1.0 Definición de parámetros
geomorfológicos de una cuenca
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:
1.1 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.
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 (ver Figura 1-1).
Figura 1-1. Componentes en una cuenca
1.2 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.
1.3 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.
1.4 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:
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:
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 (ver Figura 1-2).
Figura 1-2. Comparación de la forma de cuencas según valores del
Coeficiente de Compacidad.
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:
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 este artículo, 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, como se muestra en la Figura 1-3. Este caso es inverso a lo que ocurre con el
coeficiente de compacidad.
Figura 1-3. Influencia de la configuración de la red hidrológica
en las descargas.
Por otra
parte, en la siguiente tabla se muestra la forma que puede adoptar una cuenca
según rangos aproximados del Factor de Forma (ver Tabla 1-1).
Tabla 1-1.
Rangos aproximados del Factor de Forma
Factor de forma (valores aproximados) |
Forma de la cuenca |
<0.22 |
Muy alargada |
0.22 a 0.30 |
Alargada |
0.30 a 0.37 |
Ligeramente alargada |
0.37 a 0.45 |
Ni alargada ni ensanchada |
0.45 a 0.60 |
Ligeramente ensanchada |
0.60 a 0.80 |
Ensanchada |
0.80 a 1.20 |
Muy ensanchada |
>1.20 |
Rodeando el desagüe |
Fuente:
Pérez, 1979
1.5 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:
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 artículo 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 (ver Figura 1-4).
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).
Figura 1-4. Ramificación de un cauce principal según el modelo
de Strahler
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
amplia red hidrográfica con muchos cauces tributarios con rápida respuesta a la
precipitación (Aparicio, 1996).
1.6 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 a 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:
Valores referenciales, se muestran a
continuación (ver Tabla 1-2).
Tabla 1-2.
Rangos aproximados de la Densidad de Drenaje
Densidad de drenaje (valores aproximados) |
Clases |
0.1 a 1.8 |
Baja |
1.9 a 3.6 |
Moderada |
3.7 a 5.6 |
Alta |
Fuente: IBAL, 2009
1.7 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:
1.8 Frecuencia de ríos
Este parámetro relaciona la
sumatoria total del orden de todos los cauces; es decir el número total de
todos los ríos de la cuenca, con la superficie total. Muestra el valor del número de ríos por Km2.
1.9 Elevación de los terrenos
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:
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
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.
1.10 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:
1.11 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 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:
Valores referentes, se muestran a continuación (ver
Tabla 1-3).
Tabla 1-3.
Rangos aproximados de la pendiente media del cauce principal
Pendiente media del cauce principal (%) |
Clases |
1 a 5 |
Suave |
6 a 11 |
Moderado |
12 a 17 |
Fuerte |
Fuente: IBAL, 2009
1.12 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,
la 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 (Ver Tabla 1-4).
Tabla 1-4. Rangos aproximados de la
pendiente media de la cuenca
Pendiente media (%) |
Terrenos |
0 a 2 |
Llano |
2 a 5 |
Suave |
5 a 10 |
Accidentado medio |
10 a 15 |
Accidentado |
15 a 25 |
Fuertemente accidentado |
25 a 50 |
Escarpado |
>50 |
Muy escarpado |
Fuente:
Pérez, 1979
1.13 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:
1.14 Coeficiente
de Masividad
Este parámetro resulta de la
relación entre la altitud media de la cuenca, que se calcula por medio de la
curva hipsométrica, y el área de la misma (Martonne,
1940). Su resultado es alto para cuencas
de cumbres altas y bajo en cuencas donde predominan terrenos planos que
presentan áreas similares. Su relación
es la siguiente:
Como demostración, se presenta cuadros de resumen que incluye los
parámetros geomorfológicos de una cuenca en estudio denominada Sub Yauli:
Tabla 1-5.
Número de cauces según orden y razón de bifurcación media en cuenca Sub Yauli
Número de cauces |
Razón de
bifurcación |
Razón de bifurcación
media (Rb) |
|
Orden 1 |
98 |
|
|
|
|
3.9 |
|
Orden 2 |
25 |
|
|
|
|
5.0 |
4.6 |
Orden 3 |
5 |
|
|
|
|
5.0 |
|
Orden 4 |
1 |
|
|
Fuente:
Elaboración propia
Tabla 1-6. Características geomorfológicas en cuenca Sub
Yauli
Característica
geomorfológica |
Valor |
Área (Km2) |
590.792 |
Perímetro (Km) |
144.029 |
Longitud del cauce
principal (Km) |
31.979 |
Longitud total de
cauces (Km) |
338.496 |
Número total de
cauces |
129 |
Coeficiente de
compacidad (Kc) |
1.659 |
Factor de forma (Ff) |
0.586 |
Orden de la cuenca |
4 |
Densidad de drenaje
(Km/Km2) |
0.573 |
Extensión media del
escurrimiento superficial (Km) |
0.436 |
Frecuencia de ríos
(cauces/Km2) |
0.218 |
Altitud media de la
cuenca (msnm) |
4642.893 |
Lado mayor del
rectángulo equivalente (Km) |
62.573 |
Lado menor del
rectángulo equivalente (Km) |
9.442 |
Pendiente media del
cauce principal (%) |
3.136 |
Pendiente media de
la cuenca (%) |
16.854 |
Coeficiente de torrencialidad (ríos/Km2) |
0.166 |
Coeficiente de
masividad (m/Km2) |
7.859 |
Fuente:
Elaboración propia
Mapa Geográfico de la Cuenca en
estudio Sub Yauli
REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
Aparicio, F. (1996). Fundamentos de Hidrología de Superficie. 4ta. Edición.
México. Editorial Limusa S.A. PP 303.
López Cadenas de Llano & Mintegui
Aguirre (1987). Hidrología de Superficie. Escuela de Técnica Superior de Ingenieros de
Montes. Madrid, España. Editorial Salazar. PP 222.
López Cadenas de Llano (1998). Restauración Hidrológica Forestal de Cuencas
y Control de Erosión. Ingeniería
Medioambiental, TRAGSATEC, Ministerio de Medio Ambiente. Madrid, España. Editorial Mundi
Prensa. PP 945.
Martonne, E.
(1940). Traité de Geographie
Physique. Armand Colin, París.
Ministerio de Agricultura y Alimentación (1978).
Estudio de los Parámetros Geomorfológicos de una Cuenca. Boletín Técnico Nro. 2. Perú.
PP 32.
Perez, J. (1979). Fundamentos del ciclo hidrológico. Universidad Central de Venezuela. Facultad de Ingeniería Departamento de
Meteorología e Hidrología. Caracas,
Venezuela. PP 38.
Autoridad Nacional del Agua
(2010). Evaluación de Recursos
Hídricos Superficiales en la Cuenca del Río Mantaro. Recuperado de: http://www.ana.gob.pe/media/390314/evaluacion%20rh%20superficiales%20rio%20mantaro.pdf
IBAL S.A. (2009). Plan de Ordenación y Manejo Ambiental de la
Microcuenca de las Quebradas Las Panelas y La Balsa. Recuperado de: http://www.cortolima.gov.co/sites/default/files/images/stories/centro_documentos/estudios/cuenca_panelas/DIAGNOSTICO/2.2ASPECTOS_BIOFISICOS.pdf
Romero Díaz, A. (1987).
Morfometría de Redes Fluviales: Revisión
crítica de los parámetros más utilizados y aplicación al Alto
Guadalquivir. Papeles de Geografía Núm.
12, 47-62. Recuperado de: http://revistas.um.es/geografia/article/view/42391/40741