
Para de esta manera encontrar La nueva Cota (H2).
Donde:
AT = Área Total conocida debajo de la curva en el perfil del cauce 
b = la longitud total del Cauce
H1 = la cota mínima conocida
H2 = la nueva cota a conocer
Una vez conocido H2 (nueva cota), se procede a realizar la misma operación que para el cálculo de la Pendiente Ponderada.
Donde nuestra nueva cota H2 podrá ser mínima o máxima, y la cota restante es ya conocida.
3. Forma de la cuenca
La forma de cuenca interviene de manera importante en las características del hidrograma de descarga de una determinada corriente. Las cuencas de igual área pero de diferente forma generan hidrogramas diferentes. Por esta razón se han buscado relaciones de similitud geométrica entre las características medias de una cuenca y de su red de canales con las características de otras cuencas.
La forma de la cuenca condiciona la velocidad del escurrimiento superficial. La medición de los factores de forma de una cuenca se realiza por medio de una metodología que permite cubrir dos objetivos. El primero, es que permite comparar la forma de la cuenca con figuras geométricas conocidas; el segundo, es que permite comparar los resultados de las mediciones, los cuales son adimensionales, con los obtenidos en otras cuencas en las que se puede tener mayor información histórica de su comportamiento hidrológico.
Los parámetros asociados a la forma de la cuenca son: Área, Perímetro, Longitud del cauce principal y el ancho de la cuenca.
3.1 ÍNDICE DE GRAVELIUS O COEFICIENTE DE COMPACIDAD
 Uno de los índices para determinar la forma es: el Coeficiente de Compacidad (Kc) propuesto por Gravelius que es la relación existente entre el perímetro de la cuenca y el perímetro de un círculo que tenga la misma superficie que dicha cuenca.
Donde:
Kc=coeficiente de compacidad
P= Perímetro de la cuenca
A= Área de la cuenca
 Tabla N°1.- Índice de Gravelius o coeficiente de compacidad (kc)
	Kc
	Forma
	1.00 - 1.25
	Redonda a oval redonda
	1.25 - 1.50
	Oval redonda a oval oblonga
	1.50 - 1.75
	Oval oblonga a rectangular oblonga
*Características de la cuenca de acuerdo con el valor kc
3.2 COEFICIENTE DE FORMA O FACTOR DE FORMA (Kf)
 Principalmente, los factores geológicos son los encargados de moldear la fisiografía de una región y la forma que tienen las cuencas hidrográficas. Un valor de Kf superior a la unidad proporciona el grado de achatamiento de ella o de un río principal corto y por consecuencia con tendencia a concentrar el escurrimiento de una lluvia intensa formando fácilmente grandes crecidas. Este factor relaciona la forma de la cuenca con la de un cuadrado.
Es la relación entre el área y el cuadrado de la longitud de la cuenca.
Donde:
Kf=coeficiente de forma
A=área de la cuenca
L=longitud del cauce principal
Tabla N°2.- Factor de forma (kf)
	Kf
	Forma
	0.01 - 0.18
	Muy poco achatada
	0.18 - 0.36
	Ligeramente achatada
	0.36 - 0.54
	Moderadamente achatada
4. Densidad de drenaje
Es la relación existente entre la longitud total de las corrientes de agua presentes en la cuenca y su área total. Matemáticamente viene expresada por la forma:
Representa la longitud de los cauces por unidad de superficie. Esun parámetro relacionado a la cobertura litológica y vegetal de la cuenca. Una densidad de drenaje alta corresponde a un suelo con rocas blandas de baja permeabilidad y poca cobertura vegetal.
5. Curva Hipsométrica
En términos simples, la curva hipsométrica indica el porcentaje de área de la cuenca o bien la superficie de la cuenca que existe por encima de cierta cota determinada. Esto lo podemos ver de una forma más sencilla en la siguiente figura:
Fig. 5 Ejemplos de curvas hipsométricas
Para el desarrollo de ésta curva utilizaremos la siguiente ecuación:
· Altura media:
En Donde tenemos:
H = altura media de la cuenca
ci = cota media del área i entre dos curvas de nivel
ai = área entre dos curvas de nivel
A = área total de la cuenca
RESULTADOS
Para cálculos posteriores se calculó el área, el perímetro y la longitud del cauce principal de cada cuenca, mostrados en la siguiente tabla:
Tabla N°3.- Datos obtenidos de las Cuencas Canizama y Salado
	Cuenca
	Área
	Perímetro
	Longitud del cauce principal
	Río Canizama
	20.322km²
	17.208km
	6.231km
	Río Salado
	20.810km²
	18.299km
	8.284km
*Todos los cálculos referentes a esta tabla fueron realizados en AutoCad 2018
Determinación la pendiente ponderada del Cauce Principal
Cuenca N°1.- Cuenca Canizama
Figura 6. Pendiente Ponderada de la Cuenca Canizama
0,193
Cuenca N°2.- Cuenca Salado
Figura 7. Pendiente Ponderada de la Cuenca Salada
0,0821
Cálculo del coeficiente de forma de las cuencas
Tabla N°4.- Resultados del Coeficiente de Forma (kf)
	
	Cuenca Canizama
	Cuenca Salado
	Coeficiente de compacidad (Kc)
	1,068
	1,123
	Coeficiente de Forma (Kf)
	0,508
	0,303
Cálculo de la densidad de drenaje
La longitud total de los cauces de cada cuenca es de:
Cuenca Canizama:
= 
Cuenca Salado:
= 
Determinación de la pendiente media ponderada del Cauce Principal
Cuenca N°1.- Cuenca Canizama
Figura 8. Pendiente Media Ponderada de la Cuenca Canizama
	Área bajo la Curva (km2)
	11,1336
	H2 (m)
	2253,62
*El cálculo referente al área bajo la curva fue realizado en AutoCad 2018
Cuenca N°2.- Cuenca Salado
Figura 9. Pendiente Media Ponderada de la Cuenca Salado
	Área bajo la Curva (km2)
	6,6274
	H2 (m)
	160,04
*El cálculo referente al área bajo la curva fue realizado en AutoCad 2018
7.- Curva hipsométrica de las cuencas
· Cuenca Canizama
*Tabla de Datos para la curva hipsométrica - Cuenca Canizama
 
· Cuenca Salado
*Tabla de datos para la curva hipsométrica - Cuenca Salado
CONCLUSIONES
· La pendiente de una cuenca es de suma importancia ya que permite determinar la velocidad de escurrimiento de las corrientes de agua en una Cuenca Hidrográfica. En cuanto mayor valor tome la pendiente, mayor será la velocidad del flujo y, por lo tanto, se convierte en un factor característico del tiempo de respuesta de la cuenca ante determinada precipitación. Al determinar la Pendiente Media Ponderada, lo que se hace es encontrar un valor más “razonable” de la pendiente, se podría decir más exacto. Si se compara las dos cuencas tomadas para la realización del trabajo, Cuenca Canizama y Cuenca Salada, suponiendo que tanto la geología, la cobertura vegetal, tipo y uso del suelo son exactamente iguales, cuando exista una precipitación de igual magnitud, tenemos que: 1.- Para la Pendiente Ponderada, se obtiene como resultados que la Cuenca Canizama tiene mayor pendiente que la Cuenca Salada. 2.- Para la Pendiente Media Ponderada, que es una medida más exacta, da como resultado que la Cuenca Salada tiene mayor pendiente que la Cuenca Canizama. Para el caso 1, como la Cuenca Canizama tiene mayor pendiente, esto quiere decir que su caudal será más rápido con respecto al tiempo en comparación a la Cuenca Salada, lo cual la perjudica más, ya que al tener mayor caudal provoca que el suelo se erode más rápido debido a que contiene más agua por unidad de tiempo, provocando de esta manera que el uso del suelo y su tipo sean inutilizables en menor tiempo , también arrasaría en mayor cantidad con la vegetación debido a que el caudal al ser más rápido viaja con más fuerza. Y para el caso 2 que es una medida más exacta y confiable del caudal tenemos lo contrario, a pesar de que La Cuenca Salada sea mayor que la cuenca Canizama por unas décimas, pasaría exactamente lo mismo, la Cuenca Salada quedaría inutilizable en menor tiempo en comparación a la Cuenca Canizama, por los mismos factores ya antes dichos, la erosión por la cantidad de agua suministrada por unidad de tiempo, la erosión del suelo y la devastación de de la vegetación por el caudal. 
· La forma de las cuencas hidrográficas juegan un papel importante en la magnitud del caudal, además es una medida que condiciona la velocidad de escurrimiento superficial de la cuenca. En el caso de que ambas cuencas analizadas poseen igual nivel de precipitación, se logran diferenciar por la forma que poseen cada una. Pues la cuenca Canizama al tener un coeficiente de compacidad igual a 1,068 y un coeficiente de forma igual a 0,508 se le otorga una forma redonda a oval redonda, moderadamente achatada, en cambio en el caso de la cuenca Salado al tener un coeficiente de compacidad igual a 1,123 y un coeficiente de forma igual a 0,303 se le otorga una forma oval redonda a oval oblonga, ligeramente achatada. Con estas comparaciones, se determina que la cuenca Canizama posee una mejor capacidad de escurrimiento que la cuenca Salado, debido a su forma.
· La densidad de drenaje en una cuenca es un indicador de la capacidad que tiene para conducir el agua dentro de su área delimitada. Las cuencas que cuentan con un buen drenaje tienen valores de este parámetro superior a la unidad, llegando incluso a 3 o 4 , por otro lado las cuencas con baja densidad de drenaje tienen valores inferiores a la unidad. Los resultados obtenidos muestran que la cuenca del río Canizama tiene mejor densidad de drenaje que la cuenca del río Salado debido a la gran cantidad de pequeños afluentes que alimentan a las quebradas de este cauce. Finalmente, mientras el valor de la densidad de drenaje sea de mayor magnitud (cuenca del río Canizama) se esperaría que el tiempo para la respuesta hidrológica sea menor lo que conlleva a una mejor capacidad de producción de caudal superficial por parte de esa cuenca.
· La curva hipsométrica representa las distintas cotas del terreno en función de la superficie de la cuenca que está al menos a esa altitud. Dependiendo de la forma de la
curva hipsométrica se puede saber el tipo de cuenca que es, así como del desarrollo de las mismas. En el presente trabajo con las curvas hipsométricas obtenidas se logró determinar que existe una mínima diferencia entre ambas cuencas analizadas, pues ambas presentan un punto de inflexión que se encuentra encima del 60% de área, lo que significa que ambas son un tipo de cuencas no están en equilibrio y además que se encuentran en una fase de juventud, con alto poder erosivo. 
· El área, el perímetro y la longitud del cauce principal de una cuenca hidrográfica no son factores con incidencia fuerte en el tiempo de respuesta de una cuenca. Aún así a grandes rasgos, una cuenca entre mayor área y perímetro tenga debería tener una mejor capacidad de almacenamiento de agua y por ello una mejor respuesta hidrológica. En este trabajo ninguna de las cuencas presenta una diferencia significativa entre ellas en alguno de estos parámetros.
RECOMENDACIONES
· El uso de herramientas que faciliten el trabajo, de tomar algunas medidas que pueden tomar tiempo innecesario realizarlas manualmente.
· Para mejorar la exactitud de las medidas tomadas se recomienda trabajar con herramientas de software computarizado como AutoCad y mapas obtenidos directamente del IGM. Aunque en clases se trataron métodos más simples como el uso de cuerdas sobre la carta topográfica o el trazamiento de líneas auxiliares que permitan medir áreas, se debe dar preferencia al uso de herramientas cartográficas que aseguren precisión en las mediciones al mismo tiempoque rapidez en los resultados que arrojan.
· Se recomienda al realizar este tipo de trabajos hacerlo con las herramientas adecuadas y con trabajo en equipo. Las herramientas sean manuales o tecnológicas, en su mayoría tecnológicas, deberán ser escogidas previa la realización del trabajo pues se ahorrará tiempo y se facilitará las cosas. Además de constar con la debida información y preparación acerca del tema. 
BIBLIOGRAFÍA
· Vásquez, A. V. et al., (2016). Manejo y gestión de cuencas hidrográficas. Lima: Fondo Editorial UNALM
· Jardí, M. (1985). Forma de una cuenca de drenaje. Análisis de las variables morfométricas que nos la define. Revista de Geografía. Barcelona.
· Almeida, M. (2010).Instructivos de procesamiento de información Hidrometeorológica. Escuela Politécnica Nacional. Proyecto Ambiental. Quito - Ecuador.
· Villacis, L. (2010). Sistema Hidrológico. UdelaR. Revista del Instituto de mecánica de fluidos e Ingeniería Ambiental (IMFIA).
· Cruz, C. (24 de noviembre del 2011). Cálculo de la pendiente media del Cauce Principal. Ingeniería Civil Tutoriales. Recuperado de: http://ingenieriacivil.tutorialesaldia.com/calculo-de-la-pendiente-media-del-cauce-principal-de-una-cuenca-hidrografica/
· Cruz, J., Tames, P. (2006). Análisis cuantitativo de la red de drenaje de la cuenca del río Deba. Departamento de Geomorfología y geotecnia: Universidad del País Vasco. Recuperado de:http://www.ingeba.org/lurralde/lurranet/lur06/06cruz/06cruz.htm