Informe1_Parametros Geomorf Cuenca

Universidad Nacional de Cajamarca Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS DE UNA CUENCA ASIGNATURA:

HIDROLOGÍA SUPERFICIAL

DOCENTE

: ING. LUIS ORTIZ DE FRANSECH

ALUMNOS

:

INCIO ABANTO, PAUL LLANOS CERCADO, YSIDERIO MENDOZA LINARES, CÉSAR SÁNCHEZ CHUQUILÍN, ALEX

GRUPO

:

“A” Cajamarca, Mayo del 2012

Hidrología Superficial

Ingeniería Civil UNC

INTRODUCCIÓN. Hoy en día es de mucha importancia el estudio hidrológico de un sistema, pues aquí se obtiene los datos que se van a tomar en cuenta en el diseño, si este paso no se tomará en cuenta con plena seguridad que cualquier estructura hidráulica colapsaría y con ello traería pérdidas irreparables, el estudio hidrológico debe hacerse con mucha cautela ya que el más mínimo error podría variar considerablemente muchos parámetros con lo cual no obtendríamos los datos exactos para empezar a desarrollar cualquier proyecto. En este tipo de proyectos es necesario conocer todo lo que esta relacionado con la hidrología superficial, en donde veremos: la distribución, cuantificación y utilización de los recursos hídricos que están disponibles en el globo terrestre. Estos recursos se distribuyen en la atmósfera, la superficie terrestre y las capas del suelo. Es importante tener cocimiento de éstos datos ya que nuestro campo profesional es muy común encontrase con problemas relacionados al cauce de aguas, cabe resaltar que es una de las aplicaciones más importantes para el desarrollo socio económico de una población

I. JUSTIFICACIÓN. El desarrollo del siguiente trabajo tiene como finalidad delimitar la cuenca hidrográfica del rio Catuden, calcular los diferentes parámetros geomorfológicos de ésta cuenca, para que tener una idea del comportamiento, distribución y variabilidad, de las principales variables que conforman el ciclo hidrológico.

II. OBJETIVOS  Realizar la delimitación de un sistema hidrológico (cuenca del Rio Catuden).  Calcular y analizar los parámetros geomorfológicos, de la cuenca asignada, aplicando los conocimientos adquiridos en clase.

Cuenca hidrográfica

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III. DEFINICIONES IMPORTANTES 1. CUENCA HIDROLOGICA Es el área de terreno donde todas las aguas caídas por precipitación, se unen para formar un solo curso. Cada curso de agua tiene una cuenca bien definida para cada punto de su recorrido

2. DELIMITACION DE UNA CUENCA La delimitación de una cuenca se hace sobre un plano a curvas de nivel siguiendo las líneas del DIVORTIUM ACUARIUM, que es una línea imaginaria, que divide a las cuencas adyacentes y

distribuye el escurrimiento originado por la

precipitación, en que cada sistema de corriente fluye hacia el 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 llamado estación de aforo (punto emisor). Ejemplo: Delimitación de una cuenca

Cuenca hidrográfica

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3. CLASIFICACION DE UNA CUENCA La cuenca se puede clasificar de acuerdo a su tamaño: • Cuenca Grande: es aquella cuenca en la que predomina las características fisiográficas de la misma, es decir su pendiente, elevación, área, cauce, etc. Se puede considerar que una cuenca es cuando su área es mayor de 250km2 • Cuenca Pequeña: se considera cuenca pequeña, cuando su área varia de unas pocas hectáreas hasta 250km2; en esta cuenca sus características físicas como el tipo de suelo, vegetación son más importantes que las de cauce

4. CURVAS CARACTERISTICAS DE UNA CUENCA • Curva Hipsométrica: Esta curva es una especie de perfil longitudinal promedio de la cuenca y tiene especial significación debido a que la altitud es un parámetro preponderante de la Hidrología Regional. Grafica las alturas en el eje de las ordenadas versus el área acumulada que queda por encima de la curva de nivel correspondiente en el eje de las abscisas.

Cuenca hidrográfica

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GRAFICOS DE CUENCA GRANDE-CUENCA PEQUEÑA

• Superficie de la Cuenca: Se refiere al área proyectada en un plano horizontal, es de forma muy irregular; y se obtiene después de delimitar la cuenca. • Cálculo del Área de la Cuenca: Debido a su forma muy irregular, el área de una cuenca se calcula con Planímetro, o por el Método de la Balanza Analítica. El primero consiste en utilizar un planímetro para recorrer el perímetro de la figura, mediante lo cual, y a través de una conversión de unidades en la lectura del planímetro, obtendremos una muy buena aproximación del área de la cuenca. El segundo, consiste en recortar la cuenca previamente dibujada sobre una superficie de cartón; para comparar su peso con el de una figura conocida del mismo material; y por simple aplicación de la Regla de Tres, obtener el área deseada. Cabe resaltar sin embargo, que se puede realizar por el Método Computacional, que consiste en utilizar una aplicación de Autocad, mediante la cual, se obtendrá Cuenca hidrográfica

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una mejor aproximación del Área de nuestra Cuenca.

DIBUJO DE LA POLILÍNEA QUE DEMARCARÁ EL CONTORNA DE LA PROYECCIÓN HORIZONTAL DE LA CUENCA CUYA ÁREA DESEAMOS CALCULAR.

CÁLCULO AUTOMÁTICO DEL ÁREA DE LA FIGURA DIBUJADA, HACIENDO USO

Cuenca hidrográfica

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Ingeniería Civil UNC DE AUTOCAD.

• Curva de Frecuencia de altitudes: Curva de Frecuencia de altitudes: Es el complemento de la curva hipsométrica, puesto que es la representación gráfica de la distribución de áreas ocupadas por las diferentes altitudes. Las áreas parciales, en porcentaje, se plotean en el eje de las abscisas versus las alturas en el eje de las ordenadas. −

• Altitud Media: Esta definida por la ordenada media H de la curva hipsométrica. −

H=

1 n ∑ H i * Ai A i =1

Donde: −

H = altitud media (m.s.n.m) Hi= altura correspondiente al área Ai. A= Área de la cuenca. N= número de áreas parciales de la cuenca.

5. SISTEMA HIDROLÓGICO Conjunto de procesos (físicos, químicos y/o biológicos) que actuando sobre una o más variables de entrada los transforman en una o más variables de salida.

6. PARÁMETROS GEOMORFOLÒGICOS • AREA DE LA CUENCA (A) Representa el área de la Cuenca en proyección horizontal.

• PERIMETRO DE LA CUENCA (P) Es la longitud de la curva cerrada correspondiente al Divortio Aquarium, se expresa generalmente en Km. y se determina mediante el curvímetro. • LONGITUD DEL CAUCE PRINCIPAL (L) La longitud del cauce principal es un parámetro asociado con la geometría y tiempo de concentración en consecuencia expresa de alguna manera el grado de intensidad de la escorrentía directa de la cuenca. Cuenca hidrográfica

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• ANCHO PROMEDIO (B) Se obtiene dividiendo el área de la cuenca por la longitud del cauce principal. B=

A L

Donde B : Ancho promedio. A: Área de la cuenca. L: Longitud del cauce principal. • COEFICIENTE DE GRAVELIUS ( Kc ) Llamado también coeficiente de compactación, mide el grado de circularidad de la cuenca y tiene gran influencia en el tiempo de equilibrio del área colectora, matemáticamente, se expresa como la relación entre el perímetro P de la cuenca y el perímetro πD de un círculo equivalente de igual área A de la cuenca. Kc =

P P = = 0.2821PA −1 / 2 πD 2 πA

Donde: Kc : Coeficiente de Gravelius.

A: Área de la cuenca. P: Perímetro de la cuenca. • RECTÁNGULO EQUIVALENTE Es el rectángulo que tiene la misma área y el mismo perímetro que la cuenca. Sus lados están definidos por:

2  Kc. A1 / 2  1.12  Kc  1 − a=   − 1 1.12  Kc  1.12    

Cuenca hidrográfica

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Kc. A1 / 2 b= 1.12

 1.12  Kc  2  1 +   − 1 Kc  1.12     

Donde: a= Lado menor del rectángulo. b= Lado mayor del rectángulo. Kc= Coeficiente de Gravelius. A= Área de la cuenca. • PENDIENTE DE LA CUENCA (SG) Es un parámetro muy importante en el estudio de cuencas, pues influye entre otras cosas en el tiempo de concentración de las aguas en un determinado punto del cauce. Existen diversos criterios para la estimación de este parámetro. Dada la necesidad de estimar áreas entre curvas de nivel y para facilidad de trabajo (función de la forma, tamaño y pendiente de la cuenca) es necesario contar con un número suficiente de curvas de nivel que expresen la variación altitudinal de la cuenca, tomándose entonces unas curvas representativas. Una manera de establecer estas curvas representativas es tomando la diferencia entre la cota máxima y mínima presentes en la cuenca y dividiéndola entre seis. El valor resultante tendrá que aproximarse a la equidistancia de las cotas del plano empleado.

• CRITERIO DE ALVORD Analiza la pendiente existente entre curvas de nivel, trabajando con la faja definida por las líneas medias que pasan entre las curvas de nivel, para una de Cuenca hidrográfica

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ellas la pendiente es (Fig Nº 1)

• CRITERIO DE HORTON Consiste en trazar una malla de cuadrados sobre la proyección planimetría de la cuenca orientándola según la dirección de la corriente principal. Si se trata de una cuenca pequeña, la malla llevará al menos cuatro (4) cuadros por lado, pero si se trata de una superficie mayor, deberá aumentarse el número de cuadros por lado, ya que la precisión del cálculo depende de ello. Una vez construida la malla, en un esquema similar al que se muestra en la Fig. (2), se miden las longitudes de las líneas de la malla dentro de la cuenca y se cuentan las intersecciones y tangencias de cada línea con las curvas de nivel.

Cuenca hidrográfica

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La pendiente de la cuenca en cada dirección de la malla se calcula así:

• NÚMERO DE ORDEN DE UN CAUCE Existen diversos criterios para el ordenamiento de los cauces (o canales) en la red de drenaje de una cuenca hidrográfica; destacando Horton (1945) y Strahler (1957). En el sistema de Horton (figura 3.3), los cauces de primer orden son aquellos que no poseen tributarios, los cauces de segundo orden tienen afluentes de primer orden, los cauces de tercer orden reciben influencia de cauces de segundo orden, pudiendo recibir directamente cauces de primer orden. Entonces, un canal de orden u puede recibir tributarios de orden u-1 hasta 1. Cuenca hidrográfica

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Esto implica atribuir mayor orden al río principal, considerando esta designación en toda su longitud, desde la salida de la cuenca hasta sus nacientes. El sistema de Strahler (figura 3.3) para evitar la subjetividad de la designación en las nacientes determina que todos los cauces serán tributarios de aun cuando las nacientes sean ríos principales. El río en este sistema no mantiene el mismo orden en toda su extensión. El orden de una cuenca hidrográfica está dado por el número de orden del cauce principal. El número de orden es extremadamente sensitivo a la escala del mapa empleado. Así, una revisión cuidadosa de fotografías aéreas demuestra, generalmente, la existencia de un buen número de cauces de orden inferior mucho mayor al que aparecen en un mapa de 1:25 000. Los mapas a esta escala, a su vez, muestran dos o tres órdenes de magnitud que los de 1:100000. Se puede encontrar inclusive, diferencias en la delineación de los ríos. De esta manera, cuando se va emplear este parámetro con propósitos comparativos es necesario definirlo cuidadosamente. En ciertos casos puede ser preferible hacer ajustes de los estimativos iniciales mediante comprobaciones de terreno para algunos tributarios pequeños.

• Graficar la Curva Hipsométrica de la cuenca y determinar el valor de la altitud media (m.s.n.m.), analítica y gráficamente Cuenca hidrográfica

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Se define como curva hipsométrica a la representación gráfica del relieve medio de la cuenca, construida llevando en el eje de las abscisas, longitudes proporcionales a las superficies proyectadas en la cuenca, en km2 o en porcentaje, comprendidas entre curvas de nivel consecutivas hasta alcanzar la superficie total, llevando al eje de las ordenadas la cota de las curvas de nivel consideradas. La altura o elevación media tiene importancia principalmente en zonas montañosas donde influye en el escurrimiento y en otros elementos que también afectan el régimen hidrológico, como el tipo de precipitación, la temperatura, etc. Para obtener la elevación media se aplica un método basado en la siguiente fórmula:

• PENDIENTE DEL CURSO PRINCIPAL Pendiente del curso principal: El conocimiento de éste parámetro es también de suma importancia en el estudio del comportamiento del recurso hídrico con diversos fines, tales como: ubicación de obras de toma, evaluación y Cuenca hidrográfica

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optimización del potencial hidroenergético, etc. En general, la pendiente del cauce principal varía a lo largo de toda su longitud, siendo necesario usar un método adecuado para estimar una pendiente representativa. El concepto generalizado de que la pendiente es el cociente dado por la diferencia de altura entre la longitud del cauce principal es muy inexacto e impreciso…Para calcular la pendiente equivalente calculada mediante diversas expresiones. Algunas de estas expresiones son:   n  ∑ Li    i =1 S= 1 / 2  2 n   Li      ∑  i =1  Si  

2

Si

=

Pi − Pi −1 li

Donde: Scp= Pendiente del cauce principal Li = Longitud de cada tramo del cauce principal Si = Pend. de cada tramo del cauce dividido Pi = Cota del tramo mayor

IV. DATOS GENERALES 1. UBICACIÓN.  UBICACIÓN POLÍTICA DE LA CUENCA:. Distrito

: Magdalena.

Provincia

: Cajamarca.

Departamento

: Cajamarca.

♦ MAPAS DE UBICACIÓN :

Cuenca hidrográfica

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UBICACIÓN DEL PERU EN AMERICA DEL SUR

Cuenca hidrográfica

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UBICACION DE CAJAMARCA EN EL PERU

MAPA DEL DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA

 RADIO HIDROLÓGICO. Cuenca hidrográfica

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Sub-cuenca

: Rio Catuden

Cuenca

: Río Magdalena

Sistema del

: Atlántico.

 ORIENTACIÓN DE LA CUENCA. Noroeste - Sureste. V. METODOLOGÍA Y PROCEDIMENTO Metodología y procedimiento.-Para realizar el presente trabajo, se utilizó metodología teórica. Mediante la revisión literaria en diversos libros relacionados con el tema. Para el cálculo de los parámetros geomorfológicos como Área, perímetro, longitud del cause principal y longitud al centroide se lo realizo en Auto CAD.

VI. MATERIAL DE TRABAJO Para la realización de este trabajo domiciliario se usaron los siguientes materiales. -La carta nacional digitalizada - Material bibliográfico, útiles de escritorio, etc.

VII. DESARROLLO DEL TEMA PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS CALCULADOS: 1.

AREA DE LA CUENCA: (A) A=56.29Km2

2.

PERIMETRO DE LA CUENCA: (P) P=38.64 Km

3.

COEFICIENTE DE COMPASIDAD: (Kc) Kc = 1.45 La cuenca no es muy alargada ni muy circular, esto conlleva a una probabilidad muy moderada de la cuenca a ser cubierta en su totalidad por una tormenta.

4.

RECTANGULO EQUIVALENTE:

Cuenca hidrográfica

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Ingeniería Civil UNC 1 2

KcA a= 1.12

 1.12  Kc  2  1 −   − 1 Kc  1.12     

1

2  KcA 2  1.12  Kc  1 + b=   − 1 1.12  Kc  1.12    

a= 3.53 b= 15.93

5.

Km Km

PENDIENTE DE LA CUENCA:

Sc=15.532% 5.1. MÉTODO DE ALVORD:

Sc =

C n ∑ Li A I =1

c= equidistancia entre curvas de nivel Li=Longitud de cada curva de nivel parcial Sc=

6.

137.008 %

LONGITUD DEL CAUCE PRINCIPAL :(L) L= 7.

16.678

Km

PENDIENTE DEL CURSO PRINCIPAL: Tenemos la siguiente fórmula:      ∑n Li  i =1 S=  1  n  L2  2  ∑  i    i =1  Si  

2

Reemplazando tenemos: S = 4.3%

Cuenca hidrográfica

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Orden Rio

Nº Rios

Long. (Km)

Long. Prom.

1

2

4.664

2.332

2

2

10.412

5.206

3

2

4.884

2.442

4

1

3.563

3.563

Total

7

23.523

8.

COTA MEDIA( m)

1589.7 5 1633.2 5 1676.7 5 1720.2 5 1763.7 5 1807.2 5 1850.7 5 1894.2 5 1937.7 5 1981.2

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CURVA HIPSOMETRICA

ÁREA (KM2)

ÁREA/ ÁREATOTAL (%)

(%) ACUMUL.

0.058212

0.001034

0.0010341

0.12454

0.002212

0.0032466

0.173213

0.003077

0.0063238

0.202315

0.003594

0.0099179

0.50854

0.009034

0.0189522

0.2313535

0.00411

0.0230622

0.2813354

0.004998

0.0280602

0.4064565

0.007221

0.035281

0.705654

0.012536

0.047817

0.644687

0.011453

0.05927

Cuenca hidrográfica

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Hidrología Superficial

5 2024.7 5 2068.2 5 2111.7 5 2155.2 5 2198.7 5 2242.2 5 2285.7 5 2329.2 5 2372.7 5 2416.2 5 2459.7 5 2503.2 5 2546.7 5 2590.2 5 2633.7 5 2677.2 5

2720. 75 2764. 25 2807. 75 2851. 25 2894. 75 2938. 25

Ingeniería Civil UNC

0.985465

0.017507

0.0767769

1.155654

0.02053

0.0973073

1.1245867

0.019978

0.1172857

1.03545

0.018395

0.1356806

1.55446

0.027615

0.1632958

1.138974

0.020234

0.1835299

1.304574

0.023176

0.2067058

1.14487

0.020339

0.2270446

1.3286845

0.023604

0.2506489

1.2054654

0.021415

0.2720641

1.0054575

0.017862

0.2899262

1.106845

0.019663

0.3095895

1.1554654

0.020527

0.3301165

1.207878

0.021458

0.3515746

1.00686

0.017887

0.3694616

1.208787

0.021474

0.3909359

1.154585

0.020511

0.4114473

1.4056546

0.024972

0.4364189

1.56654

0.02783

0.4642488

1.3056846

0.023196

0.4874444

1.505464

0.026745

0.5141892

1.3154684

0.023369

0.5375587

Cuenca hidrográfica

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Hidrología Superficial

2981. 75 3025. 25 3068. 75 3112. 25 3155. 75 3199. 25 3242. 75 3286. 25 3329. 75 3373. 25 3416. 75 3460. 25 3503. 75 3547. 25 3590. 75 3634. 25 3677. 75 3721. 25 3764. 75 3808. 25 3851. 75 3895. 25 3938. 75 3982. 25 4023. 25

Ingeniería Civil UNC

1.475654

0.026215

0.5637739

1.3754

0.024434

0.5882081

1.405654

0.024972

0.6131797

1.518745

0.026981

0.6401605

1.346854

0.023927

0.6640875

1.10645

0.019656

0.6837438

1.2089687

0.021478

0.7052213

1.50454

0.026728

0.7319496

1.355654

0.024083

0.756033

1.31454

0.023353

0.779386

1.2956454

0.023017

0.8024034

1.334645

0.02371

0.8261135

1.3054568

0.023192

0.8493051

1.297645

0.023053

0.872358

0.9254685

0.016441

0.8887991

1.1545685

0.020511

0.9093102

0.7876845

0.013993

0.9233035

1.51546

0.026922

0.9502258

0.904654

0.016071

0.9662972

0.764545

0.013582

0.9798794

0.3516535

0.006247

0.9861266

0.272153

0.004835

0.9909614

0.2313535

0.00411

0.9950715

0.175315

0.003114

0.9981859

0.1044654

0.001856

1.0000418

Cuenca hidrográfica

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Hidrología Superficial

56.292352

Ingeniería Civil UNC

1.000042

VIII. INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS PARAMETROS

RESULTADO

Área

56.29 Km 2

Perímetro

38.64 Km.

Longitud del Cauce Principal

Pendiente de la Cuenca Pendiente del Cauce Principal

Número de Orden

Como el área es menor a 250 km2 podemos decir que se trata de una cuenca pequeña. Definido esté perímetro por el divortium aquarium. Distancia que existe entre el punto emisor y el extremo final del tramo.

16.678 Km.

a= 3.53 km Rectángulo Equivalente

COMENTARIOS

S

Expresa la intensidad de la escorrentía directa y

de la cuenca. Nos representan el área del rectángulo la que

b= 15.93 km

nos da una idea simplificada de la geometría

Sc=15.532%

real de la cuenca. Nos da a entender la topografía del terreno en

=16%

estudio. Como la pendiente no es muy fuerte implica

4.3 %

que no hay mucha erosión y se presenta más sedimentación en las partes bajas del curso. Implica que es una cuenca y me representa la

4

densidad de la red, tiene una regular capacidad de drenaje.

Cuenca hidrográfica

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IX. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES •

Después de haber realizado la revisión bibliográfica del tema, se logró determinar los parámetros geomorfológicos indicados de la cuenca, para lo cual se siguió las metodologías más adecuadas para el cálculo de cada uno de ellos.

•

Se recomienda que para obtener datos representativos de los parámetros calculados se siga correctamente los pasos descritos en la bibliografía.

•

Se recomienda trabajar en una carta digitalizada (Auto Cad) para evitar errores que se puedan presentar en el cálculo manual de datos, como son área, perímetro, longitud del cause principal, longitud al centroide, etc.

X. BIBLOGRAFIA:

 Apuntes de clase, Ing. Luis Ortiz De Fransech.  Ing. Oswaldo Ortiz Vera, Hidrología de Superficie.  Hidrología, Máximo Villon Béjar.

Cuenca hidrográfica

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