Capitulo 1-cuenca Hidrografica Y Procesos Hidrologicos.pdf

HIDROLOGÍA IN1021C CAPÍTULO 1.1 INTRODUCCIÓN

Ingeniero Víctor Parra Departamento de Ingeniería Civil Universidad Católica de la Santísima Concepción [email protected]

DEFINICIÓN • Hidrología

Griego

HIDRO

LOGOS

Ciencia o rama de las Ciencias de la Tierra que se dedica al estudio de la distribución espacial y temporal, y de las propiedades del agua presente en la atmósfera y en la corteza terrestre.

PRECIPITACIONES

ESCORRENTÍA

EVAPORACIÓN

HUMEDAD

CIRC. ATM.

ETC…

TRANSPIRACIÓN

ENFOQUES H. FÍSICA H. SUPERFICIAL HIDROLOGÍA H. SUBTERRÁNEA H. ESTOCÁSTICA

ESTUDIA LOS PROCESOS Y FENÓMENOS DE ACUERDO A UN ENFOQUE DETERMINISTA. ESTUDIA LOS PROCESOS Y MOVIMIENTOS DEL AGUA EN LA SUPERFICIE TERRESTRE. ESTUDIA LOS PROCESOS Y MOVIMIENTOS DEL AGUA EN LA SUB-SUPERFICIE. HIDROGEOLOGÍA. ESTUDIA LOS FENÓMENOS HIDROLÓGICOS DE ACUERDO A UN ENFOQUE PROBABILÍSTICO. NORMALMENTE SE UTILIZA ESTE ENFOQUE PARA EL DISEÑO HIDROLÓGICO.

ALCANCES • ¿En qué consiste la hidrología? ¿Qué abarca? ¿Para qué se necesita en la ingeniería civil? – En la actualidad tiene un rol muy importante en la estimación, usos y gestión de los recursos hídricos, siendo fundamental en la mayoría de los proyectos de ingeniería civil que tengan relación ya sea directa o indirecta con el manejo del agua. – Tiene una relación directa con la topografía, morfología y geología.

RÍO ÑUBLE

RÍO LOS SAUCES

ALCANCES     

Hidroelectricidad. Diseño de obras hidráulicas. Protección de riberas. Agricultura Etc.

DISPONIBILIDAD HÍDRICA

CAPÍTULO 1.2 CUENCA HIDROGRÁFICA

DEFINICIÓN • Cuenca hidrográfica – Una Cuenca Hidrográfica es un territorio que drena las aguas superficiales hacia un punto determinado por medio de cauces (ríos). – Una cuenca hidrográfica queda delimitada por una línea de cumbres o línea divisoria de aguas.

Curvas de nivel • Son líneas o trazos que unen puntos que tienen una misma cota o elevación.

Interpretación de curvas de nivel Son formas simples del terreno que presenta una convexidad para el observador.

Forman laderas separadas por una línea imaginaria denominada divisoria de aguas.

Interpretación de curvas de nivel Son formas simples del terreno que presentan una concavidad para el observador.

Este camino es aprovechado por el agua de lluvia que reciben las montañas, por lo que en la práctica suele estar ocupada por algún río o arroyo.

Interpretación de curvas de nivel

Un monte se distingue porque las curvas de nivel de mayor cota quedan envueltas por las curvas de nivel de cota menor.

Interpretación de curvas de nivel

DELIMITACION DE UNA CUENCA • Identificación de corrientes superficiales

• Dibujar la divisoria de aguas (puntos mas altos de la cuenca)

• La divisoria de agua corta de manera perpendicular las curvas de nivel. • Pasa por los puntos mas altos de la cuenca.

• Cuando la divisoria de aguas va aumentando su altitud corta las curvas de nivel por su parte convexa.

• Cuando la divisoria de aguas va decreciendo en altitud corta la divisoria de aguas por su parte cóncava.

• Una cuenca bien delimitada nunca corta una quebrada o un río, haya o no sido graficado en el mapa.

CARACTERÍSTICA DE UNA CUENCA • Partes de una cuenca

El material extraído de la parte alta se deposita

Hay medianamente un equilibrio entre el material sólido que llega traído por la corriente y el material que sale.

Predomina el fenómeno de la socavación. Es decir que hay aportación de material hacia las partes bajas de la cuenca

• Partes de una cuenca (clasificación según topografía) – Las partes accidentadas forman las montañas y laderas. – Las partes onduladas y planas, forman los valles. Área que desarrolla su – Las partes por donde discurre el río principal y sus afluentes drenaje directamente (Cauce) al curso principal de la Área que desarrolla su drenaje directamente al curso principal de la subcuenca

Varias microcuencas forman una subcuenca.

cuenca

Zona alta: Cuencas de montaña

Zona media

Zona baja

Parámetros morfométricos. – Área (A). Es la magnitud más importante que define la cuenca. Delimita el volumen total de agua que la cuenca recibe. – Perímetro (P). Es la longitud del límite exterior de la cuenca y depende de la superficie y la forma de la cuenca.

– Longitud del cauce principal (Lc). Es la distancia entre la desembocadura y el nacimiento del río.

Parámetros morfométricos. • Forma de una cuenca Es la configuración geométrica de la cuenca tal como está proyectada sobre el plano horizontal. La forma incide en el tiempo de respuesta de la cuenca, es decir, al tiempo de recorrido de las aguas a través de la red de drenaje, y, por consiguiente, a la forma del hidrograma resultante de una lluvia dada.

Parámetros morfométricos. – Para determinar la forma de una cuenca se utilizan varios índices asociados a la relación área-perímetro. Siendo los mas comunes 2. – Índice de compacidad de Gravelius o razón de circularidad (Kc)

𝑃𝑒𝑟. 𝐶𝑢𝑒𝑛𝑐𝑎 𝑃 𝐾𝑐 = Cuanto mas irregular es= 0.282 ∙ la cuenca 𝑃𝑒𝑟. 𝐶í𝑟𝑐𝑢𝑙𝑜 𝐴 mayor es el factor de compacidad Cuencas con Kc =1 provoca un aumento brusco del caudal.

Consiste en comparar el perímetro de irregular la cuenca, laCuanto cuencamas receptora consea el perímetro será su coeficiente de demayor un circulo. compacidad. Una cuenca circular tendrá un coeficiente de compacidad mínimo, igual a 1.

K = 1.6

K = 1.3

K = 1.2

K = 1.1

Parámetros morfométricos. – Factor de forma (KF): Relaciona el ancho promedio de la cuenca con su longitud axial. Coeficiente máximo es para una cuenca circular. (kf<0.785)

𝐵 𝐴 𝐾𝑓 = = 2 𝐿𝑐 𝐿𝑐

Una cuenca con un factor de forma bajo esta menos sujeta crecidas que una de misma área y mayor factor de forma. Porqué?

Donde Lc es el recorrido del cauce principal, B es el ancho medio.

Parámetros morfométricos. – Pendiente de la cuenca (S). Tiene una gran importancia para el cálculo del índice de peligro de avenidas, a través de la velocidad del flujo de agua, influye en el tiempo de respuesta de la cuenca, el método mas antiguo es a través de la siguiente formula:

Δ𝐻 𝑆= 𝐿𝑐

Cuerva hipsométrica Es una curva que indica el porcentaje de área de la cuenca o bien la superficie de la cuenca en 𝑘𝑚2 que existe por encima de una cota determinada.

Parámetros morfométricos. – Orden de la cuenca. es un numero que refleja el grado de ramificación de la red de drenaje. La clasificación de los cauces de una cuenca se realiza a través de las siguientes premisas: • Los cauces de primer orden son los que no tienen tributarios. • Los cauces de segundo orden se forman en la unión de dos cauces de primer orden y, en general, los cauces de orden n se forman cuando dos cauces de orden n-1 se unen. • Cuando un cauce se une con un cauce de orden mayor, el canal resultante hacia aguas abajo retiene el mayor de los ordenes. • El orden de la cuenca es el mismo del su cauce principal a la salida.

Elementos de un río • Cauce o lecho. Conducto descubierto o acequia por donde corren las aguas para riegos u otros usos. • Margen derecha. Si nos imaginamos parados en el medio del río, mirando hacia donde corre el río, la margen derecha es la que se encuentra a nuestra derecha. • Margen izquierda. • Aguas abajo. Con relación a una sección de un curso de agua, se dice que un punto esta aguas abajo, si se sitúa después de la sección considerada, avanzando en el sentido de la corriente. • Aguas arriba. Es el contrario de la definición anterior. • Planicie de inundación.

CAPÍTULO 1.3 PROCESOS HIDROLÓGICOS

DEFINICIÓN • El ciclo Hidrológico – Se define como el movimiento general del agua en el planeta. También se conoce como el movimiento continuo y cíclico del agua en el planeta. – El agua puede cambiar su estado entre líquido, vapor y hielo en varias etapas del ciclo, y los procesos pueden ocurrir en cuestión de segundos o en millones de años. El equilibrio del agua en la Tierra permanece relativamente constante en el tiempo.

CICLO HIDROLÓGICO Se condensan y forman nubes

Precipitación

El Agua del mar se evapora

Cobertura de nieve Escurrimiento de agua (ríos, esteros)

% Acumulación en lagos y embalses Vuelve al mar

% infiltra en la tierra (flujo subterráneo)

CICLO HIDROLÓGICO

PROCESOS HIDROLÓGICOS • Precipitación. Es el vapor de agua condensado que cae a la superficie de la Tierra. La mayor parte de la precipitación se produce como lluvia, aunque también incluye la nieve, el granizo, el goteo de la niebla, los copos de nieve y el aguanieve.

• Interceptación de dosel o Intercepción. Es la precipitación que intercepta el follaje de las plantas y las copas de los árboles. Es agua que finalmente se evapora y vuelve a la atmósfera más que caer sobre la tierra.

PROCESOS HIDROLÓGICOS • Escorrentía. Es la variedad de rutas por las cuales se mueve el agua a través de la tierra. Incluye tanto la escorrentía superficial como la escorrentía a través de canales. Normalmente cuando se hace referencia a “Escorrentía” se refiere a escorrentía de tipo superficial.

• Escorrentía nival. Se refiere a la escorrentía producida al derretirse la nieve.

PROCESOS HIDROLÓGICOS • Infiltración. Es el agua de la superficie de la tierra que penetra en el suelo (sub-superficie). Una vez infiltrada, el agua pasa a formar parte de la humedad del suelo o del agua subterránea.

• Percolación. Paso de agua a través de medios porosos.

PROCESOS HIDROLÓGICOS • Evaporación. Es la transformación del agua líquida en gas cuando se mueve desde la tierra o las fuentes de agua hacia la atmósfera. La fuente de energía para la evaporación es principalmente la radiación solar. La evaporación a menudo incluye la transpiración de las plantas, y en conjunto se le llama evapotranspiración.

PROCESOS HIDROLÓGICOS • Advección. Es el movimiento del agua (en estado sólido, líquido o gaseoso) por la atmósfera. Sin advección, el agua que se evapora sobre los océanos no podría precipitar sobre la tierra.

• Condensación. Es la transformación del vapor de agua en gotitas de agua líquidas en el aire, que producen nubes y niebla.

Balance hídrico

Balance hídrico 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎𝑠 =

𝐶𝑎𝑚𝑏𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑚𝑎𝑐𝑒𝑛𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜

𝑃 − 𝐸𝑇 − 𝑄 − 𝐺 − ∆S = 0 • • • • •

P: Precipitación Q:Caudal ET: Evapotranspiración G: Flujo Subterráneo ∆S: Cambio en el almacenamiento

Balance hídrico: Ejemplo Un lago tiene una superficie de 15 km2. En un día determinado, el caudal medio que fluye hacia el lago es de 48 m3/s; la evaporación desde el espejo de agua es de 5 mm/día y el nivel del lago sube en 10 cm. Estime: • El volumen de agua que salió ese día del lago en m3. • El caudal medio que salió ese día del lago en m3/s.