Características Físicas y de Relieve de una Cuenca Hidrográfica
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Características Físicas y de Relieve de una Cuenca Hidrográfica
El ciclo hidrológico es un estímulo, constituido por una precipitación a la cual la cuenca responde mediante una aportación de caudal. Estos estímulos están controlados por características geomorfológicas de la cuenca y su urbanización. Estas características se suelen dividir en dos tipos:
- Se corresponden con los parámetros físicos de la forma de la cuenca. Condicionan el volumen de salida de aportación de la cuenca.
- Se corresponden con los parámetros de relieve de una cuenca. Condicionan la velocidad de respuesta al estímulo hidrológico.
Parámetros Físicos
Los parámetros físicos de una cuenca dependen de la morfología de la cuenca, los tipos de suelo, la capa vegetal, la geología, etc. Estos elementos físicos proporcionan la posibilidad de conocer la variación en el espacio del régimen hidrológico.
1. Área de Drenaje
El área de drenaje o de la cuenca hidrológica es la superficie de la cuenca, en proyección horizontal, delimitada por la divisoria de aguas. Es, de todos los parámetros, el más importante de la cuenca, siendo directamente proporcional a variables hidrológicas como son el caudal y el volumen de precipitación. La determinación de la escala a la que debe de realizarse la determinación del área vendrá dada por las características del estudio o proyecto concreto que se quiera realizar, así como del tamaño de la misma.
2. Forma de la Cuenca
Dos cuencas con la misma área podrán tener respuestas hidrológicas distintas en función de su forma, ya que ésta condicionará su tiempo de concentración. Los parámetros que miden la forma de la cuenca son el índice de Gravelius o coeficiente de compacidad y el factor de forma.
2.1. Índice de Compacidad o de Gravelius
Es la relación que existe entre el perímetro de la cuenca y el perímetro de una circunferencia de igual área a la de la cuenca.
Kc = Perímetro de la cuenca / Perímetro del círculo, siendo P el perímetro de la cuenca (km) y A el área (km2).
Cuando más irregular sea la cuenca, mayor será su coeficiente de compacidad. Una cuenca circular posee un índice de compacidad igual a 1.
2.2. Factor de Forma
Es la relación entre el ancho medio de la cuenca y la longitud del cauce principal de la cuenca. El ancho medio se obtiene dividiendo el área de la cuenca por la longitud del cauce principal.
Kf = B / L = A / L2, siendo B el ancho medio de la cuenca en km, A el área de la cuenca en km2 y L la longitud del cauce principal en km.
Una cuenca con factor de forma bajo está menos sujeta a crecidas que una con la misma área y mayor factor de forma.
Parámetros de Relieve
1. Pendiente Media de la Cuenca
La pendiente media de la cuenca puede estimarse mediante la siguiente fórmula:
S = (D * LL) / A, donde LL es la longitud total de las curvas de nivel comprendidas dentro de la cuenca en km, D es la equidistancia entre las curvas de nivel del mapa topográfico en km y A es el área de la cuenca en km2.
2. Histograma de Frecuencias Altimétricas
Es un histograma que indica el porcentaje de área comprendida entre dos alturas determinadas. Puede obtenerse calculando el área que existe entre las curvas de nivel de la cuenca expresándolas en tanto por ciento respecto al total del área de la cuenca.
3. Curva Hipsométrica
Es la representación gráfica del relieve de una cuenca. Es una curva que indica el porcentaje de área de la cuenca o bien la superficie de la cuenca en km2 que existe por encima de una cota determinada.
4. Altura Media de la Cuenca
Se puede definir la altura media de la cuenca como:
Hm = Σ (Ai * Hi) / A, siendo Hi la altura media entre dos curvas de nivel que delimitan el área Ai y A es el área total de la cuenca, es decir, A = Σ Ai.
También puede obtenerse la altura media como la ordenada media de las curvas hipsométricas. Otras alturas que pueden adoptarse son la “altura más frecuente”, considerada como la altura correspondiente al máximo del histograma de frecuencias altimétricas, y la “altura mediana”, que es la altura para la cual el 50% del área de la cuenca se encuentra por debajo de la misma.
5. Pendiente del Cauce Principal
Se pueden definir varias pendientes del cauce principal: la pendiente media, la pendiente media ponderada y la pendiente equivalente.
La pendiente media (Sm) es la diferencia entre la altura máxima y mínima del cauce principal y la longitud de dicho cauce, expresados todos ellos en unidades homogéneas.
Sm = (Hmax - Hmin) / L
La pendiente media ponderada (Smp) es la pendiente de la recta de vértice el punto de control de la cuenca, que hace que el área de la superficie que queda entre dicha recta y el perfil del cauce se iguale de forma que A1 = A2.
La pendiente equivalente constante (Seq) es la pendiente de un canal de sección transversal uniforme de la misma longitud que el cauce y que posee la misma velocidad media o tiempo de recorrido que el cauce principal. Como la velocidad en régimen permanente es proporcional a la raíz cuadrada de la pendiente, Seq se puede obtener ponderando los segmentos en los cuales se divide el cauce de acuerdo a la raíz cuadrada de sus pendientes. Así:
Seq = (Σ (li * √Si)) / L, donde L es la longitud del cauce principal (km), li son las longitudes de los n tramos del cauce principal considerados y Si son las pendientes de dichos tramos.
6. Rectángulo Equivalente
El rectángulo equivalente de una cuenca es un rectángulo que tiene igual superficie, perímetro, coeficiente de compacidad y distribución hipsométrica que la cuenca en cuestión.
Para dibujar las curvas de nivel del rectángulo equivalente, puede usarse la siguiente fórmula:
di = (Ai / A) * L, donde di es la distancia desde la parte más baja del rectángulo equivalente hasta la curva de nivel y Ai el área por debajo de la curva de nivel considerada.