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• Melanio Mancha

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA (Creada por Ley Nro. 25265)

Facultad Ciencias de Ingenier´ıa Escuela Profesional de Ingenier´ıa Civil-HVCA

TEMA: ´ DE LA CUENCA Y CALCULO ´ DELIMITACION DE SUS ´ PARAMETROS

´ ´ GENERAL CATEDRA : HIDROLOGIA ´ CATEDRATICO : Ing. AYALA BIZARRO, Ivan Arturo ESTUDIANTE

: AYLAS FERNANDEZ, Kenedi Jesus

CICLO

: VII

SEMESTRE

: 2019-II

´ HUANCAVELICA - PERU 2019

´ Indice general

´ındice de figuras 1

´ INTRODUCION

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OBJETIVOS 2.1 Objetivo General . . . . . . . . . 2.2 Objetivos Espec´ıficos . . . . . . . 2.3 Descripci´on de la zona de estudio 2.3.1 Ubicaci´on geogr´afica . . 2.3.2 Ubicaci´on Pol´ıtica . . . . 2.3.3 Acceso . . . . . . . . . .

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´ METODOLOGIA 4.1 Desarrollo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 4.1.1 OBSERVACION: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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´ ANALISIS DE RESULTADOS ´ 5.1 Area y per´ımetro . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1 ´Indice de compacidad . . . . . . . . . 5.1.2 Relaci´on de elongaci´on . . . . . . . . 5.1.3 Factor de forma . . . . . . . . . . . . . 5.1.4 Longitud del cauce principal . . . . . . 5.1.5 Pendiente de la cuenca . . . . . . . . . 5.1.6 Datos de las a´ reas parciales de la cuenca 5.2 Curva hipsom´etrico . . . . . . . . . . . . . . .

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´ FUNDAMENTO TEORICO 3.1 Cuenca Hidrol´ogica . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Curva Hipsom´etrica . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Curva frecuencia de altitudes . . . . . . . . . . . . 3.4 DivortiumAquarum . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5 Pol´ıgono Frecuencias De Altitudes . . . . . . . . 3.6 Tipos De Cuencas . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.7 ´Indices representativos . . . . . . . . . . . . . . . 3.7.1 ´Indice o factor de forma de una cuenca (F) 3.7.2 ´Indice de compacidad (´Indice de Gravelius) 3.8 Rect´angulo equivalente . . . . . . . . . . . . . . . 3.9 Pendiente media del cauce . . . . . . . . . . . . .

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CONCLUSIONES

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´ BIBLIOGRAFIA 7.0.1 ANEXOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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´ Indice de figuras

3.1 3.2 3.3

cuenca hidrol´ogica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tipo de cuenca. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . tipos de cuencas: a) Exorreicas, b) Endorreicas y C) Arreicas. . . . . . . . . . . . . . . .

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8

GRASS GIS. . . . . . . . . . . . . . raster DE QGIS a un formato GRASS. QGIS GRASS. . . . . . . . . . . . . diferencia de Gras. . . . . . . . . . . delimitando la cuenca . . . . . . . . . recorte del a´ rea delimitada . . . . . . rios primario y secundario . . . . . . rio de Apurimac . . . . . . . . . . . .

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5.1 5.2

curva ipsometrica de la cuenca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . grafica de la curva hipsometrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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7.1 7.2 7.3

Delimitaci´on de la cuenca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vista de la cuenca delimitada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . estudio hidrol´ogico mediante la delimitacion de una cuenca . . . . . . . . . . . . . . . .

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Dedicatoria Dedicado a mis padres por su apoyo incondicional que me brinda d´ıa a d´ıa.

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´ INTRODUCION

En el presente trabajo se analiz´o la Cuenca del rio Apur´ımac, que est´a en los departamentos de Cusco y Ayacucho, el cual se delimit´o todo en QGIS y usando el complemento de GRASS, en donde se har´a su respectivo an´alisis usando cada uno de los m´odulos que tiene desde a partir de un RASTER unido, esto desde la correcci´on de del raster, delimitaci´on, extracci´on de m´ascara, implementando con el cauce principal y el cauce secundaria, y d´andole la forma de la cuenca delimitado en QGIS y el dibujo de las curvas de nivel. De igual manera la extracci´on de los datos principales como son: el a´ rea, el per´ımetro, la longitud del cauce principal y secundario, el pendiente y datos de las a´ reas parciales. Para la elaboraci´on de proyectos, particularmente de proyectos hidr´aulicos, el ingeniero requiere de datos sobre precipitaci´on, caudales, evaporaci´on, horas de sol, temperatura, vientos, etc. Est´a informaci´on b´asica la recopila en el pa´ıs el Servicio Nacional de Meteorolog´ıa e Hidrolog´ıa (SENAMHI). La Hidrolog´ıa ense˜na el manejo que se le da a esta informaci´on, no siempre completa y muchas veces ausente en el lugar mismo del proyecto.

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OBJETIVOS

2.1 Objetivo General Hacer el an´alisis respectivo de las cuencas del rio Pampas, rio Apur´ımac.

2.2 Objetivos Espec´ıficos Conocer sus respectivos par´ametros tales como el a´ rea, per´ımetro, pendiente, factor de forma, ´ındice de compacidad, rect´angulo equivalente y etc. Conocer los diferentes par´ametros correspondientes mediante una delimitaci´on adecuada de dicha cuenca tales como el a´ rea, per´ımetro, pendiente, factor de forma, ´ındice de compacidad, rect´angulo equivalente y etc., donde que estos datos ser´an u´ tiles para el dise˜no de estructuras hidr´aulicas. Saber delimitar una cuenca hidrol´ogica y conocer si la cuenca en estudio, es una cuenca joven, cuenca madura o cuenca vieja, seg´un la curva hipsom´etrico.

2.3 Descripci´on de la zona de estudio 2.3.1 Ubicaci´on geogr´afica El proyecto de estudio sobre el an´alisis est´a localizado en: Ubicaci´on Geogr´afica Latitud 73.89647 Longitud 12.41542 Altitud 514 m

2.3.2 Ubicaci´on Pol´ıtica Ubicaci´on Pol´ıtica Departamento Ayacucho Provincia Huanta Distrito Llochehua

2.3.3 Acceso El acceso hacia la zona de estudio es por el distrito de Llochegua, provincia de Huanta

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´ FUNDAMENTO TEORICO

3.1 Cuenca Hidrol´ogica La cuenca es aquella superficie en la cual el agua precipitada se transfiere a las partes topo- gr´aficas bajas por medio del sistema de drenaje, concentr´andose generalmente en un colector que descarga a otras cuencas aleda˜nas, o finalmente al oc´eano. ˜ Las cuencas pueden ser peque˜nas, medianas y grandes. Una cuenca grande representa Tamano: territorios complejos y a´ reas de pertenencia a diferentes instancias. Por ejemplo la cuenca del r´ıo Amazonas, abarca diferentes ecosistemas y pa´ıses. Una cuenca peque˜na de alrededor de 70 a 80 km2, es un a´ rea con posible homogeneidad de aspectos biof´ısicos y menos complejidad en pertenencia. Forma: Las cuencas pueden tener formas aproximadas a circular, rectangular (alargada), cuadrangular e irregular. Cada forma puede definir una caracter´ıstica, por ejemplo la forma circular implicar´ıa que el tiempo de concentraci´on de la precipitaci´on para cualquier punto en la cuenca es similar.

Figura 3.1: cuenca hidrol´ogica. Drenaje: Las cuencas pueden tener diferentes formas en su red de drenaje, obedecen principalmente al tipo de material del suelo, a la cobertura vegetal y al grado de pendiente. Una forma dendr´ıtica (arb´orea) implica menor infiltraci´on y por lo tanto mayor escorrent´ıa, una forma rectangular implica r´apido escurrimiento, una forma circular pertenece a una cuenca de un lago.

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Figura 3.2: Tipo de cuenca.

3.2 Curva Hipsom´etrica Es la curva puesta en coordenadas representa la relaci´on entre la cota y la superficie de la cuenca que se encuentra por encima de esta cota. El relieve de una cuenca se representa correctamente con un plano con curvas de nivel, sin embargo, estas curvas de nivel son muy complejas, por medio de la curva hipsom´etrica se sintetiza esta informaci´on, lo que la hace m´as adecuada para trabajar.

3.3 Curva frecuencia de altitudes Es la representaci´on gr´afica, de la distribuci´on en porcentaje de las superfices ocupadas por diferentes altitudes. El cual tambi´en es un complemento de la curva hipsom´etrica.

3.4 DivortiumAquarum Es una expresi´on latina que significa Divisoria de aguas. D´ıcese de la l´ınea imaginaria que traza la separaci´on entre dos vertientes o cuencas fluviales lim´ıtrofes. En el derecho internacional se recurre con frecuencia a las divisorias de aguas como criterio para establecer tramos de fronteras en regiones, como la Amazonia, con alta densidad de cauces fluviales y escasez de otras referencias geogr´aficas o falta de fronteras hist´oricas.

3.5 Pol´ıgono Frecuencias De Altitudes Representa el grado de incidencia de las a´ reas comprendidas entre curvas de nivel con respecto al total del a´ rea de la cuenca. De los dos par´ametros anteriores, se definen los siguientes:

Altura media: Es la ordenada media de la curva hipsom´etrica. Altura m´as frecuente: Es la altitud cuyo valor porcentual es el m´aximo de la curva de frecuencia de altitudes. Altitud de frecuencia media: Es la altitud correspondiente al punto de abscisa media (50 % del a´ rea) de la curva hipsom´etrica.

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3.6 Tipos De Cuencas Existen tres tipos de cuencas:

Exorreicas: drenan sus aguas al mar o al oc´eano. Un ejemplo es la cuenca del Plata, en Sudam´erica. Endorreicas: desembocan en lagos, lagunas o salares que no tienen comunicaci´on fluvial al mar. Por ejemplo, la cuenca del r´ıo Desaguadero, en Bolivia. Arreicas: las aguas se evaporan o se filtran en el terreno antes de encauzarse en una red de drenaje. Los arroyos, aguadas y ca˜nadones de la meseta patag´onica central pertenecen a este tipo, ya que no desaguan en ning´un r´ıo u otro cuerpo hidrogr´afico de importancia. Tambi´en son frecuentes en a´ reas del desierto del S´ahara y en muchas otras partes.

Figura 3.3: tipos de cuencas: a) Exorreicas, b) Endorreicas y C) Arreicas.

´ 3.7 Indices representativos ´ 3.7.1 Indice o factor de forma de una cuenca (F) Expresa la relaci´on, entre el ancho promedio de la cuenca y su longitud.

´ ´ 3.7.2 Indice de compacidad (Indice de Gravelius) El ´ındice de compacidad de la cuenca, definido por Gravelius, expresa la relaci´on entre el per´ımetro de la cuenca y el per´ımetro equivalente de una circunferencia que tiene la misma a´ rea de la cuenca.

3.8 Rect´angulo equivalente Es una transformaci´on geom´etrica que permite representar a la cuenca, de su forma hetero- genea, con la forma de un rect´angulo, que tiene la misma a´ rea y per´ımetro (Y por lo tanto el mismo ´ındice de compacidad o´ ´ındice de Gravelius), igual distribuci´on de alturas(Y por lo tanto igual curva hipsom´etrica).

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3.9 Pendiente media del cauce La pendiente de un tramo de r´ıo es la relaci´on que existe entre los extremos inicial y final y la distancia horizontal de dicho tramo. De acuerdo con el criterio de Taylor y Schwarz, se considera que el r´ıo puede estar formado por una serie de tramos de igual longitud o bien por tramos de longitud variable. La pendiente media para tramos de igual longitud se determina con la expresi´on

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´ METODOLOGIA

Este trabajo se realiz´o con la ayuda de una computadora, donde se trabaj´o con el uso de Google Eath Pro, este nos facilit´o delimitar la cuenca, de igual manera se uso el programa QGIS para el proceso de calculo de a´ reas de la cuenca hidrol´ogica.

4.1 Desarrollo En primer lugar se escogi´o una cuenca con la superficie recomendada, en donde se es- cogi´o el rio Apur´ımac que est´a ubicado en la departamento Apur´ımac y Ayacucho, en donde se escogi´o el punto de inter´es o el punto de aforo en el puente Pampa Larga Luego se descarg´o los raster de este sitio web. http://geoservidor.minam.gob.pe/intro/ los cuadrantes necesarios para poder analizar la cuenca delimitada. Ahora se prosigui´o a poder juntar o combinar los DEM En el software de QGIS, el cual ser´a ´ para poder trabajar en GRASS GIS. util

Figura 4.1: GRASS GIS.

Ahora trabajando en GRASS GIS, en el cual lo primero es crear un directorio de mapas, en donde el programa va poder manejar todos los mapas y capas. Y luego se edita la regi´on de DEM unido.y luego dirigi´endonos al m´odulo de GRASS en el cual se transforma el raster DE QGIS a un formato GRASS.

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Figura 4.2: raster DE QGIS a un formato GRASS.

´ 4.1.1 OBSERVACION: Al medir el a´ rea de los DEM que se han unido nos result´o que era menor a lo requerido(35000Km2) , entonces se tuvo la necesidad de aumentar los DEM y aumentar otra cuenca, optamos por la Cuenca del Rio Pampas el cual tiene origen en laguna Choclococha. Utilizando lista el m´odulo r.fill.dir.en GRASS GIS, esto para poder corregir algunos erro- res que podr´ıa haber. Ahora en este parte se procede a deli-

Figura 4.3: QGIS GRASS. mitar las cuencas con el m´odulo r.watershed”, en el cual se delimita de acuerdo al tama˜no, acumulaci´on de flujo, mapa de direcciones de flujo, segmentaci´on de corrientes y el raster de las subcuencas.

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Figura 4.4: diferencia de Gras. Luego se procede delimitar la cuenca requerida y para esto es recomendable ubicar las coordenadas del punto de aforo o punto de inter´es en Google Earth y guardarlo en el formato ”kml”, despues importando el punto a QGIS en el cual facilita la ubicaci´on pa- ra poder capturar los coordenadas en GRASS con r.water.outlet.en donde que con este comando de GRASS se pega las coordenadas capturadas en QGIS, y el cual se saca la superficie de la cuenca requerida. Una vez hecho todos estos casos, procedemos con

Figura 4.5: delimitando la cuenca r.to.vect.area.a recortar en a´ rea delimitada y convertir a tipo GRASS, y para luego transformar a un tipo vector para poder analizar a´ rea y per´ımetro en la tabla de atributos.

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Figura 4.6: recorte del a´ rea delimitada Luego aplicamos algunos m´odulos para poder visualizar los rios primarios y secundarios del formato GRASS a QGIS. Una vez hecho todo estos procedimientos, en este siguiente paso generaremos una

Figura 4.7: rios primario y secundario m´ascara del a´ rea delimitada con r.out.gdal.en donde se hace la proyeccion de la capa Filled GRASS y genera una m´ascara proyectada, y en el cual se hace algunos arreglos como el cambio de fondo de la delimitaci´on de la cuenca y el borde para poder visualizar el DEM.

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Ahora haciendo algunos retoques, podemos apreciar la cuenca del rio Apur´ımac bien delimitado con sus respectivos r´ıos principales y secundarios en QGIS.

Figura 4.8: rio de Apurimac Ahora una vez hecho, ahora se procede a generar las curvas de nivel de la mascara generado en el programa de QGIS, una vez generado se verifica las altitudes en la tabla de atributos esto para saber si las altitudes salieron. En donde la curva de nivel generado de QGIS nos servir´a para hacer la curva hipsom´etrica.

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Para la extracci´on de los datos de a´ rea, per´ımetro y los demas par´ametros se utiliz´o m´o- de los GRASS, y los datos de los a´ reas parciales se utilizo el comando Hypsometry en la caja de herramientas de QGIS. La cuenca del rio Apur´ımac y Pampas delimitado en QGIS, con los r´ıos principales y r´ıos secundarios,

de igual manera la morfolog´ıa de la cuenca.

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Para tener una proyecci´on de la cuenca en Google earth exportamos y guardamos con el formato KML ya que es un complemento de dicho programa para abrir la cuenca ya con sus respectivas coordenadas UTM y Geogr´aficas.

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Exportamos a Excel los datos de las a´ reas con sus respectivas altitudes, generados en el software QGIS

Hacemos los respectivos c´alculos, como a´ reas parciales o a´ reas que est´an sobre esa altitud

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Una vez calculado en el Excel procedemos en desarrollar la curva hipsom´etrica, mediante los valores altitud y a´ reas sobre la altitud.

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´ ANALISIS DE RESULTADOS

´ 5.1 Area y per´ımetro Para el an´alisis de los resultados se obtuvo las a´ reas parciales con hypsometry en QGIS.

A =50 164.9401Km2 P =1687,2978Km

´ 5.1.1 Indice de compacidad ! ! P 1687,30 Kc = 0,28 ∗ √ = 0,28 ∗ √ = 2,110107 50164,94 A

(5.1)

5.1.2 Relaci´on de elongaci´on √ A R = 1,128 ∗ = 1,128 ∗ L

√ 50164,9401 = 7,8795 28,4251

(5.2)

5.1.3 Factor de forma Ff =

A 50164,9401 = = 62,1235 2 L 28,42512

(5.3)

5.1.4 Longitud del cauce principal Este dato fue obtenido del tabla de atributos de QGIS. LP = 30,0397Km

5.1.5 Pendiente de la cuenca Sc =

H 643 − 572 = = 0,6194 L 28,4251

5.1.6 Datos de las a´ reas parciales de la cuenca

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(5.4)

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´ Area 7348.21911 10103.8013 90934.2115 141112444 449744995 802935310 1173703483 1599406943 2071391323 2610863585 3266699489 4073630393 5052973481 6222168831 7646852576 9400704388 1.157E+10 1.4252E+10 1.7659E+10 2.1942E+10 2.7597E+10 3.4611E+10 4.1925E+10 4.6752E+10 4.8835E+10 4.9435E+10 4.9555E+10 4.9569E+10 4.9573E+10 4.9575E+10 4.9575E+10 4.9575E+10 4.9575E+10 4.9575E+10 4.9575E+10 4.9575E+10 4.9575E+10

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´ Cuadro 5.1: Areas Parciaales ´ ´ Areas Areas que quedan Altitud Parciales sobre esa altitud 62 7348.21911 49574764843 262 2755.58217 49574762088 462 80830.4103 49574681257 662 141021510 49433659747 862 308632551 49125027196 1062 353190315 48771836882 1262 370768173 48401068708 1462 425703459 47975365249 1662 471984380 47503380869 1862 539472262 46963908607 2062 655835904 46308072703 2262 806930904 45501141799 2462 979343088 44521798711 2662 1169195351 43352603360 2862 1424683744 41927919616 3062 1753851812 40174067804 3262 2169424833 38004642971 3462 2681548860 35323094111 3662 3407083541 31916010570 3862 4282870932 27633139638 4062 5655509996 21977629642 4262 7013534370 14964095272 4462 7313988354 7650106918 4662 4827017580 2823089338 4862 2083500270 739589068.6 5062 599367596 140221472.8 5262 120308718 19912755.3 5462 14110417.7 5802337.6 5662 3947830.8 1854506.8 5862 1623037.9 231468.9 6062 116652.9 114816 6262 102875.1 11940.89999 6462 918.5 11022.39999 6662 0 11022.39999 6862 0 11022.39999 7062 4592.7 6429.699997 7262 6429.7 0

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%´areas parciales 1.48E-05 5.56E-06 0.00016305 0.28446225 0.6225597 0.71243961 0.74789688 0.85870987 0.95206566 1.08819918 1.32292268 1.62770471 1.97548681 2.35844826 2.87380795 3.53779097 4.37606617 5.40909971 6.87261563 8.63921455 11.4080403 14.147386 14.7534482 9.73684269 4.202743 1.20901735 0.24268133 0.0284629 0.00796339 0.00327392 0.00023531 0.00020752 1.85E-06 0 0 9.26E-06 1.30E-05

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5.2 Curva hipsom´etrico

Figura 5.1: curva ipsometrica de la cuenca La gr´afica de la curva hipsom´etrica

Figura 5.2: grafica de la curva hipsometrica

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CONCLUSIONES

Seg´un la gr´afica de la curva hipsom´etrica de la cuenca de rio Apur´ımac es una cuenca madura. tambi´en se pudo calcular los par´ametros de la cuenca, donde el cual nos permite saber el tiempo de concentraci´on y de igual manera el rect´angulo equivalente que son par´ametros para saber el comportamiento de la cuenca. Tambi´en en la cuenca delimitada en QGIS, se puede observar como es la morfolog´ıa y la topograf´ıa de la cuenca, de igual manera los r´ıos principales y rios secundarios.

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´ BIBLIOGRAFIA

Apuntes de clases realizado en el curso de Hidrolog´ıa General de la E.P. Ingenier´ıa Civil - UNH2019-II. Andr´e MUSY-Christophe HIGY. Hydrology a Science of Nature. USA, 2010 Hidrologia Basica, Luis V. Reyes Carrasco, CONCYTEC, Lima - Per´u. Texto Basico De Hidrologia - William Gomez Morales. Hidrolog´ıa B´asica, Luis V.Reyes Carrasco, CONCYTEC, Lima-Per´u . Hidrolog´ıa, M´aximo Villon Bejar, Serie en Ingenier´ıa Agr´ıcola, Cartago-Costa Rica.

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7.0.1 ANEXOS

Figura 7.1: Delimitaci´on de la cuenca

Figura 7.2: vista de la cuenca delimitada

Figura 7.3: estudio hidrol´ogico mediante la delimitacion de una cuenca

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