Cuencas hidrológicas S2.1

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Cuencas hidrológicas

LA CUENCA HIDROGRÁFICA

LA CUENCA HIDROGRÁFICA

Toda unidad de tierra por pequeña que sea está dentro de una cuenca hidrográfica y a esta podemos de manera general, definirla como un área surcada por un sistema de corrientes formados por los escurrimientos producto de la precipitación que fluye hacia un cauce común, obedeciendo a las variaciones topográficas del terreno. Esta es por lo tanto el área de captación y conducción de la precipitación, siendo el agua el elemento integrador.La cuenca está delimitada por los puntos de mayor elevación (altitud) que constituyen fronteras entre cuencas y subcuencas contiguas. A la unión de dichos puntos se le conoce como parteaguas y reúne en un punto de salida el drenaje de las aguas que pueden formar grande ríos, arroyos o simples corrientes efímeras.

La elevación media es una característica fisiográfica de la cuenca que está relacionada con la temperatura y la precipitación, a su vez la variación de la temperatura influye en la variación de pérdidas de agua por evaporación, por esta razón en hidrología se utiliza como parámetro representativo. La pendiente de una cuenca constituye una característica importante que expresa el relieve de la misma, la cual condiciona la velocidad del escurrimiento superficial y subterráneo y en un momento dado, predice la erosión que éste produce en función del uso y manejo que se puede dar al suelo de susvertientes.

LA CUENCA HIDROGRÁFICA

Cabe destacar que las partes constitutivas de una cuenca son: • El parteaguas. • Sus vertientes. • Su valle o cuenca baja. • Su red de avenamiento o de drenaje.

Las cuencas hidrográficas pueden clasificarse, según Gravellius y sucesores, en tres grupos:

• Cuenca Principal: Es aquella en que el cuerpo principal de agua desemboca directamente al océano.
• Subcuenca: Es aquella que tributa hacia otra cuenca. La de primer orden tributa hacia una cuenca principal, la de segundo hacia una subcuenca y así sucesivamente.
• Microcuenca: Es una cuenca o subcuenca de tamaño reducido.

A todas las cuencas anteriores, sin importar su clasificación, se les denomina en términos generales como “cuencas hidrográficas”. En el caso de las microcuencas, éstas toman su nombre en razón de su tamaño. Se entiende por “cuenca hidrográfica” la porción de territorio drenada por un único sistema de drenaje natural. Una cuenca hidrográfica se define por la sección del río al cual se hace referencia y es delimitada por la línea de las cumbres, también llamada «divisor de aguas o parteaguas «.

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Una cuenca es una depresión en la superficie de la tierra, un valle rodeado de alturas. La “Cuenca hidrográfica” tiene un sentido más amplio, siendo una parte de la superficie terrestre cuyas aguas fluyen hacia un mismo río o lago. La suma de las cuencas hidrográficas de todos los ríos que desembocan en un mismo mar constituye la vertiente de dicho mar. Y la suma de las cuencas hidrográficas de todos los afluentes de un río constituye la cuenca de dicho río. Se llaman divisorias, (divisorias de aguas o divisorias de vertientes), a las líneas de separación que se pueden trazar entre cuencas hidrográficas o vertientes adyacentes y suelen coincidir con crestas montañosas, en las que cada lado conduce sus aguas hacia cauces, cuencas o mares distintos. En la forma moderna del manejo de políticas territoriales, la cuenca hidrográfica es considerada, cada vez más, como la unidad natural para el uso racional de los recursos naturales en general y los recursos hídricos en particular.

Las cuencas hidrográficas son algo más que sólo áreas de desagüe en o alrededor de nuestras comunidades. Son necesarias para dar apoyo al hábitat para plantas y animales, y proporcionan agua potable para las personas y la vida silvestre. DEFINICIÓN E IMPORTANCIA DEL CONCEPTO DE CUENCA HIDROGRÁFICA Así como el ciclo hidrológico es el concepto fundamental de la hidrología, la cuenca hidrográfica es la unidad básica de estudio, la cual se define de la siguiente manera: “Es la zona del terreno en la que el agua, los sedimentos y los materiales disueltos drenan hacia un punto común de salida”.

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En este contexto, los bosques en las cabeceras de las cuencas cubren una importante función reguladora ya que controlan la cantidad y temporalidad del flujo del agua, y protegen a los suelos de ser erosionados por el agua con la consecuente sedimentación y degradación de los ríos, y la pérdida de fertilidad en las laderas. Las vertientes son las áreas de captación y se constituyen como las zonas más estratégicas de la cuenca, dado que en ellas la susceptibilidad del fenómeno de la erosión es altamente significativo, y el mantenimiento de una cubierta vegetal protector de calidad, es definitivamente indispensable para el equilibrio de los valles. Por lo que la prosperidad de la región hidrológica dependerá en principio de la adecuada planificación del uso de las vertientes.

El valle o cuenca baja, es la zona de menor altitud y donde generalmente se encuentran los cultivos agrícolas y los asentamientos humanos, aquí la conjunción de las corrientes tributarias ha formado un río o arroyo de regular caudal y divaga en las planicies de leve pendiente. En esta zona es difícil diferenciar los límites de una cuenca y otra, porque los parteaguas son difusos. Con fin hidrológico forestal, estas porciones de terreno carecen de interés, sin embargo, su florecimiento y desarrollo depende de la calidad y cuantía de humedad que reciban de las zonas captadoras de mayor altitud.

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La morfología de la cuenca queda definida por tres tipos de parámetros:

1. Parámetros de forma (A. Tamaño de la cuenca, B. Forma de la cuenca)
2. Parámetros de relieve (C. Elevación y D. Pendiente media de la cuenca)
3. Parámetros relativos a la red de drenaje. (E. Red o Sistema de drenaje)

Tamaño de la cuenca. Este indica la superficie del área drenada que cubre el perímetro de la cuenca y generalmente se indica en km2 (kilómetros cuadrados) o bien en las (hectáreas) cuando las cuencas son pequeñas.

Para estimar el tamaño de la cuenca o área de drenaje, se puede hacer uso de fotografías aéreas, planos topográficos, planos regionales o por medio de la estimación directa en el campo. El tamaño de la cuenca es una característica que influye en el escurrimiento superficial, ya que al incrementarse el tamaño se aumenta el volumen escurrido y los escurrimientos máximos. Las cuencas por su tamaño se les puede clasificar como:

CARACTERÍSTICAS MORFOLÓGICAS DE LA CUENCA HIDROGRÁFICA

CARACTERÍSTICAS MORFOLÓGICAS DE LA CUENCA HIDROGRÁFICA

Sesión 2.2

En base a la cuantificación se distinguen tres tipos o clases de formas, según el índice de compacidad o coeficiente de Gravelius: Ejemplo: En una cuenca que tiene un perímetro de 29.5km y área de 23.5 km2 determinar la forma de la cuenca. Solución: K = 0.28P/A^0.5; K = 0.28(29.5) / (23.5) ^0.5 = 1.70 … por lo que la forma de la cuenca resultaría ser de forma rectangular oblonga.

Elevación media de la cuenca. Esta es una característica que está relacionada con la temperatura y la precipitación, a su vez la variación de la temperatura influye en la variación de pérdidas de agua por evaporación, por esta razón en hidrología se utiliza como parámetro representativo. Para la obtención de la elevación media se utiliza un plano topográfico altimétrico, que permite obtener la curva área- elevación conocida como curva hipsométrica, en esta curva el área puede expresarse también en porcentaje, correspondiendo al 50% del área la elevación media de la cuenca como se observa en la siguiente figura.

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El proceso se realiza, seleccionando el intervalo vertical de las curvas de nivel con que se desea trabajar (cada 20, 40, 60, 80, 100 m, etc.), luego se determina el área que está encerrada entre los contornos de las curvas de nivel y se acumulan dichas áreas iniciando la acumulación por aquellas áreas que tienen las mayores elevaciones hasta finalizar con las de menor elevación, lo cual se lleva a un eje de coordenadas “X, Y”, colocando en el eje de las “Y” las elevaciones de la cuenca en orden ascendente y en el eje de las “X” las áreas acumuladas o los porcentajes de las áreas acumuladas respecto al área total de la cuenca, con lo cual se obtiene la Curva Hipsométrica. La curva hipsométrica permite caracterizar el relieve.

Una pendiente fuerte en el origen hacia cotas inferiores indica llanuras o penillanuras; si la pendiente es muy fuerte hay peligro de inundación. Cuando tenemos gran parte de la superficie de la cuenca a gran altitud estamos ante una cuenca de meseta. Cuando el río desciende muy rápidamente en altitud tenemos una cuenca de valle fluvial. La siguiente ilustración muestra tres curvas hipsométricas correspondientes a otras tantas cuencas que tienen potenciales evolutivos distintos. La curva superior refleja una cuenca con un gran potencial erosivo; la curva intermedia es característica de una cuenca en equilibrio; y la curva inferior es típica de una cuenca sedimentaria. Quedarían, así, representadas distintas fases de la vida de los ríos.

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Una vez determinada la malla, se enumeran las líneas de cuadrícula, ubicando el cero en la parte inferior izquierda, luego se cuentan las intersecciones y tangencias de cada línea de la malla con las curvas de nivel en dirección de X y en dirección de Y, igualmente se mide la longitud de cada línea de la cuadrícula que queda comprendida dentro de la cuenca en ambas direcciones, este proceso se trata de ilustrar en las figuras siguientes: En cuencas pequeñas se puede considerar una determinación rápida de la pendiente de una cuenca, utilizando su definición topográfica, como la relación porcentual que existe entre la diferencia de nivel dentro de la cuenca y la longitud máxima del área de drenaje. Es posible inseminar nubes para inducir la precipitación rociando un polvo fino o un químico apropiado (como el nitrato de plata) dentro de la nube, generando las gotas de agua e incrementando la probabilidad de precipitación.

Para un mismo período de retorno, al aumentarse la duración de la lluvia disminuye su intensidad media, la formulación de esta dependencia es empírica y se determina caso por caso, con base en datos observados directamente en el sitio estudiado o en otros sitios vecinos con las mismas características orográficas. Las precipitaciones pluviales extremas, es decir con períodos de retorno de 500, 1,000 y hasta 10,000 años, o la precipitación máxima probable, son determinadas para cada sitio en particular, con procedimientos estadísticos y con base en observaciones de larga duración. Para el diseño de obras hidráulicas es necesario hacer un análisis probabilístico de la precipitación y así poder determinar el evento de diseño, para lo cual se construye la curva intensidad duración frecuencia.

Pendiente media de la cuenca. La pendiente de una cuenca constituye una característica importante, puesto que condiciona la velocidad del escurrimiento superficial y subterráneo y en un momento dado, predice la erosión que éste produce en función del uso y manejo que se puede dar al suelo de sus vertientes. Existen diferentes métodos para determinar la pendiente media de la cuenca, entre los que se mencionan los criterios de Nash, Alvord y Horton. Método de Nash. Este método requiere trazar una malla de cuadros sobre el plano topográfico de la cuenca, de manera tal que, se obtengan aproximadamente 100 intersecciones,

en cada una de las cuales se mide la distancia mínima entre las curvas de nivel, y la pendiente en ese punto se considera como la relación entre la diferencia de nivel entre curvas y la mínima distancia medida, la pendiente así obtenida es la correspondiente a cada intersección y la media aritmética de ellas se considera como la pendiente de la cuenca. Método de Alvord. Este método se basa en la pendiente existente entre las líneas intermedias entre las curvas de nivel, que es equivalente al desnivel entre dichas curvas, obteniendo la pendiente de la cuenca al sacar el promedio pesado de la pendiente de cada faja en relación con su área de influencia.

Método de Horton. Este método requiere trazar una malla de cuadros sobre el plano topográfico que comprende el área de la cuenca en estudio, la cual se orienta en el sentido de la corriente principal. El tamaño de los cuadros de la malla estará en función del tamaño de la cuenca, puesto que si la cuenca es mediana (entre 50 y 150 km2) se requiere al menos de una malla de cuatro cuadros por lado, si la cuenca es mayor, el número de cuadros de la malla deberá incrementarse según el criterio del que analiza.

Si el manejo de las tierras altas no es adecuado, en el valle habrá inundaciones en la estación de lluvias y el agua en altos volúmenes será incontrolable en su camino hacia el mar o bien, azolvará rápidamente un embalse disminuyendo las posibilidades de las tierras dependientes aguas abajo, además del abatimiento de los mantos acuíferos subterráneos por la reducción de su recarga. Las lagunas costeras regulan el funcionamiento de los ecosistemas marinos adyacentes. Los manglares están considerados entre los ecosistemas más productivos y la actividad socioeconómica asociada a los mismos abarca actividades forestales, pesqueras, turístico-recreativas y otras.

Las cuencas hidrográficas son consideradas como la unidad territorial básica para la planeación y el manejo de los recursos naturales, así como una dimensión espacial y temporal fundamental para la adaptación ante el cambio climático. Para la implementación práctica de su manejo y gestión uno de los principales problemas a los que se enfrentaron científicos y tomadores de decisión era la ausencia de una delimitación de cuencas consensuada al interior de un país. Con el objetivo de disponer de una cartografía única de cuencas hidrográficas, el Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI),

el Instituto Nacional de Ecología y la Comisión Nacional del Agua (Conagua) unieron esfuerzos y establecieron de manera conjunta criterios topográficos e hidrográficos comunes para la delimitación de cuencas hidrográficas de México y la definición de su toponimia (significado de su nombre). En 2007 y como resultado de lo anterior se distinguieron 1,471 cuencas hidrográficas, de las cuales 1,389 son exorreicas, 77 endorreicas y 5 arreicas (donde los ríos no llegan a confluir, sino que se pierden o infiltran), éstas últimas ubicadas en la península de Yucatán La gran heterogeneidad y diversidad geográfica del territorio nacional determina la existencia de un amplio rango territorial entre las cuencas: por un lado, aproximadamente 55 por ciento (807) tiene menos de 50 km2 y, por otro, sólo 1.09 por ciento (16) cuenta con extensiones mayores a 20,000 km2. Esta sola diferencia plantea grandes retos y dilemas sobre el tipo de manejo de cuencas necesario en función de su tamaño

Forma de la cuenca. Esta característica tiene fundamental importancia en la cantidad de escorrentía para una misma área y una misma intensidad de lluvia, dado que una cuenca pequeña y redondeada, tenderá a concentrar con mayor rapidez sus escurrimientos, en contra de una alargada que tardará más tiempo en llevarlos a su punto de salida. Las cuencas pequeñas y redondas suelen ocasionar inundaciones, sobre todo si presentan fuertes pendientes que les imprima gran velocidad a las aguas. El caudal de salida depende directamente de la forma de la olla, la cual puede expresarse por un factor “K” adimensional, llamado índice de compacidad o coeficiente de Gravelius y que se expresa como: K = 0.28P/A^0.5

Donde: K: coeficiente de compacidad o de Gravelius, adimensional P: perímetro de la cuenca, en kilómetros A: área de la cuenca, en kilómetros cuadrados Este coeficiente será mayor o igual a 1, de manera que, entre más próximo a la unidad, la forma de la cuenca se aproximará más a la de un círculo. Es decir, si el índice de compacidad presenta valores mayores que la unidad, la cuenca será alargada y tendrá forma circular a medida que el índice de compacidad se aproxime a la unidad.

Generalmente, las cuencas extensas tienen forma de pera y las pequeñas de abanicos, pero estas denominaciones descriptivas deben evitarse y emplear datos numéricos que ofrecen mayor facilidad y seguridad para comparación. En base a la cuantificación se distinguen tres tipos o clases de formas, según el índice de compacidad o coeficiente de Gravelius:

Desde el punto de vista de su salida, existen fundamentalmente dos tipos de cuencas: endorreicas y exorreicas; en las primeras el punto de salida está dentro de los límites de la cuenca y generalmente es un lago. En las segundas, el punto de salida se encuentra en los límites de la cuenca y está en otra corriente o en el mar. Unidad natural definida por la existencia de la divisoria de las aguas en un territorio dado. Las cuencas hidrográficas son unidades morfográficas superficiales. Sus límites quedan establecidos por la división geográfica principal de las aguas de las precipitaciones; también conocido como “parteaguas”.

El parteaguas, teóricamente, es una línea imaginaria que une los puntos de máximo valor de altura relativo entre dos laderas adyacentes, pero de exposición opuesta; desde la parte más alta de la cuenca hasta su punto de emisión, en la zona hipsométricamente más baja. Al interior de las cuencas se pueden delimitar subcuencas o cuencas de orden inferior. Las divisorias que delimitan las subcuencas se conocen como parteaguas secundarios. La definición de cuenca hidrológica es más integral que la de cuenca hidrográfica. Las cuencas hidrológicas son unidades morfológicas integrales y además de incluir todo el concepto de cuenca hidrográfica,

abarcan en su contenido, toda la estructura hidrogeológica subterránea del acuífero como un todo. Tanto las cuencas hidrográficas como las hidrológicas se pueden subdividir en tres zonas de funcionamiento hídrico principales:En las cuencas hidrográficas, garantizan la captación inicial de las aguas y el suministro de las mismas a las zonas inferiores durante todo el año. Los procesos en las partes altas de la cuenca invariablemente tienen repercusiones en la parte baja dado el flujo unidireccional del agua, y por lo tanto toda la cuenca se debe administrar como una sola unidad.

PRECIPITACIÓN: Es la caída del agua en estado líquido (lluvia) o sólido (nieve y granizo) hacia la superficie terrestre. Para que se produzca la precipitación es necesario que una masa de aire caliente y cargada de humedad sufra un proceso de enfriamiento que haga posible la condensación. Existen dos formas de Precipitación: Precipitación líquida: lluvia, llovizna, aguacero. b. Lluvia. Son gotas de agua con un diámetro superior a 0.5 mm y a velocidad que varían de acuerdo con su intensidad, se puede dividir en: 1. Lluvia ligera: con intensidad de 2.5 mm/hora

2. Lluvia mediana o moderada: Intensidad de 2.5-7.6 mm/hora 3. Lluvia intensa o fuerte: intensidad mayor de 7.6 mm/hora. 5. Precipitación líquida: lluvia, llovizna, aguacero. b. Llovizna. Consiste en gotas de agua con diámetro que varía de 0.1 - 0.5 mm y su intensidad es generalmente de 1.0 mm/hora, por lo cual aparentan estar flotando en el aire, también facilita que sigan la dirección del viento. c. Aguacero. Es una lluvia torrencial que produce una lámina de agua de 1 mm o más por minuto. Cae generalmente en un área pequeña y va acompañada de vientos fuertes, que pueden causar daño a la vegetación.

2. Precipitación sólida: nieve, granizo.b. Nieve. Precipitación de cristales de hielo en su mayor parte ramificados o estrellados.c. Granizo. Precipitación de trozos de hielo, cuyo diámetro es de 5 mm a 50 mm aproximadamente, y que caen, separados unos de los otros, o aglomerados en bloques. Es muy importante conocer los siguientes aspectos de la precipitación:a. Cantidad total.b. Distribución espacial y temporal a través de los meses del año.c. Intensidad, duración y frecuencia.