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estudio básico de una microcuenca
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ESTUDIO DE CUENCA
HIPÓTESIS DEL PROBLEMA
Las ciudades en nuestra actualidad se encuentran en un gran desarrollo el cual
genera necesidades en sus habitantes las cuales están constituidos de
estructuras e infraestructuras para lo cual se encuentran determinadas variables
que hacen un poco mas laborioso el proceso de su construcción como para una
carretera el proceso de construcción de puentes la cual requiere de un estudio de
cuenca la cual es conocido como el estudio hidrolologico la cual requiere muchas
variables con las cuales una persona puede trabajar conociendo esos aspectos
se busca determinar las características determinantes en una cuenca hidrológica
con sus determinadas variables
La cuenca al ser un fenómeno natural es también un problema no tan difícil de
solucionar pero si laborioso para el cual la hidrología que es la ciencia natura que
estudia el agua, su ocurrencia, circulación y distribución en el superficie terrestre,
sus propiedades químicas y físicas y su relación con el medio ambiente
incluyendo a los seres vivos.
La importancia de un buen estudio hidrológico permite al ingeniero conocer los
métodos para resolver los problemas prácticos que se presentan en el diseño la
cual generara un buen planeamiento y una buena realización en su operación
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Dentro del proceso de análisis del planteamiento del problema
El abastecimiento de agua potable en una población
El abastecimiento de agua potable a una industria
Satisfacer la demanda de un proyecto de generación de energía eléctrica
Permitir la navegación
Definir la capacidad de diseño de obra como
Alcantarillas
Puentes
Estructuras ara el control de avenidas
Presas
Vertederos
Sistemas de drenaje
Agrícola
Poblaciones
Carreteras
Aeropuertos
Estos diseños requieres del análisis hidrológico cuantitativo e cualitativo para la
selección del evento de diseño necesario
OBJETIVO GENERAL
El objetivo general de la hidrología es la determinación de esos eventos. los
resultados son normalmente solo estimaciones, en muchos casos, con
aproximación limitadas.
Difundir y clarificar la utilidad de las investigaciones realizadas en pequeños ríos
contrastar las variables importantes en el funcionamiento de métodos de análisis
como los resultados obtenidos en los estudios realizadas en pequeños ríos,
pueden ser utilizados para el diseño de investigaciones en cuerpos de agua de
mayor magnitud (grandes ríos) y, resaltar la importancia de la información obtenida
en la eventual caracterización de los ríos de la región en el proceso de estudio de
cuenca
Los estudios hidrológicos requieren de gran cantidad de información, la cual puede
ser obtenida a diferentes grados de detalle, de acuerdo a su utilización en los
procesos hidrológicos. Es importante que el ingeniero conozca la forma en que
datos hidrológicos se compilados y su proceso de elaboración
MARCO TEÓRICO
El Ciclo Hidrológico:
el ciclo hidrológico es el conjunto de cambios que experimenta el agua en a
naturaleza en su estado (solidó liquido gaseoso) como en su forma como agua
superficial agua sub terranea, Etc.
El ciclo hidrológico es completamente irregular y es precisamente contra estas
irregularidades que lucha el hombre, una muestra de ello, son los periodos de
satisfacción con los requerimientos del agua, para las diferentes actividades
(Uso poblacional, irrigación, generación de energía eléctrica, uso industrial, otros
periodos de sequías y otros de inundaciones
Como todo ciclo hidrológico no tiene ni principio ni fin y su descripción puede
comenzar en cualquier punto. el agua que se encuentra sobre la superficie
terrestres, ríos, lagos y mares se evapora bajo efecto de la radiación solar y el
viento . el vapor resultante es transportando por las masas de aire en movimiento
en determinadas condiciones , el vapor se condena formando las nubes las
cuales se precipitan con el cual se forman una acumulación de agua la cual por
acción de la gravedad viajan hacia zonas de menor altura la cual cuando en zonas
bajas genera un efecto de inundación.
CUENCA
Las cuenca es el área de terreno
donde todas las aguas caídas por
precipitación se unen para formaron
solo curso de agua. Cada curso de
agua tiene una cuenca bien definida
para cada punto de recorrido la cual
cuenta con diferentes características
la cual principalmente es el lugar de
origen en una cuenca podemos encontrar sus orígenes por diferentes formas
Acumulación de agua en la parte superior
Descongelamiento de glaciares
Afloramiento de agua subterránea
En las cuales una cuenca es de diferentes características las cuales serán
estudiadas en el presente trabajo. En la cuenca también se encuentran diferentes
tipo de organismos vivos las cuales en un estudio de cuenca es muy necesario
realizar ya que en una obra se puede alterar el habitad de determinados
organismos vivos. La cual observamos
Características de una cuenca:
Delimitación:
La delimitación de un cuenca se hace sobre un plano o mapa a curvas de nivel
siguiendo las líneas de divortium acuarium la cual es una línea imaginaria que
divide e las cuencas adyacentes y distribuye el escurrimiento originado por la
precipitación, que en cada sistema de corrientes, fluye hacia un punto de salida
de la cuenca el divortium acuarium está formado por los puntos de mayor nivel
topográfico y cruza las corrientes en los puntos de salida , llamada estación de
aforo
La frontera de una cuenca topográfica y correspondiente cuenca de agua
subterránea no b necesariamente tienen la misma proyección horizontal, por lo
que se puede realizar una delimitación topográfica o una delimitación real, que
corresponde a la delimitación considerando el aporte de las aguas subterráneas
Clasificación de la cuenca
Cuenca grande: es aquella cuenca en la que predomina las características de las
misma pendiente, elevación, a. cauce, área, una cuenca para fines prácticos, se
considera grandes cuando el área es mayor que 250 km2
Cuenca pequeña: es aquella cuenca que responde a las lluvias de fuerte
intensidad y pequeña duración, en la cual las características físicas como tipo de
suelo, vegetación, son más importantes que las del cauce. Se considera cuenca
pequeña aquella cuya área varía desde unas pocas hectáreas hasta un límite
que para propósitos prácticos, se considera a 250km2
Características físicas en cada cuenca
Superficie
Topografía
Altitudes características
Geología y suelos
Cobertura
SUPERFICIE DE LA CUENCA:
Se refiere a las áreas proyectadas en un plano horizontal, es de forma muy
irregular, se obtiene después de delimitar la cuenca
El cálculo del área de una cuenca esta dado por diferentes formas las cuales se
menciona
Uso de la balanza analítica
Uso del planímetro
Uso del mácate
Uso de curvímetro
CURVAS CARACTERISTICAS DE UNA CUENCA:CURVAS HIPSOMETRICA.
La curva hipsométrica es la curva que puesta en coordenadas rectangulares,
representa la relación entre altitud y la superficie de la cuenca que queda sobre
esa altitud.
Para construir la curva hipsométrica se utilizan un mapa con curvas con cuenca de
nivel. Se considera un determinado proceso
Se marcan sub. Áreas de la cuenca siguiendo las curvas de nivel
Con e planímetro o balanza analítica se determinan las áreas parciales de esos
contornos
Se determinan las áreas acumuladas de las porciones de a cuenca
Se determinan el área acumulada que queda sobre cada altitud del ¡contorno.
Se plotea las altitudes, versus las correspondientes áreas acumuladas que
quedan sobre esas altitudes
CURVAS DE FRECUENCIA DE ALTITUDES
Es la representación grafica de la distribución en porcentajes, de las superficies
ocupadas por diferentes altitudes.
Es un complemento de la curva hipsométrica la curva de frecuencia de altitudes
esta se obtienen cuando se genera una relación entre la altitud y el porcentaje
del total de la cuenca. Con las curvas se pueden determinas altitudes
características
Altitud media
Altitud más frecuente
Altitud de frecuencia media
ÍNDICES REPRESENTATIVOS
FACTOR DE UNA CUENCA (F)
Expresa la relación entre ancho promedio de la cuenca y su longitud. Si el facto de
la cuenca es mayor que otra existe mayo posibilidad de tener una tormenta
intensa simultanea sobre toda la extensión de la cuenca
Si la cuenca tiene un factor menor, tiene menos tendencia a concentrar las
intensidades de lluvias que una cuenca de igual área pero un factor mayor
INDICE DE COMPACIDAD
El índice de compacidad de una cuenca, expresa la relación entre el perímetro de
la cuenca, y el perímetro equivalente de una circunferencia que tiene la misma
área de la cuenca
El índice de compacidad trata de expresar la influencia del perímetro y el área de
una cuenca en la escorrentía, particularmente en las caracte3risticas del
hidrograma,
RECTANGULO EQUIVALENTE:
El rectángulo equivalente es una Transformación geométrica, que permite
representar a la cuenca de su formas heterogenia con la forma de un rectángulo,
que tiene a misma área y perímetro con igual distribución de alturas y por lo
tanto igual curvas Hipsométricas e igual distribución de terreno en cuanto a sus
condiciones de cobertura. En este rectángulo, las curvas de nivel se convierten en
rectas paralelas al lado menos siento estos lados la primera y última curva de
nivel.
INDICE DE PENDIENTE
El índice de pendiente es un ponderación que se establece entre las pendientes y
el tramo recorrido por el rió. Con este valor se puede establecer el tipo de
granulometría que se encuentra en el cauce además, expresa en cierto modo , el
relieve de la cuenca , se obtiene utilizando el rectángulo equivalente
PENDIENTE DE LA CUENCA
La pendiente de la cuenca es un parámetro muy importante en el estudio de toda
cuenca, tiene una relación importante y compleja con la infiltración, la escorrentía
superficial, la humedad del suelo , y la contribución del agua subterránea a la
escorrentía. Es uno de los factores, que controla el tiempo de escurrimiento y
concertación de la lluvia en los canales de drenaje y tiene una importancia directa
en la relación a la magnitud de las crecidas
Existen diversos criterios para evaluar la pendiente de una cuenca
Criterio de alvord
Criterio de horton
Criterio de nash
Criterio del rectángulo equivalente
PERFIL LONGITUDONAL DEL CURSO DE AGUA
Si se plotea la proyección de la longitud de un cauce con la altitud. Se obtiene el
perfil longitudinal del curso de agua
La importancia de conocer el perfil longitudinal del curso principal, radica en que
nos proporciona una idea de las pendientes que tiene el cauce, en diferentes
tramos de su recorriendo y que es un facto de importancia para cierto trabajo,
como control de aguas , puntos de captación centrales hidroeléctricas.
PENDIENTES DEL CAUCE
El conocimiento de la pendiente del cauce principal de una cuenca es un
parámetro importante, en el estudio del comportamiento del recurso hídrico, como
para la determinación de las características optimas de su aprovechamiento
hidroeléctrico o en la solución de problemas de inundaciones
En general la pendiente de un tramo de un cauce de un rió, se puede considerar
como el cociente, que resulta de dividir el desniveles de los extremos del tramo
entre la longitud horizontal de dicho tramo.
Existen varios métodos para obtener la pendiente de un cauce entre lo que se
puede mencionar
Pendiente uniforme
Compensación de áreas
Ecuación de Taylor y schwarz
RED DE DRENAJE:
La red de drenaje de una cuenca se refiere a las trayectorias o al arreglo que
guarda entre si os 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 resulta, es decir la rapidez
con que desaloja la cantidad de agua recibe, la forma de drenaje, proporciona
también indicios de las condiciones del suelo y de la superficie de la cuenca.
La característica de una red de drenaje, puede describirse principalmente de
acuerdo con:
El orden de las corrientes
Longitud de los tributarios
Densidad de corriente
Densidad de drenaje
ORDEN DE LAS CORRIENTES:
El orden de corriente es una clasificación que proporciona el grado de bifurcación
dentro de la cuenca. para hacer esta clasificación se requiere de un plano de la
cuenca que incluya tanto corrientes perennes como intermitentes el
procedimiento más comuna para esta clasificación es considerar como corrientes
de orden uno aquellas que no tiene ningún tributario de orden 2 aquellos que
tienes tributarios de orden 1 y orden 3
PRECIPITACIÓN:
Definición:La precipitación, es toda forma de humedad que originándose en las nubes, llega
hasta la superficie del suelo estas se pueden presentar
Lluvias
Granizado
Garúas
Nevadas
Desde el punto de vista de la ingeniería la precipitación es la fuente primaria de
agua de la superficie terrestre, y sus mediciones y análisis, forman el punto de
partida de los estudios concernientes al uso y control del agua.
MEDICIÓN DE LA PRECIPITACIÓN
Las precipitaciones se miden en términos de la altura de lámina de agua y se
expresa comúnmente en milímetros. Esta altura de amina de agua indica la altura
del agua que se acumula en una superficie horizontal si la precipitación
permaneciera donde cayo
los aparatos de medición se basan en la exposición a la intemperie de un
recipiente cilíndrico abierto en su parte superior, en el cual se recoge e agua
producto de la lluvia u otro tipo de precipitación registrando su altura. Los aparatos
de medición, se clasifican de acuerdo con el registro de las precipitaciones , en
pluviómetros y pluviogramas
CALCULO DE LA PRECIPITACIÓN MEDIA SOBRE UNA ZONA.
En general la altura de precipitación que cae en una sitio dado difiere de la que cae
en lo alrededores, aunque sea en sitios cercanos. Los pluviómetros registran la
lluvia puntual, es decir, la que se produce en un punto en la que instalada el
aparato. para muchos problemas hidrológicos, se requiere conocer la altura de
precipitación media de una zona, la cual puede estar referida a la altura de
precipitación media de una zona la cual puede estar referida a la altura de
precipitación diaria, mensual, anual, media mensual, media anual.
Altura de precipitación diaria
Altura de precipitación media diaria
Altura de precipitación mensual
Altura de precipitación media mensual
Altura de precipitación anual
Altura de precipitación media anual
Para calcular la precipitación media anual existen tres métodos generalizados
Promedio aritmético
Polígono de thiessen
Isoyetas
CÁLCULOS Y DATOS OBTENIDOS DE CUENCA ZONA - ARAPA
Área y perímetro de la cuenca:
Superficie total 40.52 km2
Perímetro 25.48 km
Curvas características de una cuenca
Curvas de nivel
(m)
Superficie (km2)
3800-3850 12.22
3850-3900 3.63
3900-3950 2.13
3950-4000 3.38
4000-4050 1.93
4050-4100 1.94
4100-4150 1.77
4150-4200 1.61
4200-4250 1.57
4250-4300 10.34
Superficie total 40.52 km2
Perímetro 25.48 km
Cálculos para la obtención de la curva hipsométrica
Altitud Áreas
parciales
Áreas
acumuladas
Áreas
que
quedan
sobre las
altitudes
% del total % del
total que
queda
sobre la
altitud
(msnm) (Km2) (Km2)
Punto
más bajo-0 0 40,52 0.00 100.00
3850 12,22 12,22 28,30 30,16 69,84
3900 3,63 15,85 24,67 8,96 60,88
3950 2,13 17,98 22,54 5,26 55,63
4000 3,38 21,36 19,16 8,34 47,29
4050 1,93 23,29 17,23 4,76 42,52
4100 1,94 25,23 15,29 4,79 37,73
4150 1,77 27,00 13,52 4,37 33,37
4200 1,61 28,61 11,91 3,97 29,39
4250 1,57 30,18 10,34 3,87 25,52
4300 10,34 40,52 0,00 25,52 0,00
40,52 100,00
0 3800
30,16 3850
8,96 3900
5,26 3950
8,34 4000
4,76 4050
4,79 4100
4,37 4150
3,97 4200
3,87 4250
Calculo de los lados L y lCalculo de los segmentos del lado mayor Li
Longitudes parciales del rectángulo equivalente
L1=
L1=
L2=
L3=
L4=
L5=
L6=
L7=
L8=
L9=
L10=
INDICE DE PENDIENTE:IP=INDICE DE PENDIENTE
N=NUMERO DE CURVAS DE NIVEL EXISTENTE EN EL RECTANGULO
A1 , a2, a3 = cotas de las n curvas de nivel
B= FRACCION DE LA SUPERFICIE TOTAL DE LA CUENCA CONPRENDIDA
ENTRE LAS COTAS
L=LONGITUD DEL LADO MAYOR DE RECTANGULO EQUIVALENTE
B (AI-AI+1) L INDICE DE
PENDIENTE
0.3015 50 6.64 1.506
8.95 50 6.64 0.8213
5.256 50 6.64 0.6291
8.341 50 6.64 0.7925
4.763 50 6.64 0.5988
4.787 50 6.64 0.6004
4.368 50 6.64 0.5735
3.973 50 6.64 0.5469
3.874 50 6.64 0.5401
0.2551 50 6.64 1.386
EL INDICE DE PENDIENTE : 0.7996
PENDIETE DE LA CUENCACRITERIO DEL RECTANGULO EQUIVALENTE:S: pendiente de la cuenca
H: desnivel total
L: lado mayor del rectángulo equivalente
PERFIL LONGITUDINAL DEL CURSO DE AGUA
COTADISTANCIA PARCIAL
DISTANCIA ACUMULADA
3850 2254 2254
3900 730 2984
3950 701 3685
4000 430 4115
4050 510 4625
4100 840 5465
4150 638 6103
4200 146 6249
RED DE DRENAJEORDEN DE LAS CORRIENTES:´
LONGITUD DE LOS TRIBUTARIOS:
En la cuenca existe 2 tributarios
TRIBUTARIO 1: TRIBUTARIO 2:
L1: 11767.4874 L2: 2180.6491
DENSIDAD DE CORRIENTE:
DC: DENSIDAD DE CORRIENTENC: NUMERO DE CORRIENTES PERENES E INTERMITENTESA: AREA TOTAL DE LA CUENCA EN KM 2
DENSIDAD DE DRENAJE:
Dd : densidad de drenajeL: longitud total de las corrientes perennes en kmA: área total de las cuencas en
La densidad de drenaje es: 617.297
MÉTODO DE LOS POLÍGONOS DE THIESSEN
Requiere el conocimiento de la ubicación de cada estación dentro o en la periferia
de la cuenca para proceder a su aplicación, identificando el área de influencia de
cada pluviómetro y/o pluviógrafo. Así se van formando triángulos entre las
estaciones más cercanas uniéndolas con segmentos rectos sin que éstos se corten
entre sí y tratando que los triángulos sean lo más equiláteros posibles.
A partir de allí se trazan líneas bisectoras perpendiculares a todos los lados de los
triángulos, las que al unirse en un punto común dentro de cada triángulo conforma
una serie de polígonos que delimitan el área de influencia de cada estación. El
área de influencia de cada estación considerada “Polígono” está comprendida
exclusivamente dentro de la cuenca
La precipitación media es:
P=∑(Pi*Ai)/A=∑(Pi*Ai/A)Siendo:
P precipitación media sobre la cuenca
Pi precipitación observada en la Estación i
Ai área del polígono correspondiente a la Estación i
A área total de la cuenca
n número de estaciones pluviométricas y/o pluviográficas con influencia en la
cuenca
El cálculo ordenado de la lluvia media por el método de Thiessen se realiza
utilizando la Tabla: computo de la precipitación media según polígonos de thiessen
ESTACION AREA DE
LA
ESTACIO
N
AREA
(km2)
PORCENTAJE
DE AREA
PRESIPITACI
O
(mm)
1 A 1 4.05 9.99 350
2 A 2 6.07 14.98 340
3 A 3 7.16 17.67 345
4 A 4 3.10 7.65 365
5 A 5 1.66 4.10 375
6 A 6 3.47 8.56 360
7 A 7 6.46 15.95 355
8 A8 5.17 12.76 380
9 A9 3.38 8.34 370
P=∑(Pi*Ai)/A=∑(Pi*Ai/A)Sustituyendo la ecuación
Precipitación media= Pm
Pm=350+340+345+365+375+360+355+380+370
9
Pm=360
Pm=0.0999x350+0.1498x340+0.1767x345+0.0765x365+0.0410x375+0.0856x360+
0.1595x355+0.1276x380+0.0834x370
Pm= 360
Porcentaje de área entre dos isoyetas
Isoyetas (mm) Áreas Porcentaje de área entre curvas
Isoyeta promedio
340-345 8.29 19.70 342.5345-350 6.01 14.28 347.5
350-355 6.36 15.11 352.5355-360 5.45 12.95 357.5
360-365 4.58 10.88 362.5365-370 4.59 10.92 367.5
370-375 4.01 9.53 372.5375-380 2.79 6.63 377.5
Pmed=0.1970x342.5+0.1428x347.5+0.1511x352.5+0.1295x357.5+0.1088x362.5+ 0.1092x367.5+0.0953x372.5+0.0663x377.5Pmed=360
CONCLUCIONES
La estimación de la lluvia con un determinado periodo de retorno serealiza a partir
de los valores de lluvia diarias, entre otras cosas porque el número de estaciones
que realizan medidas diarias tienen mayor densidad. La designación de los
periodos de retorno a las lluvias se hace mediante cálculos estadísticos, y el
modelo que utilicemos y la forma de estimar sus parámetros serán determinantes a
la hora de obtener los resultados.
Los calculos se han realizado con los datos de caudales máximos anuales
instantáneos obtenidos de la estación meteorológica de Pamplona, a los cuales ha
sido necesario aplicar una serie de métodos estadísticos para el cálculo de los
caudales de avenida.
BIBLIOGRAFÍA
1. http://sitna.cfnavarra.es
2. http://hispaagua.cedex.es j. ferrer. recomendaciones para el cálculo
hidrometereológico de avenidas.
3. v.t. chow. hidrología aplicada ( mc graw hill).
4. apuntes clase.
5. mecanica de fluidos e hidraulica – coleccionsauw
6. hidrologia – maximo villon bejar
7. wikipedia – cauce
ANEXOS
