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Universidad de Piura

Capítulo 3. Cuencas M.Sc. Marina Farías de Reyes Agosto 2015

PROGRAMA ACADEMICO DE INGENIERIA CIVIL

UNIVERSIDAD DE

PIURA

CUENCA Definición Tipos de cuencas Delimitación de una cuenca Características geomorfológicas.

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Área geográfica, referida a una sección del río o un punto de terreno o una sección de una calle, tal que la precipitación caída dentro de ella escurra a ese punto o sección. Área de captación natural de agua de lluvia que converge escurriendo a un único punto de salida. Se compone básicamente de un conjunto de superficies vertientes a una red de drenaje formada por cursos de agua que confluyen hasta resultar en un único lecho colector.

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Definición

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Elementos de una cuenca Divisoria de aguas: El territorio correspondiente a una cuenca está delimitado por la divisoria de aguas o divortiun aquarium, que es la línea que por las cumbres que dividen la cuenca de las cuencas vecinas. Red de drenaje: Es el conjunto de cursos o cauces por donde discurre el agua. En la red se distinguen: Río principal Afluentes o tributarios.

Terreno o relieve: Consta de los valles principales y secundarios, alberga la red de drenaje. Está formado por las montañas y sus laderas; por las quebradas o torrentes, valles y mesetas. Punto de salida

Elementos de una cuenca

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Tipos de cuencas Cuenca hidrográfica o topográfica: Definida por la topografía, se delimita sobre un mapa. Cuenca hidrogeológica o hidrológica: Engloba también las aguas subterráneas.  Coinciden cuando no hay trasvases subterráneos.  Se cumple en cuencas grandes >1000-2000 Km2

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Ejemplo: Acuífero Guaraní

Frontera política

Tipos de cuencas Cuenca urbana: Es aquella que pertenece al ámbito de las poblaciones y considera el flujo a través de calles. Su estudio es de mucha importancia para el drenaje pluvial urbano.

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¿Cuenca, subcuenca?

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Características geomorfológicas Área: A Perímetro: P Longitud mayor del río: L Ancho promedio: B=A/L Forma… Pendientes… Curvas características…

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Medición clásica de área y perímetro (en desuso)

Figura 24. Curvímetro.

Actualmente se usa Autocad

Forma de la cuenca

Las cuencas pueden tener formas muy diferentes entre sí, a pesar de tratarse de cuencas vecinas o subcuencas de una misma cuenca. Esto influye en la respuesta de la cuenca ante la lluvia.

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Índices de forma

•Índice de compacidad o coeficiente de Gravelius  Relación entre el perímetro de la cuenca y el perímetro de

una circunferencia de igual área que la cuenca.  La forma superficial de las cuencas hidrográficas tiene

interés por el tiempo que tarda en llegar el agua desde los límites hasta la salida de la misma.

Kc  Si:

Pcuenca P P   0,2821 Pcírculo. A 2 A A

Kc  1 cuenca regular, más susceptible a inundaciones y crecidas

Kc  1 cuenca irregular, más alargada y menos susceptible a inundaciones.

Indice o factor de forma (F) Expresa la relación entre el ancho promedio de la cuenca y su longitud. Una cuenca con mayor F que otra es más propensa a ser cubierta por una tormenta que otra con menor F. F

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ancho B A   2 longitud L L

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Rectángulo equivalente Representación geométrica de la cuenca en forma rectangular, manteniendo A, P y Kc. Los lados se determinan con: Le 

P  P 2  16 A 4

Le  Le

P  P 2  16 A 4 le

Ejemplo: Con: A = 371.71 km2 y P = 92.19 km Kc = 1.349 Le = 35.68 km y le = 10.42 km

Curvas representativas Dada la necesidad de estimar áreas entre curvas de nivel y para facilidad de trabajo, 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 las cotas 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. Múltiplo de 50 o incluso 100 o 200.

D

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Cotamáx  Cotamín 6

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Curvas representativas Ejemplo: Cota máxima = 4061 (cerro) Cota mínima = 450 (punto de salida) 𝑑=

4061−450 = 6

602 m  d=600

Las curvas elegidas serían: 600, 1200, 1800, 2400, 3000 y 3600

Vista de la cuenca en 3D

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Longitudes parciales del rectángulo equivalente Conociendo los lados Le y le del rectángulo y midiendo el área entre curvas de nivel dentro de la cuenca, se calculan las distancias parciales para dibujar el rectángulo escalonado: Ejemplo: Le = 35.68 km y le = 10.42 km A (km2) 6.89 44.00 117.16 83.06 69.23 44.52 6.85 371.71

Li (km) 0.66 4.22 11.22 7.96 6.63 4.27 0.66 35.68

L1 

A A1 A ; L2  2 ; L3  3 ;... le le le

Pendientes Del cauce: Pendiente uniforme o un solo tramo Áreas compensadas Taylor y Schwarz

De la cuenca: Alvord Mocornita Rectángulo equivalente

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Pendiente del cauce Se toman las progresivas donde las curvas representativas cortan al cauce: 4000

Perfil longitudinal

Método de un solo tramo

3500

Progresiva km

Cota msnm

0 12.4 22.4 28.7 33.9 38.7 46.2 50.6

450 600 1200 1800 2400 3000 3600 3750

altitud (msnm)

3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0

10

20

30 progresiva (km)

Perfil longitudinal Cota máxima Cota mínima Desnivel Longitud Pendiente

40

50

60

3750msnm 450msnm 3300m 50600m 6.5%

Pendiente del cauce Método de las áreas compensadas Se busca que las áreas que quedan entre la pendiente y el perfil (+ y -) sean iguales (compensadas), esto se logra haciendo que las áreas por debajo del perfil y por debajo de la pendiente sean iguales. Elevación (m.s.n.m.) A2

A

Perfil del río

A1 =A2 A1

B Distancia (Km)

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Método de las áreas compensadas Área debajo del perfil desde la cota 450 msnm: h1

h2

h media

DL

A parcial

4000

Perfil longitudinal

3500

0 150 750 1350 1950 2550 3150

150 750 1350 1950 2550 3150 3300

75 450 1050 1650 2250 2850 3225

12.4 10 6.3 5.2 4.8 7.5 4.4 Area base A=b*h/2 h=2A/b pendiente

930 4500 6615 8580 10800 21375 14190 66990 50.6

3000 altitud (msnm)

Progresiva Cota km msnm 0 450 12.4 600 22.4 1200 28.7 1800 33.9 2400 38.7 3000 46.2 3600 50.6 3750

2500 2000 1500 1000 500 0 0

10

20 30 40 progresiva (km)

50

60

2647.8 5.2%

Esta altura está medida a partir de los 450 msnm. entonces la línea que representa la pendiente está a: 450 + 2647.8 = 3097.8 msnm y por tanto la pendiente será: h/L = 5.2%

Pendiente del cauce

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Pendiente de la cuenca (Sg) 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.

Criterio de Mocornita Calcula la pendiente dividiendo el área vertical y el área horizontal de la cuenca, añadiendo un factor de ponderación (f) a las longitudes de las curvas de nivel. Siendo f = 0,5 para la menor y mayor curva de nivel y f =1 para las demás.

Sg 

AV D  li f i  Ah A

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Criterio del Rectángulo Equivalente Sg 

H Le

Donde, H: El desnivel total; Le: Lado mayor del rectángulo equivalente.

Le

le H

Curvas características Curva hipsométrica: Es la relación entre altitud y la superficie comprendida por encima o por debajo de dicha altitud. Nos da una idea del perfil longitudinal promedio de la cuenca. Frecuencia de altitudes: Es la representación gráfica de la relación existente entre altitud y la relación porcentual del área a esa altitud con respecto al área total.

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Distribución altimétrica de la cuenca (Km 2 y %) Cota (m.s.n.m.) menor

mayor

450 600 1200 1800 2400 3000 3600

600 1200 1800 2400 3000 3600 4061

Áreas parciales Km2 6.89 44.00 117.16 83.06 69.23 44.52 6.85 371.71

% del total 2% 12% 32% 22% 19% 12% 2% 100%

Áreas referidas a la cota más alta Por debajo Por encima Km2 Km2 % % 6.89 2% 364.82 98% 50.89 14% 320.82 86% 168.05 45% 203.66 55% 251.11 68% 120.60 32% 320.34 86% 51.37 14% 364.86 98% 6.85 2% 371.71 100% 0%

400 350

1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00

Las curvas elegidas serían: 250 Altitud media 600, 200 1200, 1800, 2400, 3000 y 3600 Área (km2)

Área (km2)

300

150 100

50 0

1000

2000

3000

4000

5000

0

1000

cota más alta (msnm) Por debajo

2000

3000

4000

5000

cota más alta (msnm)

Por encima

Por debajo

Por encima

Distribución altimétrica de la cuenca (Km 2 y %) Cota (m.s.n.m.) menor

mayor

450 600 1200 1800 2400 3000 3600

600 1200 1800 2400 3000 3600 4061

Áreas parciales 2 Km 6.89 44.00 117.16 83.06 69.23 44.52 6.85 371.71

% del total 2% 12% 32% 22% 19% 12% 2% 100%

Áreas referidas a la cota más alta Por debajo Por encima 2 Km Km % % 6.89 2% 364.82 98% 50.89 14% 320.82 86% 168.05 45% 203.66 55% 251.11 68% 120.60 32% 320.34 86% 51.37 14% 364.86 98% 6.85 2% 371.71 100% 0% 2

4061

Las curvas elegidas serían: 3600 600, 1200, 1800, 2400, 3000 3000 y 3600 2400 1800 1200

600 0%

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5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

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Densidad de drenaje, considera la longitud de todos los cauces de la respecto del área de la cuenca Dd = S L / A

Cuenca pobremente drenada: Dd =  0.6 km/km2

[m/m2]; [Km/Km2]

Cuenca bien drenada: Dd > 3 km/km2

Característica

Densidad Alta

Resistencia a la erosión Fácilmente erosionable

Permeabilidad

Topografía

Poco permeable

Pendientes fuertes

Densidad Baja

Observaciones

Resistente

Asociado a la formación de los cauces

Muy permeable

Nivel de infiltración y escorrentía

Llanura

Tendencia al encharcamiento y tiempos de concentración

Trabajo N° 1. Grupal, peso 2 Parte 1: Trabajo en clase y presentar el lunes 31/08 Nombrar la cuenca elegida Delimitar la cuenca. Determinar D y resaltas las curvas representativas.

Parte 2: Trabajo encargado Caracterizarla geomorfológicamente según los apuntes de clase (diap. 36-57) Preparar una memoria de cálculo (informe).

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