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OJO:
Cambio en la fecha de aforo del río PanceSábado 25 de mayo
Cambio horario de atención estudiantes:Lunes 13 – 15Martes 8 - 10
DISEÑOS Y CONSTRUCCIÓN DE UN PLUVIOMETRO
Trabajo en grupos de 2 estudiantes
Fecha de entrega: lunes 25 de febrero
Diseñar y construir un pluviómetro
Requisitos
•Recipiente transparente (preferiblemente)
•Marcas de lamina de precipitación
•Instalable a la altura específica
•Fácil de medir
QUIENES HAN VISTO LOS VIDEOS:
UNA VERDAD INCOMODA
EL FRAUDE DEL CALENTAMIENTO GLOBAL
LA CUENCA HIDROGRAFICA
QUE ES UNA CUENCA HIDROGRAFICA?
CUAL ES SU INTERES EN LA HIDROLOGIA?
CARACTERISTICAS FISIOGRAFICAS DE UNA CUENCA.
Una cuenca hidrográfica puede ser definida como un espaciogeográfico cuyos aportes hídricos naturales son alimentadosexclusivamente por la precipitación y donde los excedentes de aguao en materias sólidas transportadas por el agua forman, en un puntoespacial único, una desembocadura, una estación de aforo, o unpunto arbitrario (Llamas, 1993).
Puede ser vista también como una unidad fisiográfica de referenciapara el análisis de gran parte de los fenómenos hidrológicos.
Los excedentes de agua, normalmente medidos a través de curvasde calibración (relación cota/caudal) en este punto de salida,representan los flujos (anuales, mensuales o diarios) generados porlas condiciones climáticas y uso del suelo que afectan toda lasuperficie de la cuenca.
Dos cuencas sometidas a las mismas condiciones climáticas similares,pueden tener regímenes de flujo totalmente distintos. Estadiferencia se debe principalmente a las diversas característicasfísicas de ambas cuencas. Aunque resulta evidente que factorescomo el tipo de suelo y el espesor de la capa permeable ejercen ungran efecto sobre el régimen de flujo, la fisiografía puede serimportante en la respuesta de la cuenca a las precipitaciones.
Las características físicas de una cuenca tienen un papel fundamentalen el estudio y comportamiento de algunas de las variables del ciclohidrológico tales como la evaporación, la infiltración y el flujosuperficial entre otros.
En hidrología, las principales características físicas que se considerandentro de un estudio son (Delgado et al. 2005):
Las características concernientes a la cuenca misma.
Las características de la red de drenaje superficial
Las características de la red de drenaje subterráneo (hidrogeología)
Las características del cauce principal de la cuenca.
Para la obtención de estos parámetros esrecomendable la utilización de un Sistema deInformación Geográfica.
ALGO SOBRE LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA (SIG)....
Los SIG son poderosas herramientas normalmente utilizadas para elanálisis espacial y la modelación de inmumerables variables (climáticas,fisiográficas, ambientales, socio-económicas, socio-políticas...); asi como lainteracción entre ellas. Los resultados de tales análisis resultan invaluablespara soportar la toma de decisiones.
De manera general, dichas herramientas son montadas sobre plataformasinformáticas especialmente diseñadas para este fin: ArcInfo, ArcView,IDRISI, MAPINFO, Spring, MapMaker, etc, etc.
Estas plataformas por si solas no son un SIG, sonsólo herramientas para la construcción del SIG!!!
ALGO SOBRE LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA (SIG)....
En hidrología estas herramientas de SIG son comúnmente utilizadas paradefinir de una forma “muy precisa” varias de las características de unacuenca hidrográfica: el parteaguas, la superficie, el perímetro, la redhidrográfica, la dirección de los flujos....
Para este fin el elemento de base más importantees un Modelo Digital de Elevación (MDE)
Sin embargo, no siempre se dispone de un SIG o de los conocimientos parahacerlo funcionar, en estos casos los métodos de estimación manuales sonuna alternativa.
ALGO SOBRE LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA (SIG)....
Un MDE puede ser definido como la representación espacial de la variación de lasdiferentes altitudes que comprenden una superficie determinda con respecto a unnivel de referencia (elipsoide terrestre por ejemplo), discretizada en celdas quevarían de resolución de un modelo a otro (SRTM, GTOPO, Interpolación..)
MDE del territorio colombiano con resolución de 1 km2.
CARACTERÍSTICAS DE LA CUENCA.
2. Superficie o área total.
3. Perímetro.
4. Forma.
5. Relieve y elevación media.
6. Rectángulo equivalente.
7. Pendiente.
8. Orientación.
A través de un SIG y tomando como base un MDE confiable, podemos entonces definir una gran parte de las características físicas de los diferentes elementos mencionados:
1. Parteaguas (delimitación de la cuenca)
1. DELIMITACION DE LA CUENCA.
El parteaguas o límite de una cuenca corresponde a la línea imaginaria continua quesepara dos vertientes teniendo en cuenta el drenaje superficial; pero en algunoscasos, se debe considerar la línea definida por las elevaciones más altas de la capafreática (almacenamiento de agua gravitacional en el suelo – agua libre en el suelo).
Cuenca del Río Negro (Amazonía brasilera) delimitada usando el MDE SRTM (90m)
1. DELIMITACION DE LA CUENCA.
Sin la ayuda de una herramienta de SIG, esta operación se realiza manualmentesobre un plano de la zona de interés sobre el cual sea posible identificar al menosla red hidrográfica detallada y eventualmente las curvas de nivel.
1. Conocer la escala del plano.
2. Iluminar la red hidrográfica.
3. Iluminar las curvas de nivel.
4. Trazar el parteaguas
2. SUPERFICIE.
El área de la cuenca es quizá el parámetro más importante, siendo determinante dela escala de varios fenómenos hidrológicos tales como, el volumen de agua queingresa por precipitación, la magnitud de los caudales, etc.
La superficie real es aquella que considera el factor de pendiente, que incrementala dimensión de las superficies, sin embargo, la diferencia en los resultados esdespreciable y una evaluación de tal tipo sólo se justificaría en cuencas de terrenomuy escarpado (Delgado et al. 2005).
Usualmente este valor es obtenido planimétricamente a partir de la delimitaciónde mapas topográficos, desde una perspectiva ortogonal y calculada por métodosmanuales, por medio del Dibujo Asistido por Computador (CAD) o con ayuda de unaherramienta SIG.
La superficie total de la cuenca esta formada por cerca de 88 272 000 pixeles.
Si se sabe que cada pixel es de 90 m x 90 m entonces es posible estimar el área aproximada de la cuenca.
La Cuenca del Río Negro ha sido estimada en 715 000 km2 aprox.
3. PERIMETRO.
Corresponde a la longitud del límite exterior. De la misma forma, este parámetropuede ser también obtenido planimétricamente a partir de la delimitación demapas topográficos, considerando las pendientes y calculada por métodosmanuales, por medio del Dibujo Asistido por Computador (CAD) o con ayuda de unaherramienta SIG.
P = 8 889 km
4. FORMA.
Las características de los hidrogramas de descarga (representación de loscaudales en función del tiempo como respuesta a las precipitaciones en un puntodado de la cuenca) están estrechamente ligados a la forma de la cuencahidrográfica. Superficies de áreas iguales pero de forma diferente generanhidrogramas diferentes.
La forma de las cuencas es definida a partir de varios coeficientes (Llamas, 1993;Horton, 1945):
Coef. de compacidad (Kc): Relación entre el perímetro de la cuenca y la circunferencia de un círculo que tenga la misma superficie de la cuenca.
A
PKc 282.0=
Kc = 1 Cuenca de forma circular.
Kc ~ 1.128 Cuenca de forma cuadrada.
Kc ~ 3 Cuenca de forma muy alargada.
4. FORMA.
Factor de forma (Rf): El factor de forma fue definido por Horton, como el cociente entre la superficie de la cuenca y el cuadrado de su longitud máxima o recorrido principal de la cuenca:
2
mL
ARf =
Rci = 1 Cuenca de forma circular.
Rci ~ 0.785 Cuenca de forma cuadrada.
• Longitud de la cuenca (L): Es la longitud de una línea recta con dirección “paralela” al cauce principal.
• Longitud del cauce principal: Es la distancia entre la desembocadura y el nacimiento del río principal.
• Longitud máxima (Lm): Es la distancia entre el punto de desagüe yel punto más alejado de la cuenca siguiendo la dirección de drenaje. El recorrido principal, es la máxima distancia recorrida por el flujo de agua dentro de la cuenca.
4. FORMA.
Coeficiente de forma (Kf): Es la relación entre la anchura media (Bm) de la cuenca y la longitud máxima (L). Kf es similar al inverso del índice de alargamiento.
L
BKf m
=
Cuando Kf relaciona la forma de la cuenca con la de un cuadrado, correspondiendo un Kf = 1 para regiones con esta forma, que es imaginaria.
El índice de alargamiento cuando toma valores mayores a la unidad, se trata seguramente de cuencas alargadas, mientras que para valores cercanos a 1 , se trata de cuencas con una red de drenaje en forma de abanico y puede tenerse un río principal corto.
5. RELIEVE Y ELEVACION MEDIA DE LA CUENCA.
La influencia del relieve sobre la respuesta hidrológica de la cuenca es importantepuesto que, a mayores pendientes corresponden mayores velocidades del agua enlas corrientes y menor será el tiempo de concentración de la cuenca.
La altitud media, el rango de alturas, la elevación de la cuenca, la altitud sondeterminantes en el comportamiento de las temperaturas y las precipitaciones(Llamas, 1993)
La curva hipsométrica refleja con precisión el comportamiento global de la altitudde la cuenca. Dicha curva presenta, en las ordenadas, las distintas cotas de alturade la cuenca, y en las abscisas la superficie de la cuenca que se halla por encima dedichas cotas, bien en Km2 o en porcentaje de la superficie total de la cuenca.
5. RELIEVE Y ELEVACION MEDIA DE LA CUENCA.
De esta curva se extrae la Relación Hipsométrica:
i
sh
S
SR =
SS = área sobre la curva
Si = área bajo la curva
Ejemplo de curva hipsométrica
Curvas hipsométricas características del ciclo de erosión. Llamas, (2003)
La curva A refleja una cuenca con un granpotencial erosivo; la curva B es característicade una cuenca en equilibrio; y la curva C estípica de una cuenca sedimentaria. ??????
Quedarían, así, representadas distintas fasesde la vida de los ríos:- curva A: fase de juventud- curva B: fase de madurez- curva C: fase de vejez
6. PENDIENTE.
Entendemos por pendiente media de una cuenca a la media ponderada de todas laspendientes correspondientes a áreas elementales en las que pudiéramos considerarconstante la máxima pendiente (Heras, 1972). Tiene una gran importancia porque,indirectamente, a través de la velocidad del flujo de agua, influye en el tiempo derespuesta de la cuenca.
Como es de suponerse, la pendiente de una cuenca presenta una influencia bastanteconsiderable sobre los fenómenos de infiltración, escurrimiento superficial,humedad del suelo y con la contribución del agua subterránea al flujo de loscauces.
El método más antiguo para obtener la pendiente media consiste en ponderar laspendientes medias de superficies o bandas de terreno en las que queda dividida lacuenca por las curvas de nivel:
A
LhS cn.∆
=
S = pendiente media
∆h = equidistancia entre curvas de nivel.
Lcn = Longitud de todas las curvas de nivel.
A = area total de la cuenca.
6. PENDIENTE.
También se puede obtener la pendiente media de una cuenca como el cocienteentre la diferencia de elevación máxima medida entre el punto mas alto del límitede la cuenca y la desembocadura del río principal, y la mitad del perímetro de lacuenca (Llamas, 1993):
P
HS
2=
H = diferencia de la cota
P = Perímetro..
La pendiente media de una cuenca puede asimilarse a la pendiente de la rectatrazada entre los puntos que se encuentran al 85 % y al 10 % de distancia a partirdel punto más alejado del punto de desagüe siguiendo el curso principal. (Benson,1959).
L
HHS 21 −
=
H1 = altura de la cota al 85% de la cuenca.
H2 = altura de la cota al 10% de la cuenca
L = Longitud del tramo entre H1 y H2
Un histograma de frecuencias es más representativo que un valor medio único!!!!
Superficie de pendientes obtenida por GIS para la cuenca del Río Negro
7. ORIENTACION DE LA CUENCA
Por orientación de la cuenca hay que entender su dirección geográfica segúnla resultante de la pendiente general. (Llamas, 1993).
Este concepto es importante por que distintos elementos pueden relacionarse conla orientación de la superficie y entre ellos se tienen:
- El número de horas que está soleada la cuenca (influencia sobre la Evap. y ET).- Las horas en a las que incide el sol sobre la ladera de la cuenca.- La dirección de los vientos dominantes.- La dirección del movimiento de los frentes de lluvia.- Los flujos de humedad.
CARACTERÍSTICAS DE LA RED DE DRENAJE SUPERFICIAL.
2. Densidad de drenaje.
3. Densidad hidrográfica.
4. Constante de estabilidad del río.
De la misma forma a través de un SIG y tomando como base el MDE, podemos entonces definir tambié gran parte de las:
1. Estructura de la red de drenaje.
CARACTERÍSTICAS DEL RÍO PRINCIPAL.
1. ESTRUCTURA DE LA RED DE DRENAJE. (Modelo de Horton-Strahler, 1945; 1952; 1957)
Las redes de drenaje pueden ser modeladas o representadas como árboles, loscuales están conformados por un conjunto de nodos conectados unos a otros porsegmentos de recta de manera que cada nodo tiene una única ruta hacia la salida.Los nodos que se conectan a un solo segmento son llamados fuentes (o nodosexternos) y los que conectan a más de uno son llamados uniones ( o nodos internos).Además los segmentos que se conectan a una fuente y a una unión se los denominatramos exteriores y a aquellos que se conectan a dos uniones se les denominatramos interiores.
El método ordena las corrientes de acuerdo a los siguientes criterios:
1. Los segmentos que se originan en un nudo externo son definidos como tramos deprimer orden.
2. Cuando dos segmentos del mismo orden, i, se unen en un nudo interior dan lugar a un segmento de orden superior, i+1, aguas abajo.
3. Cuando se unen dos tramos de distinto orden en un nudo interior dan lugar a un tramo que conserva el mayor de los órdenes.
1. ESTRUCTURA DE LA RED DE DRENAJE. (Modelo de Horton-Strahler)
4. El orden de la cuenca corresponde al mismo de la corriente de mayor orden.
2. DENSIDAD DE DRENAJE
Puede definirse como la relación entre la longitud total de los canales de flujo pertenecientes a su red de drenaje y la superficie de la cuenca (Horton, 1945):
Este parámetro es, en cierto modo, un reflejo de la dinámica de la cuenca, de la estabilidad de la red hidrográfica y del tipo de escorrentía de superficie, así como de la respuesta de la cuenca a una precipitación.
A
LD T
=
La densidad de drenaje es un indicador de la respuesta de la cuenca ante unaguacero, y por tanto, condiciona la forma del hidrograma resultante en el desagüede la cuenca. A mayor densidad de drenaje, más dominante es el flujo en el caucefrente al flujo en ladera, lo que se traduce en un menor tiempo de respuesta de lacuenca, es decir, un menor tiempo al pico del hidrograma.
2. DENSIDAD DE DRENAJE
TIEMPO DE CONCENTRACION:
También denominado tiempo de respuesta o de equilibrio, LLamas (1993) lo definecomo el tiempo requerido para que, durante un aguacero uniforme, se alcance elestado estacionario; es decir, el tiempo necesario para que todo el sistema (toda lacuenca) contribuya eficazmente a la generación de flujo en el desagüe. Se atribuyemuy comúnmente el tiempo de concentración al tiempo que tarda una partícula deagua caída en el punto de la cuenca más alejado (según el recorrido de drenaje) deldesagüe en llegar a éste. Esto no se corresponde con el fenómeno real, pues puedehaber puntos de la cuenca en los que el agua caída tarde más en llegar al desagüeque el más alejado.
3. DENSIDAD HIDROGRAFICA
Se define como el cociente entre el número de segmentos de canal de la cuenca y la superficie de la misma:
Este parámetro puede interpretarse como el número de cauces por kilómetro cuadrado necesarios para mantener las condiciones de drenaje en la cuenca.
A
NF T
=
4. CONSTANTE DE ESTABILIDAD DEL RIO
La constante de estabilidad de un río, propuesta por Schumm (1956) como el valor inverso de la densidad de drenaje:
Representa, físicamente, la superficie de cuenca necesaria para mantenercondiciones hidrológicas estables en una unidad de longitud de canal. Puedeconsiderarse, por tanto, como una medida de la erodabilidad de la cuenca. Así,regiones con suelo rocoso muy resistente, o con suelos altamente permeables queimplican una elevada capacidad de infiltración, o regiones con densa coberturavegetal, tienen valores altos de la constante de estabilidad y bajos de densidad dedrenaje. Por el contrario, una baja constante de estabilidad, o una elevadadensidad de drenaje, es característica de cuencas con rocas débiles, escasa o nulavegetación y baja capacidad de infiltración del suelo.
DL
AF
T
1==
CARACTERÍSTICAS DEL RIO PRINCIPAL.
2. Perfil longitudinal y pendiente media del río
1. Longitud.
Corresponde a la distancia entre la desembocadura y el nacimiento del mismo.El desarrollo longitudinal del colector principal es una magnitud característicaútil y de efecto importante en la respuesta hidrológica de la cuenca; losefectos de una precipitación se reflejan más rápido en un río corto que en unolargo.
El perfil longitudinal es un gráfico que representa las distintas elevaciones delfondo del río desde su nacimiento hasta su desembocadura. La pendientemedio es sencillamente el valor medio de este perfil longitudinal. Este valorpuede ser poco representativo en función de las rupturas de pendiente quepueda presentar el río.
025050075050
75
100
125
150
D is ta n c e f r o m o u t le t ( k m )
Geoid
altitud o
f zero
flo
w (m
)
Perfil nivelación IDEAM
Perfil estimado
Perfil longitudinal del Río Caquetá estimado por altimetría satelital (Leon et al. 2006) Vs
perfil obtenido a paritr de los aforos registrados por el IDEAM
TALLER:
ESTIMACIÓN DE LAS VARIABLES FÍSICAS DE LA CUENCA DEL RIÓ CALI
Características físicas de una cuenca hidrográfica
1. Delimitar y medir el parte aguas
2. Calcular la superficie o área total
3. Perímetro (en el punto 1)
4. Forma (calcular: coeficiente de compacidad, factor de forma, coeficiente de forma)
5. Elevación media (calcular curva hipsométrica)
6. Pendiente media (los tres métodos)
7. Orientación
Características de la red de drenaje
1. Estructura de la red de drenaje
2. Densidad hidrográfica
3. Constante de estabilidad del río
Características río principal
1. Medir la longitud del río principal
2. Calcular el perfil longitudinal y pendiente media del río
• Entrega el jueves 11 de abril de 2013
• Grupos de 2 personas
• Mapa en digital hoy en el dropbox
• Mapa en papel lo lleva Bryan
