www.aguaysig.com Pedro Pablo Villegas Yepes Ingeniero Civil Anlisis Morfomtrico de una cuenca

Con esta artculo quiero empezar unos nuevos tutoriales sobre cmo hacer un estudio

hidrolgico paso a paso, desde el anlisis morfomtrico hasta la determinacin de

caudales mximos y mnimos. aunque ya he publicado algunos tutoriales sobre

morfometra en la categora denominada Hydrology, estos nuevos tutoriales ilustrarn

el procedimiento paso a paso y se organizarn en la categora Curso Hidrologa Aprovecho para pedirte el favor de votar por Agua y Sig en Bitacoras, utiliza el

botn de la izquierda y escribe www.aguaysig.com en la categora de

educacin.

Las caractersticas fsicas de una cuenca son elementos que tienen una gran

importancia en el comportamiento hidrolgico de la misma. Dichas caractersticas

fsicas se clasifican en dos tipos segn su impacto en el drenaje: las que condicionan el

volumen de escurrimiento como el rea y el tipo de suelo de la cuenca, y las que

condicionan la velocidad de respuesta como el orden de corriente, la pendiente, la

seccin transversal, etc.

Existe una estrecha correspondencia entre el rgimen hidrolgico y dichos elementos

por lo cual el conocimiento de stos reviste gran utilidad prctica, ya que al establecer

relaciones y comparaciones de generalizacin de ellos con datos hidrolgicos

conocidos, pueden determinarse indirectamente valores hidrolgicos en secciones de

inters prctico donde falten datos o donde por razones de ndole fisiogrfica o

econmica no sea factible la instalacin de estaciones hidromtricas.

1. Parmetros generales de una cuenca

Constituyen la informacin mnima que debemos conocer para formarnos una primera

idea de la naturaleza y comportamiento de una cuenca. Son el rea, longitud,

permetro, ancho y desnivel altitudinal.

El rea de la cuenca sirve de base para la determinacin de otros elementos; por lo

general los caudales crecen a medida que aumenta el rea de la cuenca; el crecimiento

del rea acta como un factor de compensacin de modo que es ms comn detectar

crecientes instantneas y de respuesta inmediata en cuencas pequeas que en las

grandes cuencas.

La longitud, L, de la cuenca puede estar definida como la distancia horizontal del ro

principal entre un punto aguas abajo (estacin de aforo) y otro punto aguas arriba,

donde la tendencia general del ro principal corte la lnea de contorno de la cuenca.

El ancho se define como la relacin entre el rea (A) y la longitud de la cuenca (L), y

se designa por la letra W. De forma que:

Siguiendo el criterio de investigadores como Ven Te Chow, se pueden definir como

Cuencas Pequeas aquellas con reas menores a 250 km2, mientras que las que

poseen reas mayores a los 2500 km2, se clasifican dentro de las Cuencas Grandes.

El Desnivel altitudinal (DA), es el valor de la diferencia entre la cota ms alta de la

cuenca y la ms baja (DA=HMax-Hmin).

www.aguaysig.com Pedro Pablo Villegas Yepes Ingeniero Civil 2. Parmetros que caracterizan la forma de la cuenca

La forma de una cuenca es determinante de su comportamiento hidrolgico (cuencas

con la misma rea pero de diferentes formas presentan diferentes respuestas

hidrolgicas hidrogramas diferentes por tanto- ante una lmina precipitada de igual magnitud y desarrollo), de ah que algunos parmetros traten de cuantificar las

caractersticas morfolgicas por medio de ndices o coeficientes

Los parmetros de forma principales son: Coeficiente de Gravelius y Rectngulo

equivalente y coeficiente de Horton.

ndice de Compacidad o de GRAVELIUS

Est definido como la relacin entre el permetro P y el permetro de un crculo que

contenga la misma rea A de la cuenca hidrogrfica:

La razn para usar la relacin del rea equivalente a la ocupada por un crculo es

porque una cuenca circular tiene mayores posibilidades de producir avenidas

superiores dada su simetra. Sin embargo, este ndice de forma ha sido criticado, pues

las cuencas en general tienden a tener forma de pera.

Factor de forma adimensional de HORTON

Horton ha sugerido un factor adimensional de forma designado como Rf que puede deducirse a partir de la ecuacin siguiente:

Rf factor adimensional de forma de Horton

A rea de la cuenca

Lb longitud de la cuenca, medida desde la salida hasta el lmite, cerca de la

cabecera del cauce principal, a lo largo de una lnea recta

Este ndice de Horton ha sido usado frecuentemente como indicador de la forma del

Hidrograma Unitario

Figura 1. Hidrgrafas segn forma de la cuenca

www.aguaysig.com Pedro Pablo Villegas Yepes Ingeniero Civil 3. Parmetros que caracterizan el relieve de la cuenca

Curva hipsomtrica La curva hipsomtrica representa el rea drenada variando con la altura de la

superficie de la cuenca. Se construye llevando al eje de las abscisas los valores de la

superficie drenada proyectada en km2 o en porcentaje, obtenida hasta un determinado

nivel, el cual se lleva al eje de las ordenadas, generalmente en metros.

Las curvas hipsomtricas tambin han sido asociadas con las edades de los ros de las

respectivas cuencas

Figura 2. Curva hipsomtrica de la cuenca

Histograma de frecuencias altimtricas.

Es la representacin de la superficie, en km2 o en porcentaje, comprendida entre dos

niveles, siendo la marca de clase el promedio de las alturas. De esta forma, con

diferentes niveles se puede formar el histograma. El diagrama de barras puede ser

obtenido con los mismos datos de la curva hipsomtrica. Realmente contiene la misma

informacin de sta, pero con una representacin diferente, y da una idea

probabilstica de la variacin de la altura en la cuenca.

Altura media de la cuenca (H)

La altura media, H, es la elevacin promedia referida al nivel de la estacin de aforo de

la boca de la cuenca.

Pendiente media de la cuenca.

La pendiente media constituye un elemento importante en el efecto del agua al caer a

la superficie, por la velocidad que adquiere y la erosin que produce. Se calcula como

www.aguaysig.com Pedro Pablo Villegas Yepes Ingeniero Civil media ponderada de las pendientes de todas las superficies elementales de la cuenca

en las que la lnea de mxima pendiente se mantiene constante.

Scuenca= pendiente media de la cuenca

Li= Longitud de cada una de las curvas de nivel (km)

E= Equidistancia de las curvas de nivel (km)

A= rea de la cuenca (km2)

Pendiente Media del cauce principal

En general, la pendiente de un tramo de ro se considera como el desnivel entre los

extremos del tramo, dividido por la longitud horizontal de dicho tramo, de manera que:

Perfil altimtrico del cauce principal

El perfil altimtrico es simplemente el grfico de altura en funcin de la longitud a lo

largo del ro principal.

Con base en la forma del perfil altimtrico del ro, se pueden inferir rasgos generales

de la respuesta hidrolgica de la cuenca en su expresin de la hidrgrafa, o sea, la

variacin del caudal con el tiempo. Tambin los perfiles se usan para estudios de

prefactibilidad de proyectos hidroelctricos, produccin de sedimentos, ubicacin de

posibles sitios susceptibles de avalanchas, etc. Generalmente, cuencas con pendientes

altas en el cauce principal tienden a tener hidrgrafas ms picudas y ms cortas que

cuencas con pendientes menores.

Figura 3. Hidrgrafas segn el perfil altimtrico del cauce principal

4. Caracterizacin de la red de canales.

Jerarquizacin de la red fluvial

La jerarquizacin permite tener un mejor conocimiento de la complejidad y desarrollo

del sistema de drenaje de la cuenca. El orden se relaciona con el caudal relativo del

segmento de un canal. Hay varios sistemas de jerarquizacin, siendo los ms utilizados

el de Horton (1945) y el de Strahler (1952).

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Figura 4. Mtodos de ordenacin de los segmentos y cursos fluviales

Densidad de drenaje.

Se calcula dividiendo la longitud total de las corrientes de la cuenca por el rea total

Para las unidades citadas, se han encontrado valores mnimos de Dd del orden de 7,

valores promedios en el rango de 20 a 40 y valores mximos del orden de 400.

Valores bajos de Dd, por lo comn, estn asociados con regiones de alta resistencia a

la erosin, muy permeables, y de bajo relieve. Valores altos son encontrados en

regiones de suelos impermeables, con poca vegetacin, de relieve montaoso. Los

patrones de drenaje tambin son fuente importante de informacin sobre la cuenca.

Figura 5. Patrones de drenaje