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DELIMITACIÓN DE CUENCA Y PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS

2019

MANEJO Y GESTIÓN DE CUENCAS (RH - 542) DELIMITACION DE UNA CUENCA Y PARAMETROS GEOMORFOLOGICOS

DOCENTE DE TEORÍA: Ing. Marleny Simon Tacuri DOCENTE DE PRÁCTICA: Ing. Marleny Simon Tacuri ALUMNA: CASTRO CCOTA Aida

AYACUCHO-PERU MANEJO Y GESTION DE CUENCAS (RH 542)

2019

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DELIMITACIÓN DE CUENCA Y PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS

I.

INTRODUCCIÓN

El ciclo hidrológico se define como el proceso por el cual las masas de agua cambian de estado y posición relativa en el planeta. Es un proceso continuo en el que una molécula de agua describe un ciclo cerrado pasando por varios estados de agregación de la materia diferentes. Las etapas que contempla el ciclo hidrológico del agua son cinco: Evaporación, Condensación, Precipitación, Escorrentía y Transporte. Y ocurren en todo el planeta, cuando se trabaja a nivel de cuenca este ciclo forma parte de lo que define a una cuenca, y se puede determinar mediante el balance hidrológico que existe en ella. Una cuenca está delimitada por los puntos de mayor elevación altitudinal 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 grandes ríos, arroyos o simples corrientes efímeras. Conocer la disponibilidad hídrica de la cuenca permite la operación de las diferentes estructuras hidráulicas y así maximizar el uso de los recursos disponibles. Para conocer la disponibilidad hídrica es fundamental conocer los valores de los parámetros climáticos que son medidos en las estaciones meteorológicas. El propósito del informe consiste en delimitar una cuenca hidrográfica y luego determinar sus parámetros geomorfológicos, en estudios hidrológicos es importante conocer los valores de entradas y salidas del sistema (cuenca) quienes definirán la geomorfología de una cuenca.

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II.

OBJETIVOS

1.1.

Objetivo General 

1.2.

Uso de ArcHydro para delimitar una cuenca.

Objetivo Específicos  Delimitar la cuenca Apacheta.  Determinar sus parámetros geomorfológicos.

II.

MARCO TEÓRICO

2.1.

CUENCA 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 estructura hidrogeológica subterránea del acuífero como un todo. 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.

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

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Cuencas hidrográficas. Son aquellas que hacen que el agua que proviene de las montañas o del deshielo, descienda por la depresión hasta llegar al mar. En algunos casos, la cuenca puede no alcanzar el nivel del mar si se trata de un valle encerrado por montañas, en cuyo caso la formación acuífera será una laguna o lago.

2.1.1. Características de las cuencas hidrográficas:  La curva cota superficie  El coeficiente de forma  El coeficiente de ramificación 2.1.2. Principales cuencas hidrográficas Cuencas endorreicas: son aquellas que las aguas no llegan al mar, que tienen como resultado la formación de sistemas de agua estancada (como lagos o lagunas). Cuencas exorreicas: son aquellas que drenan sus aguas al mar o al acéano y que por lo tanto no quedan encerradas entre los diferentes conjuntos de montañas. Cuencas arreicas: son aquellas en que las aguas se evaporan o se filtran en el terreno antes de encauzarse en una red de drenaje. Los arroyos, aguadas y cañadones de la meseta patagónica central pertenecen a este tipo, ya que no

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desaguan en ningún río u otro cuerpo hidrográfico de importancia. También son frecuentes en áreas del desierto del Sahara y en muchas otras partes. 2.1.3. Partes que forman una cuenca Cuenca alta: que corresponde a la zona donde nace el río, el cual se desplaza por una gran pendiente. Cuenca media: la parte de la cuenca en la cual hay un equilibrio entre el material sólido que llega traído por la corriente y el material que sale. Visiblemente no hay erosión. Cuenca baja: la parte de la cuenca en la cual el material extraído de la parte alta se deposita en lo que se llama cono de deyección.

2.2.

PARAMETROS CLIMATICOS

Los parámetros climáticos son medidos en las estaciones meteorológicas, por medio de instrumentos especiales. Estos son: Temperatura, elemento climático que indica el grado de calor o frío en la atmósfera, que se mide utilizando varias escalas termométricas.

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La máxima temperatura a la sombra registrada en el espacio urbano, la misma que se capta con termómetros ambientales. La humedad, estado que presenta la atmósfera en relación con el vapor de agua que contiene. Los vientos, son desplazamientos del aire que modifican la temperatura y la humedad de los lugares por donde circulan.

2.3.

PARAMETROS GEOMORFOLOGICOS El ciclo hidrológico, en la que una cuenca hidrográfica es parte fundamental en el estudio de la respuesta a la precipitación de entrada, ocurre diversos procesos que alteran el escurrimiento en su salida. En estos procesos intervienen la geomorfología de la cuenca en la que la climatología es el factor más importante, el tipo y uso del suelo, la cobertura vegetal o nivel de urbanización.

Existen parámetros calculables que consideran la importancia de estos procesos para establecer comparaciones y establecer cuencas afines de una forma preliminar. Las propiedades geomorfológicas de una cuenca más estudiadas, se presentan a continuación:

2.3.1. Área de la cuenca Es la superficie del terreno en las aguas de las precipitaciones que concurren a un mismo punto de evacuación a través de cauces secundarios o quebradas que se unen a un cauce principal. Las aguas de las precipitaciones, lagunas o glaciares que no han sido infiltradas por el suelo se denominan escorrentía superficial y se desplazan desde los puntos de mayor elevación hacia los puntos de menor elevación por efecto de la gravedad. Mientras que, las aguas que han sido infiltradas por el suelo se denominan escorrentía subterránea y discurren por su interior similarmente. Este parámetro es el más utilizado en el estudio de la escorrentía de una cuenca.

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La delimitación de una cuenca hidrográfica se realiza a través de una línea imaginaria, denominada divisora de agua o divortium aquarium, que separa las pendientes opuestas de las cumbres, fluyendo las aguas de las precipitaciones a ambos lados de la línea imaginaria hacia los cauces de las cuencas continuas. A continuación se muestra los componentes en una cuenca:

2.3.2. Longitud del cauce principal Este parámetro suele coincidir con la longitud del cauce más largo, y es un criterio muy representativo de la longitud de una cuenca.

Puede medirse

considerando toda la sinuosidad del cauce o la longitud del eje del mismo.

2.3.3. Perímetro de la cuenca Es la longitud de la línea divisoria de aguas y conforma el contorno del área de la cuenca. Cuando se compara cuencas de la misma área, este parámetro es útil para diferenciar la forma de la cuenca. Es decir, si es alargada o redondeada.

2.3.4. Forma de la cuenca Para identificar las características de forma se emplean varios parámetros asociados con la relación área, perímetro o la longitud del cauce de agua más largo que se define como la distancia desde el punto de la salida de desembocadura de la cuenca hasta el punto agua arriba más alejada. Los índices más usuales son:

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a) Coeficiente de compacidad o índice de Gravelius Establece la relación entre el perímetro de la cuenca y el perímetro de una circunferencia de área equivalente a la superficie de la cuenca correspondiente.

Este índice representa la forma de la superficie de la

cuenca, según su delimitación, y su influencia sobre los escurrimientos y el hidrograma resultante de una precipitación (López Cadenas de Llano & Mintegui Aguirre, 1987).

De otra manera, este índice se basa en la comparación con una cuenca ideal de forma circular con sus cauces dispuestos radialmente y que desembocan en el punto central (López Cadenas de Llano, 1998). Se expresa mediante la siguiente ecuación:

Dónde:

kc: coeficiente de compacidad P: perímetro de la cuenca en Km A: área de la cuenca en km2

Cuando el valor de Kc tienda a uno, la cuenca tendrá una forma casi circular. Esto significa que las crecientes tendrán mayor coincidencia debido a que los tiempos de concentración de los diferentes puntos de la cuenca serán iguales. El tiempo de concentración consiste en la duración necesaria para que una gota de agua que cae en el punto más alejado de la cuenca llegue al punto de salida o desembocadura.

En cuencas muy alargadas, el valor de Kc

sobrepasa a 2.

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b) Factor de forma Es uno de los parámetros que explica la elongación de una cuenca. Se expresa como la relación entre el área de la cuenca y la longitud de la misma. El parámetro está definido por la siguiente expresión:

Dónde: Ff: factor de forma A: área de la cuenca (km2) Lc: longitud de la cuenca, que se define como la distancia entre la salida y el punto más alejado, cercano a la cabecera del cauce principal, medida en línea recta. Es un parámetro adimensional y la longitud de la cuenca puede considerarse según tres criterios diferentes: la longitud del cauce principal considerando su sinuosidad, la longitud del cauce principal considerando el eje del mismo, o la distancia en línea recta entre el punto de control de la cuenca y el punto más alejado de este. En el presente estudio, se considera esta última distancia. Si la forma de la cuenca es aproximadamente circular, entonces el valor de Ff se acercará a uno. Mientras que, las cuencas más alargadas, tendrán un Ff menor. En las cuencas alargadas, las descargas son de menor volumen debido a que el cauce de agua principal es más largo que los cauces secundarios y los tiempos de concentración para eventos de precipitación son distintos. Este caso es inverso a lo que ocurre con el coeficiente de compacidad. MANEJO Y GESTION DE CUENCAS (RH 542)

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Rangos aproximados del Factor de Forma Factor de forma (valores aprox.) Forma de la cuenca 1.20

Rodeando el desagüe

2.3.5. Sistema de drenaje El sistema de drenaje está constituido por un cauce principal y sus cauces

tributarios. Mientras más largo sea el cauce de agua principal, más ramificaciones tendrá la red de drenaje. Los parámetros más representativos son:

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a) Orden de los cauces Existen diversos criterios desarrollados para establecer el orden de los cauces para cuantificar la magnitud de la red de drenaje en la escorrentía superficial directa. El criterio empleado en este trabajo se basa en el modelo de Strahler que consiste en asignarle un número a cada uno de los cauces tributarios en forma creciente, desde el inicio de la línea divisora de aguas hasta llegar al cauce principal de manera que el número final señale el orden de la red de drenaje en la cuenca. Las cuencas altamente disectadas tienen un orden de cauce alto y los suelos son relativamente impermeables; entonces, la respuesta a una tormenta es rápida (Aparicio, 1996).

b) Razón de bifurcación Es un parámetro que resulta de la relación entre el número de cauces de un orden dado y el número de cauces del orden inmediatamente superior. Su razón es la siguiente:

Valores muy altos de esta relación, está determinado a terrenos escarpados, los suelos son muy erosionables. Además que, estas cuencas presentan una

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amplia red hidrográfica con muchos cauces tributarios con rápida respuesta a la precipitación (Aparicio, 1996).

2.3.6. Densidad de drenaje Este parámetro indica la relación entre la longitud total de los cursos de agua irregulares y regulares de la cuenca y la superficie total de la misma. De otra manera, expresa la capacidad de desalojar un volumen de agua dado (López Cadenas de Llano, 1998). Este parámetro es muy representativo respecto de la topografía de la cuenca en los estudios. Valores mínimos de esta relación están asociados a regiones con materiales de suelo poco erosionables, baja cubierta de vegetación y pendientes planas. Mientras que, valores altos refieren a que las precipitaciones intervienen rápidamente sobre las descargas de los ríos. Generalmente, estas regiones tienen suelos impermeables y pendientes fuertes. Se expresa con la siguiente ecuación:

La densidad de drenaje es un indicador de la respuesta de la cuenca ante un aguacero, y, por tanto, condiciona la forma del hidrograma resultante en el desagüe de la cuenca. A mayor densidad de drenaje, más dominante es el flujo en el cauce frente al flujo en ladera, lo que se traduce en un menor tiempo de respuesta de la cuenca y, por tanto, un menor tiempo al pico del hidrograma. Densidad de drenaje (valores aprox.) Clases 0.1 – 1.8

Baja

1.9 – 3.6

Moderada

3.7 – 5.6

Alta

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2.3.7. Extensión media de escurrimiento superficial Este parámetro muestra la distancia media que el agua de la precipitación tendrá

que transportarse hasta un cauce de agua cercano. Su fórmula es la siguiente:

2.3.8. Frecuencia de ríos

El análisis de las variaciones de la elevación de los terrenos con respecto al nivel del mar es una característica que influye en el resultado de la pendiente de una cuenca. El parámetro más representativo es el siguiente:

a) Altitud media de la cuenca Este valor permite representar aspectos climáticos y naturales que están interrelacionados en la cuenca, a través de un patrón climático de la zona (ANA, 2010). Su fórmula es la siguiente: 𝐻𝑚𝑒𝑑 = Donde:

∑(ℎ𝑖 ∗ 𝑆𝑖) 𝐴

Hmed: Altitud media de la en msnm

Hi: altitud media de cada tramo de área contenido entre las curvas de nivel Si: área contenida entre las curvas de nivel A: área toral de la cuenca en km2 b) Curva hipsométrica La curva hipsométrica es representada a través de una curva característica muy importante de una cuenca en estudio. Esta curva representa en el eje de las ordenadas, las elevaciones en metros sobre el nivel del mar y en el eje de las abscisas, el porcentaje del área de la cuenca que queda por encima de la

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elevación indicada. Caracteriza de algún modo el relieve (Ministerio de Agricultura y Alimentación, 1978). Cabe mencionar que, entrando con el 50% del área en el eje de las abscisas se obtiene la altitud media de la cuenca que intercepta con la curva hipsométrica.

c) Polígono de frecuencia de altitudes El diagrama del polígono de frecuencia de altitudes representa en el eje de las ordenadas, el porcentaje parcial del área de una cuenca en estudio y en el eje de las abscisas, las altitudes en metros sobre el nivel del mar comprendidas dentro de ese porcentaje.

El polígono de frecuencias es un complemento de la curva de hipsométrica y permite determinar las altitudes más frecuentes en una cuenca a través del porcentaje más alto del diagrama.

2.3.9. Rectángulo equivalente Es la transformación geométrica de la cuenca en un rectángulo ideal que tiene la misma área y perímetro. En este rectángulo, las curvas de nivel se convierten en rectas paralelas al lado menor, siendo estas la primera y la última curva de nivel, respectivamente (Ministerio de Agricultura y Alimentación, 1978). Los lados del rectángulo equivalente presentan las siguientes relaciones:

2.3.10. Declividad de los cauces Una mayor declividad de los cauces, genera como consecuencia, una mayor rapidez del escurrimiento de agua en los mismos cauces. El parámetro más representativo es el siguiente:

a) Pendiente media del cauce principal La influencia de la configuración topográfica en el proceso de erosión de una cuenca y en la formación de descargas altas, se presenta de acuerdo a los MANEJO Y GESTION DE CUENCAS (RH 542)

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mayores o menores grados de pendiente (López Cadenas de Llano, 1998). Existen varios criterios para definir este parámetro. A continuación, se muestra la relación del criterio asumido:

Rangos aproximados de la pendiente media del cauce principal Pendiente del cauce principal (%) Clases 1a5

Suave

6 a 11

Moderado

12 a 17

Fuerte

2.3.11. Declividad de los terrenos

a) Pendiente media de la cuenca Este índice representa un valor medio de todas las pendientes que conforman las diversas zonas topográficas de la cuenca. Condiciona, en buena parte, l a velocidad con que se da el escurrimiento superficial.

Existen diversos

criterios para el cálculo de la pendiente media. En la siguiente tabla se muestra la topografía adoptada por una cuenca según rangos aproximados de su pendiente media.

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Pendiente media (%) Terrenos 0a2

Llano

2a5

Suave

5 a 10

Accidentado medio

10 a 15

Accidentado

15 a 25

Fuertemente accidentado

25 a 50

Escarpado

>50

Muy escarpado

2.3.12. Coeficiente de torrencialidad Este parámetro resulta de la relación entre el número de cauces de agua de orden uno y el área de la cuenca. A mayor número de cauces de orden uno y menor área, la torrencialidad de la cuenca será mayor (Romero Díaz, A., 1987). Este resultado significa que el agua recorre muy poco para dirigirse a los cauces y la velocidad de descarga es mayor. Su relación es la siguiente:

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III.

METODOLOGIA A.

Procesamiento de datos: Con el uso del programa ArcGis 10.3, y con la extensión del ArcHydro se dispuso a trabajar la información de las cartas nacionales 27n, 27ñ. 27p, 27m, 27º, 28ñ y 28n; de tal forma delimitar la microcuenca Apacheta.

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A. Fase de calculo  Area de la cuenca: A= 390.641km2  Longitud del cauce principal: Lc=7.096 km  Perímetro de la cuenca: P= 174 km  Forma de la cuenca a) Coeficiente de compacidad o índice de gravelius

𝐼𝑐 =

174 2 ∗ √𝜋 ∗ 390.641

= 2.48

Como el valor del Ic=2.48, representa un cuenca de forma alargada b) Factor de forma

𝐹𝑓 =

𝐴 3390.641 = = 0.057 2 𝐿𝑐 82.942

Según el cuadro de rangos, el valor de Ff=0.24, se acerca a una cuenca de forma Alargada  Orden de las cuencas: Según el modelo de Strahler, se le asigno números a cada cauce tributario en forma creciente. Se encontró cauce hasta de orden 5.

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 Densidad de drenaje 𝐷𝑑 =

𝐿𝑖 𝐴 201.731

𝐷𝑑 = 390.641 = 0.516 La densidad de drenaje es de clase baja.  Extensión media de escurrimiento superficial 𝐴

390.641

𝐸𝑠 = 4𝐿𝑖 = 4∗201.731 𝐸𝑠 = 0.484

Frecuencia de ríos La sumatoria nos da la longitud de la red hídrica: 201.731 km  Curva hipsométrica COUNT 8357 21453 28343 29178 32762 37616 73596 110050 80540 12151

AREA 7521300 19307700 25508700 26260200 29485800 33854400 66236400 99045000 72486000 10935900

MIN 3300 3475 3649 3824 3998 4173 4347 4522 4696 4871

MAX 3474.520752 3649.053467 3823.568359 3998.0979 4172.631836 4347.15625 4521.686035 4696.213379 4870.719727 5045

RANGE 174.520752 174.518311 174.489502 174.511963 174.521729 174.512695 174.522949 174.525391 174.503906 174.516602

MEAN 3417.545038 3569.128295 3739.566761 3909.118974 4083.478935 4262.048455 4438.836461 4609.115794 4766.642165 4912.998743

STD 36.627467 45.710827 51.657549 48.101092 53.540249 49.113847 53.223432 48.969441 48.36685 28.324409

SUM 28560423.89 76568509.32 105990540.7 114060273.4 133782936.9 160321214.7 326680608.2 507233193.1 383905360 59697847.73

CURVA A: refleja una cuenca con gran potencial erosivo, fase de juventud.

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Curva Hipsométrica de la cuenca de la microcuenca Apacheta

Altitud (msnm)

4800 4300 3800 3300 0

10

20

30

40

POR DEBAJO

50

60

70

80

90

100

Area Acumulada (%)

POR ENCIMA

 Rectángulo equivalente 𝑃2

𝑝

𝐿 = 4 + √16 − 𝐴

𝐿=

𝑃2

𝑝

𝑙 = 4 − √16 − 𝐴

𝑙=

174 4 174 4

+√ −√

1742 16

1742 16

− 366.815 = 82.94 𝑘𝑚 − 366.815 = 6.71 𝑘𝑚

 Pendiente media de la cuenca Nº

RANGO PENDIENTE INFERIOR SUPERIOR

PROMEDIO

NÚMERO DE PROMEDIO x OCURRENCIA OCURRENCIA

1.00 2.00 3.00 4.00

0.00 5.00 12.00 18.00

5.00 12.00 18.00 24.00

2.50 8.50 15.00 21.00

72212.00 160338.00 162979.00 29892.00

180530.00 1362873.00 2444685.00 627732.00

5.00

24.00

32.00

28.00

7542.00

211176.00

6.00

24.00

32.00

28.00

943.00

26404.00

7.00

32.00

44.00

38.00

127.00

4826.00

8.00

44.00

100.00

72.00

13.00

936.00

Pendiente media de la Cuenca:

11.195

%

La pendiente media (%) es de 19.95, lo que indica un terreno fuertemente ondulado.

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RESUMEN: PARAMETROS GEOMORFOLOGICOS DE LA MICROCUENCA APACHETA Cuadro N° 01: Resumen de los Cálculos Geomorfológicos de la microcuenca PARAMETROS

UND

NOMENCLATURA

CUENCA

Superficie total de la cuenca

Km²

At

390.641

Perímetro

Km.

P

°

Lat.

Longitud

°

Long.

174.000 13° 15'55.0001" 74°20'24"

Zona de Proyección UTM

s/U

Zona

18S

X

m

Coord. X

571495.900

Y

m

Coord. X

8533433.400

Altura del centroide

m.s.n.m.

Alt.

Coeficiente de Compacidad (Gravelius) FACTOR DE FORMA

FACTOR DE CUENCA

RELACIONES DE FORMA

UBICACIÓN

Latitud

RECTANGULO EQUIVALENTE

SISTEMA DE DRENAJE

GRADO DE RAMIFICACIÓN

s/U

Kc = 0.28 P / (At)

3764.419 1/2

2.483

Longitud de la Cuenca

Km.

LB

82.943

Ancho Medio de la Cuenca

Km.

AM = At / LB

4.710

Factor de Forma

s/U

Kf = AM / LB

0.057

Lado Mayor

Km.

Kc*(pi*A)1/2/2*(1+(1-4/pi*Kc²))

82.943

Lado Menor

Km.

Kc*(pi*A)1/2/2*(1-(1-4/pi*Kc²))

4.710

longitud

Km.

Orden 1

105.550

longitud

Km.

Orden 2

43.700

longitud

Km.

Orden 3

10.649

longitud

Km.

Orden 4

41.801

longitud

Km.

Orden 5

LONGITUD TOTAL

NÚMEROS DE RIOS PARA LOS DIFERENTES GRADOS DE RAMIFICACIÓN CANTIDAD TOTAL

Longitud del río principal Densidad de drenaje Extensión media de la escorrentía superficial Frecuencia de los ríos

0.031 201.731

Km. s/U

Orden 1

251

s/U

Orden 2

102

s/U

Orden 3

37

s/U

Orden 4

116

s/U

Orden 5

2 508

s/U Km.

Lr

7.096

Km./Km².

Dd = Lt / At

0.516

Km.

Es = At / 4Lt

0.484

r/Km²

Fr = N°Ríos / At

1.300 1.745267578

Desnivel total de la cuenca

Km.

Ht

Altura media de la cuenca

m.s.n.m.

Hm

4373

%

Ht / Lma

2.10%

Pendiente cuenca ( Met. Rectángulo Equivalente) Pendiente general del cauce principal (Taylor y Shuartz) Tiempo de Concentración Kirprich

MANEJO Y GESTION DE CUENCAS (RH 542)

%

h / L

3.39%

min.

0.0195(L^3/h)^0.385

528.58

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DELIMITACIÓN DE CUENCA Y PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS

IV.

DISCUSIONES

El análisis de los parámetros geomorfológicos podemos hallarlo mediante el programa ArcGis. Los resultados mostraron una cuenca que tiene forma alargada, y con características irregulares. Los resultados están conformes el procedimiento realizado.

V. CONCLUSION Se concluye del trabajo que el método más específico para hallar la delimitación de la cuenca es usando la extension del archydro a comparación de usar la caja de herramientas o el arctoolbox. Además los parámetros que se hallan de la cuenca abarcan desde el la hidrografía, topografía y forma, los cuales serán usados para estudios hidrológicos o para trabajos de procesamiento de información en el manejo de cuencas.

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