“UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES”

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

CURSO HIDROLOGIA

• RED HIDRICA 24-m (CUENCA DEL MANTARO Y PERENE)

• Cuencas Hidrográficas a nivel nacional <3000 km2

• Cuenca del Rio Mantaro 24-m

Área Total: 34363.183 km 2

Orden: 143

Nivel: 4

• Nevado Huaytapallana

• Canales en costa

• Defensa ribereña

La destilación del agua de mar, bajo la acción de los rayos solares, es la

fuente original del agua de los continentes. En los continentes existen también

una evapotranspiración, directamente a partir del suelo (evaporación) e

indirectamente a partir de la vegetación (transpiración). Su valor se calcula en

71000km3 por año.

Se denomina ciclo hidrológico al conjunto de cambios que experimenta el

agua en la Naturaleza, tanto en su estado (sólido, líquido y gaseoso) como en

su forma (agua superficial, agua subterránea, etc).

Es frecuente definir la Hidrología como la ciencia que se ocupa del estudio del

ciclo hidrológico.

EL CICLO HIDROLÓGICO

El ciclo hidrológico no es nada regular. Todo lo contrario. Una muestra de ello

son los períodos de sequías y de inundaciones con los que estamos tan

acostumbrados en el país.

La Hidrología, para el análisis de algunos fenómenos, hace uso de métodos

estadísticos, como tendremos oportunidad de ver a lo largo del curso y de modo

particular.

EL CICLO HIDROLÓGICO

HIDROLOGIA

• Es una ciencia que estudia el proceso del ciclohidrológico, este proceso comprende la existencia ydistribución del agua sobre la tierra, sus propiedadesfísicas y químicas y su influencia sobre el medioambiente incluyendo su relación con los seres vivos.

HIDROLOGIA DE CUENCAS

• El manejo de cuenca implica la ejecución de actividadesinterdisciplinarias que tiene como eje principal de acción el recursoagua y como ámbito de planificación la cuenca hidrográfica. Desdeeste punto de vista, la hidrología juega un papel muy importanteen la planificación de la cuenca, principalmente en los aspectos quetienen relación con el dimensionamiento de estructuras de uso ycontrol del agua así como estudios y gestión del medio ambiente.Los proyectos hidráulicos son de dos tipos: los proyectos que serefieren al uso del agua y los que se refieren a la defensa contra losdaños que ocasiona el agua

• Los proyectos típicos de uso del agua son los deabastecimiento de agua potable, los de irrigación y losde aprovechamiento hidroeléctrico; comprenden,además, los de navegación, recreación y otros. Losproyectos típicos de defensa son los de drenaje urbano,drenaje vial y drenaje agrícola; comprenden, además,los de encausamiento de ríos, los de defensa contra lasinundaciones y otros.

• El estudio de nuestros recursos hidrológicos corre porcuenta del Estado, siendo su objetivo proporcionar a losingenieros los elementos para el aprovechamiento y elcontrol del recurso agua.

Una Visión General del

ciclo hidrológico:

AGUA VERDE Y AGUA AZUL

AGUA VERDE Y AGUA AZUL

• A escala global, y desde los orígenes de nuestro planeta ,una misma masa de agua fluye continuamente siguiendo lasrutas que conforman los procesos del ciclo hidrológico. Esteciclo conecta la biosfera con la atmosfera y los ecosistemas,incluyendo los antroposistemas.

• La reserva total de agua del sistema tierra no ha cambiadodesde sus orígenes. El agua no se crea ni se destruye.

• El ciclo del agua se impulsa por la energía de sol.

• El agua se concentra en compartimientos entre los que semueven mediante flujos.

• La reserva total es la suma del agua presente en los siguientescompartimientos:

• Océanos, Hielo, La atmosfera, Ríos y Lagos, Humedad del suelo, Agua subterránea, Agua que forma parte de los organismos vivos, Etc.

• La reserva de cada uno de estos compartimientos depende de los flujos de agua entrante y saliente.

Puntos de Partición

Primer Punto de Partición

Los constituyen las copas de losarboles que interceptan parte delagua de lluvia que se re-emite porevaporación directa .

Segundo Punto de Partición

Se divide en escorrentía superficialy agua infiltrada.

Tercer Punto de Partición

El agua que llega al suelo esparcialmente evaporada desde elmismo , transpirado por lasplantas y un fracción recarga losacuíferos subterráneos.

• El viaje del agua en los ecosistemas terrestresempieza con la lluvia , tras la cual sigue unas rutasque pueden divergir en determinados puntos, losllamados de Puntos de partición (PP).

• Ciclo hidrológico en un ecosistema mostrando los puntos departición (PP) de la lluvia.

• Fuente; Falkenmark y Rockström

Visión General Del Ciclo

Hidrológico

Flujo azul

Escorrentía Superficial

Recarga de agua subterránea.

Flujo verdeEvaporación y transpiración

La partición de flujos de agua a lo

largo del ciclo hidrológico viene determinado por:

factores biofísicos

Capacidad de retención de agua

del suelo

Intensidad de las precipitaciones

Demanda Atmosférica.

factores biológicosRuta de la

fotosíntesis.

factores humanos

USO del suelo

Gestión de bosques

Compactación de suelos, etc.

• Tiempo medio de resistencia en diferentes reservas

• fuente: Pidwirmy, 2006

Análisis del Balance Hídrico

• La gestión de los recurso hídricos a diferentes escalasgeográficas debe basarse en el análisis del balancehídrico.

• El cual constituye un método contable que requiereevaluar multitud de datos hidrológicos relacionados conlas reservas y los flujos de agua (Entradas y salidas).

• El ANALISIS DEL BALANCE HIDRICO es un practico método decontabilidad que proporciona un buen marco para comprender losrecursos hidrológicos. Se puede aplicar a varias escalas: Desde elnivel de parcelas, pasando por cuencas hidrológicas, llegandoincluso a nivel global.

• Es necesario entender este balance para gestionar un modosostenible tanto el recurso con las interacciones con el ambiente yla sociedad .

• En su formas mas simple un análisis del balance Hídrico se basa enuna sola ecuación que compara las entradas y salidas de agua altiempo que da cuenta de los cambios en su almacenamiento.

Análisis del Balance Hídrico

Variables Hidrológicas• Un análisis del balance hídrico debe evaluar variables

hidrológicas como:

• La precipitación

• Intercepción

• Evaporación

• Evo transpiración

• Infiltración

• Escorrentía superficial y subterránea

• Almacenamiento superficial y subterránea

• Uso del agua

• No obstante , siempre resultan necesarios datos realesproveniente de cuencas hidrológicas monitorizadas alargo plazo.

Noción de Agua Azul y Agua Verde• La noción de agua Azul y agua verde proporciona un marco conceptual

muy valioso para la gestión del agua a diversas escalas. La lluvia enforma de precipitación genera dos tipos de recursos : el agua verde en elsuelo que se utiliza para el crecimiento de las plantas y para laproducción y que retorna a la atmosfera en forma de flujos de vapor : yagua azul en los ríos y acuíferos , accesible para el hombre, incluyendo elregadío mediante el cual en agua azul se trasforma en agua verde).

Agua verde y agua azul

Noción de Agua Azul y Agua Verde

• La noción de agua Azul y agua verde, brinda un enfoque muyinteresante de varios puntos de análisis como:

• Unificación de la protección ecológica y los proceso hidrológicos.

• Producción de Alimentos a través de la agricultura de secano (Alimentada por las lluvias ) y/o regadío.

• Integración del agua mediante el control de sus movimientos a través del paisaje en relación con el uso del suelo.

• Reparto equilibrado del agua entre seres humanos y la naturaleza.

• Comprensión del concepto eco-socio hidrología.

EL DETERIORO DE LA CALIDAD DE AGUA EN EL PERU

• El deterioro de la calidad del agua es uno de los problemas más graves delpaís. Es un impedimento para lograr el uso eficiente del recurso ycompromete el abastecimiento, tanto en calidad como en cantidad.

• Las causas principales están en la contaminación industrial, la falta detratamiento de las aguas servidas, el uso indiscriminado de agroquímicos yel deterioro de las cuencas.

• La contaminación industrial más significativa proviene de la minería, laindustria pesquera y el sector hidrocarburos. Afecta a las aguascontinentales y marinas en sectores determinados.

EL DETERIORO DE LA CALIDAD DE AGUA EN EL PERU

• El deterioro de las cuencas altas de los ríos es extremadamente grave en la sierra y en la selvaalta, donde interactúan causas variadas, tales como la deforestación y la destrucción de lacobertura vegetal, la erosión laminar y la contaminación urbana y minera.

• Estos procesos afectan a la calidad del agua y a la cantidad del recurso. El deterioro del recursoagua tiene impacto sobre:

• • La producción agrícola, por el deterioro de los suelos contaminados. En el valle del Mantaro,las aguas de riego provenientes de este río afectan la producción agrícola por la concentraciónde elementos tóxicos provenientes de La Oroya y otras zonas mineras.• La salud del ganado, y por lo tanto, sobre la producción ganadera.• La salud de las personas, en especial de los más pobres, que no cuentan con los mediospara defenderse de estas situaciones.

SEQUIAS

CUENCA HIDROGRAFICA

CUENCA HIDROGRAFICA

• Una cuenca hidrográfica es un área de terreno que drena agua en un punto común,como un riachuelo, arroyo, río o lago cercano. Cada cuenca pequeña drena agua en unacuenca mayor que, eventualmente, desemboca en el océano.

• Una cuenca hidrográfica es el área drenada por un rio. Asimismo, las cuencashidrográficas facilitan la percepción del efecto negativo de las acciones del hombresobre su entorno, evidenciándolas en la contaminación y en la calidad del aguaevacuada por la cuenca, quedando claro, por cierto, que el agua es el recurso integradory el producto resultante de la cuenca.

CUENCA HIDROGRAFICA

• Es la superficie de terreno cuyas aguas vierten a un mismo río

MORFOLOGIA DE CUENCA HIDROGRAFICA

• Se analiza las características morfológicas de la cuenca y la red de drenaje del rio y susprincipales afluentes, señalando la afluencia en que estos factores tienen en laintensificación o posible atenuación de los procesos y peligrosidad de los ríos.

• El agua es el gran escultor de la superficie de la tierra. Algunas de las característicasmorfológicas de la cuenca se han utilizado exitosamente en modelos de predicción decaudales y sedimentos en suspensión, tal como densidad de drenaje, longitud decuenca, gradiente de cuenca etc.

PARTES DE UNA CUENCA

CUENCA ALTA

• Quecorresponde ala zona dondenace el río, elcual sedesplaza poruna granpendiente.

CUENCA MEDIA

• La parte de lacuenca en lacual hay unequilibrio entreel materialsólido quellega traído porla corriente y elmaterial quesale.Visiblementeno hay erosión.

CUENCA BAJA

• la parte de lacuenca en lacual el materialextraído de laparte alta sedeposita en loque se llamacono dedeyección.

• Exorreicas: Drenan sus aguas al mar o al océano.

• Endorreicas: Desembocan en lagos, lagunas o salares que notienen comunicación salida fluvial al mar.

• Arreicas: Las aguas se evaporan o se filtran en el terreno antesde encauzarse en una red de drenaje.

TIPOS DE CUENCA

DELIMITACION

• La delimitación de una cuenca se hace sobre un plano a curvas de nivel,siguiendo las líneas del divortium acuarum o líneas de las altas cumbres.

• Para poder delimitar una cuenca se debe tener en cuenta los conceptosbásicos de cuencas, así como sus tipos y características.

• El proceso de delimitación, es válido si se utiliza tanto en el métodotradicional - delimitación sobre cartas topográficas-, así como en el métododigital con ingreso directo sobre la pantalla de un ordenador, utilizandoalgún software SIG como herramienta de digitalización.

PROCEDIMIENTO PARA LA DELIMITACIÓN DE LAS UNIDADES HIDROGRÁFICAS

PRIMERA: Se identifica la red de drenaje o corrientessuperficiales, y se realiza un esbozo muy general de laposible delimitación.

SEGUNDA: Invariablemente, la divisoria cortaperpendicularmente a las curvas de nivel y pasa, estrictamenteposible, por los puntos de mayor nivel topográfico.TERCERA: Cuando la divisoria va aumentando su altitud, cortaa las curvas de nivel por su parte convexa.

CUARTA: Cuando la altitud de la divisoria va decreciendo, cortaa las curvas de nivel por la parte cóncava.

QUINTA: Como comprobación, la divisoria nunca corta unaquebrada o río, sea que éste haya sido graficado o no en elmapa, excepto en el punto de interés de la cuenca (salida).

AREA DE LA CUENCA

• Superficie. Se refiere al área proyectada en un planohorizontal. Se determina con planímetro o con software oalgún otro calculo matemático.

COEFICIENTE DE COMPACIDAD

• La forma superficial de las cuencas hidrográficas tiene interéspor el tiempo que tarda en llegar el agua desde los límiteshasta la salida de la misma.

• Da una idea de la forma de la cuenca.

• Es una relación entre el perímetro de la cuenca “P” con elperímetro equivalente de una circunferencia, que tiene lamisma área “A” de la cuenca.

Gravelious (Kc)

• La Expresión del coeficiente de Gravelious es lasiguiente.

• Donde:

• Kc : Coeficiente adimensional de Gravelious

• P : Perímetro de la cuenca, en km

• A :Área de un circulo, igual al área de la cuenca ,en km2

• r : radio de un circulo de igual área que la cuenca.

• El índice K = 1 : la cuenca será de forma circular, de modo que cuantomás cercano a la unidad se encuentre, más se aproximará su forma ala del círculo o redonda, en cuyo caso la cuenca tendrá mayoresposibilidades de producir crecientes con mayores picos (caudales) .

• K > 1 : cuencas alargadas, cuando “K” se aleja más del valor unidadsignifica un mayor alargamiento en la forma de la cuenca (oblonga).

• El valor que toma esta expresión es siempre mayor que la unidad ycrece con la irregularidad de la forma de la cuenca, estableciéndose lasiguiente clasificación:

FACTOR DE FORMA (Rf)

• Horton (1932), sugirió un factor adimensional de forma Rf, comoíndice de la forma de una cuenca.

• Donde:

• Rf: Factor adimensional de Horton

• A: Área de la Cuenca

• Lb: Longitud de la cuenca, medida desde la salida hasta el limite,cerca de la cabecera del cauce principal, a lo largo de una línearecta, de A-B

• Este índice de Horton ha sido usado frecuentemente comoindicador de la forma del Hidrograma Unitario.

CURVA HIPSOMETRICA

• Es la curva que representa la relación entre la altitud yla superficie de la cuenca que queda sobre esa altitud,para construir la curva hipsométrica, se utiliza el planode la cuenca con curvas de nivel.

• Obtener la curva hipsométrica de una cuenca, cuyo perímetro es de430 km , con las siguientes características topográficas.

EJEMPLO

DETERMINACIÓN DE LAS ALTITUDES

• ALTITUD MEDIA: Es la ordenada media de la curva hipsométrica, enella, el 50% del área de la cuenca, está situada por encima de esaaltitud y el 50% está situado por debajo de ella

• ALTITUD MÁS FRECUENTE: Es el máximo valor en porcentaje de lacurva de frecuencia de altitudes

• ALTITUD DE FRECUENCIA MEDIA: Es la altitud correspondiente alpunto de abscisa media de la curva de frecuencia de altitudes.

• GEOLOGÍA Y SUELOS. Esta información es útil sobre todo para el estudio delas napas de agua subterránea y para la determinación de la escorrentía,porque la geología y el tipo de suelo son factores importantes dela infiltración.

• COBERTURA. Se refiere al tipo de cubierta vegetal. También es un factorimportante para la determinación de la escorrentía.

• PERFIL LONGITUDINAL DEL CURSO DE AGUA. Es una curva que representala relación entre la altitud y la longitud del curso principal. El perfil longitudinaldel rio es muy importante porque permite conocer la pendiente del rio endiferentes tramos de su recorrido.

DRENAJE DE CUENCAS

• La cuenca de drenaje es la unidad básica de investigación de lacapacidad de escorrentía, y densidad de drenaje.

• La red de drenaje es el recorrido del agua superficial desde la tierrahacia el mar se lleva a cabo a través de una red de drenaje la cualrefleja un parte características geológicas y de clima. La RD de cadacuenca a evolucionado para convertirse en el sistema para evacuar elagua de escorrentía de manera mas eficiente

TIPOS DE CORRIENTES

CORRIENTES EFÍMERAS

• Cuando solo llevanagua cuando llueve einmediatamentedespués. Circula aguaen formamomentánea.

• APORTA :escorrentíasuperficial.

CORRIENTES INTERMITENTES

• Cuando llevan agua lamayor parte del año,sobretodo en épocasde lluvias o deavenidas. Lapresencia de agua enel cauce es debida alhecho que la napafreática se ubica porencima del fondo delcauce.

• APORTA: Escorrentíasuperficial, porinfiltración osubterránea.

CORRIENTES PERMANENTES

• Cuando circula aguadurante todo el año,pues en época que nollueve y aún de ciertasequía conducenagua debido a que elnivel freático siempreestá por encima delfondo del cauce.

• APORTA: avenidas(escorrentía), enestiaje (Napafreática), deshielo denevadas, lagunas.etc.

Patrones de Drenaje

• La configuración de la red de fluviales resulta de la influencia de latopografía, los suelos, las rocas, grado de fracturación y estratificaciónesto se conoce como el sistema de drenaje.

• -Dendrítico: tiene aparecerse ala ramificacion de un árbol esto ocurreen terrenos montañosos.

• -Trillis/Pinnado: ocurre debido a los pliegues de la corteza terrestre, elrio principal se ubica en el centro del pliegue

• Radial: asociado a un volcán o montañas pronunciadas.

• Paralelo: patrón paralelo entre trillis y dendrítico

• Rectangular: ocurre en sitios de alta frecuencias de fallas, direccionesmuy lineales y ángulos definidos

• La red de corrientes seorigina con el agua querecorre una superficiecuyo relieve y erosiónvienen determinados porla geología de la región yla estructura subyacente.

CLASIFICACION DE CORRIENTES

CORRIENTE CONSECUENTE

• Es aquella cuyo curso sigue la pendiente inicial del terreno, determinada por la geología.

CORRIENTE SUBSECUENTE

• Son afluentes de un río consecuente, se forman por la erosión remontante y fluyen a lo largo de las líneas de debilidad que presenta la estructura subyacente, tales como líneas de fallas o estratos débiles.

CORRIENTE RESECUENTE

También denominadas corrientes consecuentes secundarias, son afluentes de las corrientes subsecuentes y discurren en la misma dirección que las consecuentes, pero son más jóvenes.

CORRIENTE OBSECUENTE

Las corrientes obsecuentes son aquellas que fluyen en dirección contraria a las consecuentes.

CORRIENTE INSECUENTE

• Son las que no guardan una relación obvia con la estructura y no siguen un patrón predeterminado.

CLASIFICACION DE CORRIENTES

• La ley del número de cauces y la razón de bifurcación fue formulada porRobert Horton en 1945 y se establece a partir de la relación existenteentre el número de segmentos de un orden dado y los de ordeninmediatamente superior.

• La relación de bifurcación permite comprender algunas variacionesgeoecológicas que se producen en el territorio de la cuenca,fundamentalmente cambios importantes en el sustrato rocoso, en lascaracterísticas de los grupos de suelos dominantes y en la coberturavegetal.

RAZÓN DE BIFURCACIÓN

• Las cuencas cuya relación de bifurcación permanece constante,indican homogeneidad en las características geoecológicasanteriores.

• A partir de la relación de bifurcación, Robert Horton estableció que:“El número de segmentos de órdenes sucesivamente inferiores deuna cuenca dada, tiende a formar una progresión geométrica quecomienza con el único segmento de orden más elevado y crecesegún una relación constante de bifurcación.” Siendo entonces lasumatoria del número de cauces el número total de cursos quecomponen la red de drenaje de la cuenca.

RAZÓN DE BIFURCACIÓN

CALCULO DE LA RAZON DE BIFURCACION

• El cociente de bifurcación (Rb) es la proporción existente entre el númerode corrientes de corrientes de un determinado orden y el número decorrientes de orden inferior inmediato, suele ser constante en la mayoríade las redes y oscila entre 3 y 5.

COCIENTE DE BIFURCACIÓN

• El patrón y densidad de las corrientes y ríos que drenan no sólodependen de su estructura geológica, sino también del relieve de lasuperficie terrestre, el clima, el tipo de suelo, la vegetación y, cada vezen mayor medida, de las repercusiones de la acción humana en elmedio ambiente de la cuenca.

DENSIDAD DE CORRIENTES (Dc)

• La densidad de corriente, es un parámetro que indica laeficiencia del drenaje de una cuenca.

Donde :

Dc : N° corrientes / ha ò km²

Nc : número de las corrientes

perennes e intermitentes de la cuenca

A : área de la cuenca.

• La corriente principal se cuenta como una sola desde sunacimiento hasta su desembocadura; después se tendrántodos los tributarios de orden inferior desde su origen hasta launión de la corriente principal y así sucesivamente hasta llegara las corrientes de orden 1.

DENSIDAD DE CORRIENTES (Dc)

• La densidad de drenaje (Dd) es una propiedad fundamental de lacuenca, que controla la eficiencia de drenaje (Jones, 1997) y señalael estado erosivo de la cuenca, y está definida, para una cuencadada, como la longitud media de curso por unidad de superficie:

DENSIDAD DE DRENAJE (Dd)

DENSIDAD DE DRENAJE (Dd)

-Si la Dd > 1 : La cuenca es bien desarrollada aguas abajo permanente-Si la Dd > 2.74 se considera una cuenca bien drenada.

Por otra parte, si sólo consideramos este índice, sin tener en cuenta otros factoresdel medio físico de la cuenca, podemos decir que cuanto mayor sea la densidad dedrenaje, más rápida será la respuesta de la cuenca frente a una tormenta,evacuando el agua en menos tiempo. Esto quiere decir, que al tener una altadensidad de drenaje, una gota deberá recorrer una longitud de ladera pequeña,realizando la mayor parte del recorrido a lo largo de los cauces, donde la velocidadde escurrimiento es mayor, por lo tanto los hidrogramas en principio tendrán untiempo de concentración relativamente corto.

• El conocimiento de la pendiente del cauce principal de una cuenca, es unparámetro importante, en el estudio del comportamiento del recursohídrico, como por ejemplo, en la determinación de las característicasóptimas de su aprovechamiento hidroeléctrico, o en la solución deproblemas de inundaciones

PENDIENTE DE CAUCE

• Este método considera la pendiente del cauce, como la relaciónentre el curso de agua más largo con la superficie de la cuenca.

• Donde:

• J : pendiente media del cauce (%)

• Hmáx. : altitud máxima del cauce (km)

• Hmín. : altitud mínima del cauce (km)

• L : longitud del cauce (km)

PENDIENTE DE CAUCE

INSTITUCIONES PUBLICAS

MINISTERIOS

PROYECTOS DE INVERSION PUBLICA (PIP)

- Formulación de expedientes: Sistema de riego, puentes, defensa ribereña, entre otros..