View
58
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
cuencas
Citation preview
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO: SISTEMA DE IRRIGACION Y DENAJE
DOCENTE: Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA
HIDROLOGIA PARA INGENIEROS
2.1 DEFINICION
Hidrológica general
La Hidrología se define como la ciencia que estudia la
disponibilidad y la distribución del agua sobre la tierra.
Hidrología Básica
La Hidrología Básica estudia los conceptos físicos del ciclo
hidrológico, la disponibilidad y utilización de agua
superficial y de agua subterránea, los métodos de
recolección de información hidrológica y los procedimientos
clásicos de procesamiento de datos estadísticos.
Hidrología Aplicada
La Hidrología Aplicada utiliza la información básica y la
procesa de acuerdo con las necesidades de los proyectos
específicos.
- Hidrología en cuencas pequeñas con información escasa
- Drenaje de aguas lluvias
- Hidrología en Proyectos de Riego y Drenaje
- Hidrología en Proyectos de Acueducto y Alcantarillado
- Hidrología en Proyectos de generación de Energía
Hidráulica
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO: SISTEMA DE IRRIGACION Y DENAJE
DOCENTE: Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA
- Operación de embalses
- Hidrología para estudios de aprovechamiento de Aguas
Subterráneas
- Control de inundaciones.
- Estimativo de los volúmenes de sedimentos que pueden
afectar el funcionamiento de las estructuras hidráulicas.
La hidrológica es la ciencia natural que estudia al agua, su
ocurrencia, circulación y distribución en la superficie
terrestre, sus propiedades químicas y físicas y su relación
con el medio ambiente, incluyendo los seres vivos.
(Máximo Billón).
La hidrológica se divide en dos grandes ramas:
- Hidrológica superficial
- Hidrológica subterránea
IMPORTANCIA DEL ESTUDIO HIDROLOGICO
Sí el caudal aportado por un curso de agua es
suficiente para el abastecimiento de agua para la
irrigación.
Agua potable para la población e industria
Para la generación de energía eléctrica.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO: SISTEMA DE IRRIGACION Y DENAJE
DOCENTE: Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA
También es importante porque en función al caudal
determina la capacidad de diseño de las obras
hidráulicas.
2.2 CICLO HIDROLOGICO
Es el conjunto de cambios que experimenta el agua en la
naturaleza, tanto en su estado sólido, líquido o gaseoso,
como en su forma.
También se pueden definir como:
- “Sistema Complejo” con cierto “grado de
organización”
- Pueden ser descritos esquemáticamente como un
sistema de cuenca.
- Son todos los procesos que ocurren, en el sistema
físico terrestre
Proceso del Ciclo Hidrológico
¿Cuál es la primera etapa del ciclo hidrológico?
El ciclo hidrológico no tiene ni principio ni fin y su
descripción puede empezar en cualquier punto.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO: SISTEMA DE IRRIGACION Y DENAJE
DOCENTE: Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA
Figura 2.1 Proceso del ciclo hidrológico
El hombre y la hidrología
El hombre complica el proceso interactuando con el
sistema natural, en cualquiera de las dos siguientes formas:
- En el sentido hidrológico respectivo
Sobre explotación de terrenos agrícolas,
deforestación, etc. generando así el incremento de
erosión e inundaciones. Convirtiendo
consecuentemente la actividad humana en varias
formas de degradación ambiental.
- En el sentido hidrológico constructivo
Actividades de conservación de suelos, forestación,
etc. Reduciendo de esta forma la erosión y los flujos
de inundación.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO: SISTEMA DE IRRIGACION Y DENAJE
DOCENTE: Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA
2.3 CUENCA HIDROGRAFICA
Una cuenca hidrográfica se define como el área de terreno
donde todas las aguas caídas por precipitación se
concentran para formar un solo cauce principal. También
se define como el área drenada por un único sistema
fluvial.
Figura 2.2: Zonas de una cuenca
Delimitación de una cuenca
La delimitación de una cuenca se efectúa siguiendo la
línea divisoria de aguas o divortium aquarum, línea
imaginaria que separa las aguas que escurren en sentidos
opuestos hacia distintas cuencas.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO: SISTEMA DE IRRIGACION Y DENAJE
DOCENTE: Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA
Figura 2.3: Modelo matemático de una cuenca
Características físicas
Una Cuenca se caracteriza por una serie de parámetros
físicos-geomorfológicos que definen su comportamiento
hidrológico.
Estos parámetros a su vez dependen de la estructura
geológica de la cuenca, el relieve del terreno, el clima, el
tipo de suelo, la vegetación y de la acción del hombre en el
medio ambiente de la cuenca.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO: SISTEMA DE IRRIGACION Y DENAJE
DOCENTE: Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA
Las características físicas:
- Área de drenaje
- Perímetro de cuenca
- Forma de la cuenca
- Indica de gravelius o coeficiente de compacidad
(kc)
- Factor de forma (kf)
- Sistema de drenaje
- Orden de los cursos de agua , Densidad de
drenaje (Dd)
- Extensión media de la escorrentía superficial,
- Sinuosidad de los cursos de agua
- Características del relieve de una cuenca
- Pendiente de una cuenca, Altitud media de la
cuenca
- Pendiente del curso principal
- suelos
Área de la Cuenca
Es el área en planta o área de la proyección horizontal de
la cuenca.
Si la cuenca es pequeña: hectáreas (ha)
Si la cuenca es mayor : Km2
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO: SISTEMA DE IRRIGACION Y DENAJE
DOCENTE: Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA
El área de la cuenca es el principal parámetro de referencia
en la hidrología, ya que está directamente relacionado con
la superficie de captación de la lluvia.
Dividiendo el caudal de descarga a través del punto de
evacuación de la cuenca entre el área de la misma, se
obtiene el denominado “caudal especifico” o “rendimiento
hídrico de la cuenca )./( 2kmlps
Rh= Q/A
Figura 2.5 Área de la cuenca por sectores
Conviene indicar que se denomina área de cuenca húmeda
a la porción de la cuenca donde la precipitación media
anual es superior a 200 mm.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO: SISTEMA DE IRRIGACION Y DENAJE
DOCENTE: Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA
Perímetro de la Cuenca
Corresponde a la longitud de la divisoria de aguas.
El perímetro de la cuenca ha de tener influencia en el
“tiempo de concentración” de esta, que es el tiempo
necesario para que una gota que cae en el punto más
alejado de la cuenca alcance el punto de evacuación.
Forma de la Cuenca
La forma de la cuenca determina la distribución de las
descargas de agua a lo largo del curso principal y es, en
gran parte, responsable de las características de las
crecientes que se presentan en las mismas.
Parámetros:
Coeficiente de compacidad (Kc)
El factor de forma (Kf).
Índice de Gravelius o coeficiente de compacidad
(Kc)
Se define como la relación entre el perímetro de la
cuenca y el perímetro de un círculo equivalente de igual
área de la cuenca en estudio.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO: SISTEMA DE IRRIGACION Y DENAJE
DOCENTE: Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA
A
PKc 28.0
Donde:
P = perímetro de la cuenca Km
A = Area de la cuenca, km2
Kc <1 la cuenca tiene forma achatada
Kc= 1 la cuenca tiene forma circular
Kc>1 la cuenca tiene forma alargada
Factor de forma (Kf)
Es la relación entre el ancho media de la cuenca (Bm) y
la longitud del curso principal (L). El ancho medio de la
cuenca se obtiene dividiendo el área de la misma entre
la longitud del curso principal.
2
/
L
A
L
LA
L
BmKf
El factor de forma también se define como la relación
entre el lado menor (I) y el lado mayor (L) del
rectángulo equivalente.
2
/
L
A
L
LA
L
IK
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO: SISTEMA DE IRRIGACION Y DENAJE
DOCENTE: Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA
Donde: A es el área total de la cuenca.
Sistema de Drenaje:
Refleja el grado de ramificación o bifurcación dentro
de la cuenca.
Figura 2.6 Orden de las corrientes de agua
Densidad de drenaje (Dd)
Representa la longitud media de la red hidrográfica de
la cuenca por Km2. se calcula dividiendo la longitud
total de los cursos de agua (km) entre el área total de
la cuenca (Km2)
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO: SISTEMA DE IRRIGACION Y DENAJE
DOCENTE: Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA
A
LDd
Donde:
Dd = densidad de drenaje
L = Longitud Km.
A = área de la cuenca, Km2
Dd usualmente varía entre 0.5 km/km2 para cuencas
con drenaje pobre y hasta 3.5 Km/km2 para cuenca
excepcionalmente bien drenadas.
La baja densidad de drenaje es favorecida en regiones
donde el material del subsuelo es altamente resistente
bajo una cubierta de vegetación muy densa y de
relieve plano.
Extensión media de la escorrentía superficial
Se define como la relación entre el área total de la
cuenca y cuatro veces la longitud total de los cursos.
Este parámetro geomorfológico indica la distancia, en
línea recta, que el agua precipitada tendrá que escurrir
para llegar al lecho de un curso de agua.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO: SISTEMA DE IRRIGACION Y DENAJE
DOCENTE: Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA
L
AEs
4
Donde:
Es = extensión media de la escorrentía
superficial, km
L = longitud total de los cursos, km
A = área de la cuenca, km2
Sinuosidad de las corrientes de agua
Es la relación entre la longitud del curso principal,
medida a lo largo de su cauce (L) y la longitud del
valle del río principal medida en línea recta o curva
(L’).
S=L/L’
Este parámetro es una medida de la velocidad de
flujo.
Un valor de S es menor o igual a 1.25 indica una baja
sinuosidad; se define entonces como un río con
alineamiento “recto”.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO: SISTEMA DE IRRIGACION Y DENAJE
DOCENTE: Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA
Frecuencia de los ríos (Fr)
Se define como la relación entre el número de los
cursos y el área total de la cuenca. El número de
cursos incluye tanto los afluentes como el curso
principal.
Fr=Nª de cursos / A
Relieve de una cuenca
Perfil longitudinal del curso principal
El perfil longitudinal del curso principal de la cuenca se
establece con la finalidad de conocer la variación de la
pendiente en los diferentes tramos de su recorrido y
con el objeto de estimar la pendiente media.
Figura 2.7 Longitud del cauce principal de un río
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO: SISTEMA DE IRRIGACION Y DENAJE
DOCENTE: Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA
Altura media simple
Se calcula como el promedio aritmético entre la cota
más baja y la más alta de la cuenca, esto es:
Hms=(CM+Cm)/2
Donde:
Hms = altitud media simple
CM = cota o altitud más alta de la cuenca
Cm = cota o altitud más baja de la cuenca
Curva Hipsométrica
Es aquella gráfica que, para una cuenca en estudio,
relaciona la altitud y el porcentaje del área acumulada
por debajo o por encima de dicha altitud.
Si
SsRh
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO: SISTEMA DE IRRIGACION Y DENAJE
DOCENTE: Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA
Relación hipsométrica: Donde Ss y Si son,
respectivamente, las áreas sobre y bajo la curva
hipsométrica. La importancia de esta relación reside en
que es un indicador del estado de equilibrio dinámico
de la cuenca. Así, cuando Rh = 1, se trata de una
cuenca en equilibrio morfológico
Figura 2.8 Curva hipsométrica
Altitud media
Es la ordenada media de la curva hipsométrica, en
ella, el 50% del área de la cuenca, está situada por
encima de esa altitud y el 50% está situado por debajo
de ella
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
0,00 50,00 100,00
PR
ES
IPIT
AC
ION
(m
m)
AREA (%)
CURVA HIPSOMETRICA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO: SISTEMA DE IRRIGACION Y DENAJE
DOCENTE: Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA
f) Pendiente
Tiene una gran importancia porque, indirectamente, a
través de la velocidad del flujo de agua, influye en el tiempo
de respuesta de la cuenca.
Entendemos por pendiente media de una cuenca a la
media ponderada de todas las pendientes correspondientes
a áreas elementales en las que pudiéramos considerar
constante la máxima pendiente.
Según Benson (1959), la pendiente media de una cuenca
puede asimilarse a la pendiente de la recta trazada entre
los puntos que se encuentran al 85 % y al 10 % de
distancia a partir del punto más alejado del punto de
desagüe siguiendo el curso principal: AB=0.10AD y
AC=0.85AD
Por consiguiente, la pendiente media de la cuenca es la
pendiente entre los puntos B y C:
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO: SISTEMA DE IRRIGACION Y DENAJE
DOCENTE: Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA
Figura : Pendiente media según Benson
Otra consideración de la pendiente media del cauce
principal es:
S =(Cota nacimiento-Cota en la salida)/Longitud de la
corriente
Rectángulo equivalente
Es una transformación geométrica, que permite representar
la cuenca, de su forma heterogénea, y con la forma de un
rectángulo, que tiene la misma área y perímetro y por lo
tanto el mismo índice de compacidad.
Esto permite, poder comparar el comportamiento
hidrológico de dos cuencas, utilizando la noción de
rectángulo equivalente o rectángulo de Gravelius.
BC
HcHbS
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO: SISTEMA DE IRRIGACION Y DENAJE
DOCENTE: Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA
Fig. Transformación de una cuenca en un rectángulo equivalente
2
1
12.111
12.1 K
AKL
2
2
12.111
12.1 K
AKL
A
A
l
L
P
P
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO: SISTEMA DE IRRIGACION Y DENAJE
DOCENTE: Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA
PROBLEMAS RESUELTOS
P-01: En la figura que se muestra una cuenca hidrográfica,
calcular las dimensiones del rectángulo equivalente de la
cuenca que se muestra en la figura, la altura media al
50%, la altura de frecuencia ½ y la altura promedio,
sabiendo que su perímetro es 194 km.
Solución:
1. Calculo del índice de Gravelious:
Área de la cuenca A= 547 Km2
Sabemos que el perímetro es P= 194 Km
Índice de Gravelious K= 2.323
600
650 mnsm
550
450
400
350
300
250 msnm
47.24 km2
85.20 km2
105.46 km2
113.48 km2
96.30 km2
51.25 km2
34.59 km2
12.48km2
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO: SISTEMA DE IRRIGACION Y DENAJE
DOCENTE: Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA
2. Calculo de los lados:
L1= 90.988 Km y L2= 6.011 Km
3. calculo de los segmentos del lado mayor (L1)
A (Km
2)
Li (Km)
12.48 2.08
34.59 5.75
51.25 8.52
96.30 16.02
113.48 18.88
105.46 17.54
85.20 14.17
48.24 8.02
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO: SISTEMA DE IRRIGACION Y DENAJE
DOCENTE: Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA
4. Calculo de las altura media en la cuenca al 50% del
área, mediante la intersección de la curva hipsométrica:
Ploteando las columnas (6) vs (1) de la tabla anterior se
tiene la curva hipsométrica.
ALTITUD
(msnm)
AREAS PARCIALE
S (Km2)
AREA ACUMULADA
S (Km2)
AREA SOBRE
LA ALTITU
D
% del total
% del total
sobre la altitud
1 2 3 4 5 6
250 0 0.00 547.00 0.00 100.00
300 12.48 12.48 534.52 2.28 97.72
350 34.59 47.07 499.93 6.32 91.39
400 51.25 98.32 448.68 9.37 82.03
450 96.30 194.62 352.38 17.61 64.42
500 113.48 308.10 238.90 20.75 43.67
550 105.46 413.56 133.44 19.28 24.39
600 85.20 498.76 48.24 15.58 8.82
650 48.24 547.00 0.00 8.82 0.00
547.00 100.00
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO: SISTEMA DE IRRIGACION Y DENAJE
DOCENTE: Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA
250
300
350
400
450
500
550
600
650
700
0,00 50,00 100,00
AL
TIT
UD
(m
sn
m)
AREA (%)
CURVA HIPSOMETRICA
De la grafica tenemos que la altura al 50% de área es: H
50% A = 485 msnm
5. Calculo de la altitud de frecuencia ½
ELEVACION MEDIA
AREA ENTRE DOS
CONTRORNOS (1)*(2)
1 2
275 12.48 3432
325 34.59 11241.75
375 51.25 19218.75
425 96.30 40927.5
475 113.48 53903
525 105.46 55366.5
485
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO: SISTEMA DE IRRIGACION Y DENAJE
DOCENTE: Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA
Hm = 263229.50/547
Hm = 481.22 msnm
6. Calculo de la altura promedio: hp = (650+250)/2
hp = 450 msnm
7. Comparación de altitudes: H 50% A = 485 msnm
Hm = 481.22 msnm
Hp= 450 msnm
TRABAJO PRACTICO Nº 01:
Conformar un grupo de 4 alumnos, los cuales realizarán la
delimitación de una cuenca hidrográfica de un río tributario
de un río principal: Río Moche, Río Chicama, Río Santa,
Río Jequetepeque, Río Nepeña, etc. Para luego
determinar las características físicas de la cuenca.
575 85.20 48990
625 48.24 30150