Manejo de Cuencas
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CAPITULO I
LA CUENCA HIDROGRAFICA
La cuenca hidrográfica de un río, un lago, una laguna, etc.; es el territorio delimitado por una
línea imaginaria denominada divisoria de aguas o parteaguas.
La divisoria hace que toda el agua converja hacia un punto del río, lago, laguna, etc.;
denominado punto de control.
Ilustración 1. Cuenca y divisoria de aguas.
Aunque las aguas proceden inicialmente de las lluvias, esas aguas afluentes son tanto las que
discurren superficialmente como aquellas que después de una trayectoria subterránea, emergen
y se incorporan al flujo superficial antes del punto de control.
Ilustración 2. Imagen tridimensional de una cuenca.
La cuenca hidrogeológica es un concepto más amplio que el de cuenca hidrográfica, ya que
incluye también a las aguas subterráneas.
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La cuenca hidrográfica y cuenca hidrogeológica son iguales cuando no existen trasvases
apreciables de aguas subterráneas de una cuenca a otra, es decir que podamos considerar
que las divisorias topográficas que dividen a la escorrentía superficial constituyen también
divisorias de la escorrentía subterránea entre cuencas. Esto se cumple en general para cuencas
grandes de mas de 1 000 Km2 de área.
Sin embargo, para cuencas pequeñas hay que considerar la hidrogeología de la zona con
cuidado, para lograr exactitud en la delimitación.
En una cuenca se diferencian:
- Cuenca alta. Es la parte de la cuenca en la cual predomina el fenómeno de la socavación. Es
decir que hay aportación de material sólido hacia las partes bajas de la cuenca, visiblemente se
ven trazas de erosión
- Cuenca media .Es 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 .Es 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.
Ilustración 3. División de una cuenca.
La cuenca es una división geográfica natural, en contraste con la división geográfica artificial o
política (departamentos, provincias, distritos) desarrollada por el hombre. Por ello el enfoque de
cuencas FACILITA la gestión de territorios y los recursos que estos territorios contienen (agua,
suelos, flora, fauna, etc.).
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1 TIPOS DE CUENCAS
Existen diversos criterios para clasificar las cuencas:
1.1 SEGÚN EL AREA
-
Pequeñas o Microcuencas, cuando su área es menor a 50 Km2,
Medianas , cuando su área es mayor a 50 Km2 y menor a 500 Km2,
Grandes, cuando su área es mayor a 500 Km2.
Ilustración 4. Tamaño de las cuencas.
1.2 SEGÚN SU SISTEMA DE DRENAJE
-
-
Endorreica o cerrada, cuando no tiene un cauce de salida,
Exorreica o abierta, cuando tiene un cauce de salida. Ver Ilustración 5.
Arreicas, cuando las aguas se evaporan o se filtran en el terreno antes de encauzarse
en una red de drenaje; por lo tanto no desembocan en un cuerpo hidrográfico (mar,
lago, río). Los arroyos y aguadas en zonas áridas pertenecen a este tipo, ya que no
desaguan en ningún río u otro cuerpo hidrográfico de importancia.
Criptorréicas, cuando carecen de una red fluvial permanente y organizada, corren como
ríos subterráneos.
Ilustración 5. Cuencas exorreicas y endorreicas.
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Ilustración 6. Depresión de Qattara en Libia, cuenca arreica.
Ilustración 7.Río subterráneo en México, cuencas criptorreica (krypto = oculto).
En el estudio de una cuenca, se deben de definir sus características:
- físicas,
- hidrológicas, y
- socioeconómicas.
La información recolectada se detalla en planos, utilizándose un plano para cada tema
determinado (precipitaciones, tipo de suelos, flora, curvas de nivel, etc.), de la cuenca.
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2 CARACTERISTICAS FISICAS
Las características físicas de una cuenca tienen una gran importancia en el comportamiento
hidrológico de la misma. Dichas características físicas se clasifican en dos tipos según su
impacto en el drenaje:
- las que condicionan el volumen de escurrimiento como el área y el tipo de suelo de
la cuenca, y
- las que condicionan la velocidad de respuesta como el grado de ramificación, la
pendiente, la sección transversal, etc.
Las características físicas se subdividen en fisiográficas, geográficas, geológicas, ecológicas y
geométricas.
2.1 CARACTERISTICAS FISIOGRAFICAS
Se refieren al relieve que presenta la superficie de la cuenca: tipos de paisajes, características
topográficas (quebradas, mesetas, valles, etc.).
Estas características influencian la escorrentía (y con ello la erosión, transporte de sedimentos,
etc.), el desarrollo de plantas y la fauna presente en la cuenca.
Ilustración 8. Fisiografía: quebradas, mesetas, deltas, valles; en cuencas.
Un sistema de clasificación fisiográfica muy utilizado es el Sistema CIAF (Centro Inter
Americano de Fotointerpretación)
El sistema tiene una estructura piramidal, en cuyo vértice están las estructuras geológicas
propias de todo continente, a saber:
o Cordilleras de plegamiento
o Escudos o cratones
o Megacuencas de sedimentación
A partir de las anteriores se establecieron cinco categorías fisiográficas, a saber:
1. Provincia fisiográfica
2. Unidad climática
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3. Gran paisaje (unidad genética de relieve)
4. Paisaje
5. Subpaisaje
A continuación de define cada una de estas categorías, se exponen los criterios adoptados para
su establecimiento y se incluye en cada caso un listado de las geoformas correspondientes
(Botero y Villota, 1992).
Ilustración 9. Sistema CIAF de clasificación fisiografica.
Ejemplo, en la cuenca del río Quilca:
LLANURAS: están constituidas por aquellas áreas de suave relieve o superficies mas o menos
planas, denominadas “Pampas”, se ubican entre los 4 000 y 4 200 m.s.n.m; entre estas
destacan las pampas de Cañahuas, Yantarhuanca, Chiligua, Pichu Pichu, Machorome y
Yanacancha, las mismas que se encuentran recortadas en grados variables por valles,
quebradas y se han formado en depósitos volcánicos sedimentarios, así como en aluviales y
fluvioglaciares.
2.2 CARACTERISTICAS GEOGRAFICAS
Se refieren a la ubicación de la cuenca: región, departamento, provincia(s).
La ubicación se puede especificar de distintas maneras, pero dos son los sistemas mas
utilizados: coordenadas sexagesimales y coordenadas UTM.
2.2.1
COORDENADAS SEXAGESIMALES
Especifica la posición de un punto, utilizando dos valores: latitud y longitud. Estos valores se
expresan en grados, minutos y segundos; por ejemplo, Arequipa se ubica en las coordenadas:
Latitud Sur 16º 18’ 22” y Longitud Oeste 72º 14’ 24”
La Latitud: es la distancia que existe entre un punto cualquiera y el Ecuador. El Ecuador se
toma como línea de base, y le corresponde la Latitud de 0º. A todos los puntos que estén
ubicados en el mismo paralelo, les corresponde la misma latitud. Todos aquellos que se
encuentran al Sur del Ecuador, reciben la denominación Sur (S), con signo negativo; y aquellos
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que se encuentran al Norte del Ecuador, reciben la denominación Norte (N), con signo positivo.
La Latitud es siempre menor o igual a 90º.
Ilustración 10. Sistema de coordenadas sexagesimales.
La Longitud: es la distancia que existe entre un punto cualquiera y el Meridiano de Greenwich
(meridiano de la estación de Greenwich en Inglaterra). El Meridiano de Greenwich se toma
como la línea de base, y le corresponde la Longitud de 0º. Todos los puntos ubicados sobre el
mismo meridiano, tienen la misma longitud. Aquellos puntos que se encuentren al Oriente del
Meridiano de Greenwich, reciben la denominación Este (E); y todos los puntos ubicados al
Occidente del Meridiano de Greenwich, reciben la denominación Oeste (W). La Longitud se
mide desde los 0º a los 180º.
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2.2.2
COORDENADAS UTM
Se expresan con dos números, el primero de 1 dígito menos que el segundo. Generalmente,
para indicar la ubicación en metros, el primer número tiene 6 dígitos y el segundo 7 dígitos.
Ejemplo, Arequipa se ubica en las coordenadas UTM 2290448185253.
En las coordenadas UTM, el mundo ha sido dividido longitudinalmente en 60 sectores o husos,
de 6 grados de ancho cada uno. La región Arequipa se sitúa en los sectores 18 y 19.
Latitudinalmente, el mundo se divide en 20 zonas de 8 grados de latitud cada una. Estas 20
zonas se extienden desde la latitud 84 N hasta la 80 S. El resto de las zonas de la Tierra (las
zonas polares) están abarcadas por las coordenadas UPS (Universal Polar Stereographic).
Las zonas latitudinales se especifican por letras mayúsculas, Arequipa se ubica en la zona “L”.
Ilustración 11. División del mundo en coordenadas UTM.
La línea central de una zona UTM siempre se hace coincidir con un meridiano del sistema
sexagesimal (geodésico tradicional), al que se llama MERIDIANO CENTRAL. Este meridiano
central define el origen de la zona UTM.
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Por tanto, los límites este-oeste de una zona UTM están comprendidos en una región que está
3° al Oeste y 3° al Este de su meridiano central. Los meridianos centrales están también
separados por 6° de longitud.
Los límites Norte-Sur de una zona UTM son aquellos comprendidos entre la latitud 84° N, y la
latitud 80° S.
Por convenio, se considera EL ORIGEN de una zona UTM al punto donde se cruzan el meridiano
central de la zona con el ecuador. A este origen se le define:
o
o
con un valor de 500 000 metros ESTE, y 0 m norte cuando consideramos el
hemisferio norte.
con un valor de 500 000 metros ESTE y 10 000 000 m norte cuando
consideramos el hemisferio sur
Eso significa que los extremos izquierdos y derecho de la zona UTM no corresponden nunca a
las distancias 0 y 1 000 000 m, respectivamente. Eso es así porque la zona UTM nunca tiene un
ancho de 1 000 000 m. Recordar que 6° de longitud equivalen a una distancia aproximada de
668 000 m en el Ecuador, y se hace menor conforme aumenta la latitud hacia ambos polos,
porque la Tierra es casi una esfera. Por eso siempre se usa un valor de distancia horizontal
(Easting) de no más de 6 dígitos.
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Para cada hemisferio, una zona UTM siempre comprende una región cuya distancia vertical
(Northing) es inferior a 10 000 000 metros (realmente algo más de 9 329 000 metros en la
latitud 84° N). Por eso siempre se usa un valor de Northing de no más de 7 dígitos. Ello explica
porque siempre se usa un dígito más para expresar la distancia al norte (Northing) que la
distancia al este (Easting).
Podríamos pensar que el valor de una coordenada UTM corresponde a un punto determinado o
a una situación geográfica discreta. Esto no es verdad. Una coordenada UTM siempre
corresponde a un área cuadrada cuyo lado depende del grado de resolución de la coordenada.
Cualquier punto comprendido dentro de este cuadrado (a esa resolución en particular) tiene el
mismo valor de coordenada UTM. El valor de referencia definido por la coordenada UTM no está
localizado en el centro del cuadrado, sino en la esquina inferior IZQUIERDA de dicho cuadrado.
Una zona UTM, siempre se lee de izquierda a derecha (para dar el valor del Easting), y de
arriba a abajo (para dar el valor del Northing). Esto quiere decir:
o
o
Que el valor del Easting corresponde a la distancia hacia el Este desde la
esquina inferior izquierda de la cuadrícula UTM.
Que el valor de Northing siempre es la distancia hacia el norte al Ecuador (en el
hemisferio norte).
Mientras mayor sea el número de dígitos que usemos en las coordenadas, menor sera el área
representada. Normalmente, el área que registran los GPS coincide con el valor de un metro
cuadrado, ya que usan 6 dígitos para el valor de Easting y 7 dígitos para el Northing.
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Modernamente sólo se indica la posición según el hemisferio Norte o el hemisferio Sur. Así, por
ejemplo, el centro de la plaza de armas de la ciudad de Arequipa se ubica en las coordenadas
UTM 19 S 2290448185253.
Esto quiere decir que el centro de la plaza se ubica en la zona 19, hemisferio Sur (letra S), en
un cuadrado cuya esquina inferior izquierda está en el punto 270 956 metros (500 000 – 229
044) a la izquierda del centro de la zona 19; y a 1 814 747 metros (10 000 000 – 8 185 253) al
sur del Ecuador.
Ilustración 12. Ubicación de la plaza de armas de Arequipa, en coordenadas UTM 19 S
2290448185253.
EJERCICIO:
Determine la coordenada UTM del punto “X”, localizado en el cuadrado mostrado:
MERIDIANO CENTRAL
ZONA 24
ECUADOR
1224475 m
X
289546 m
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RESPUESTA:
Como el centro de la zona tiene un valor de 500 000 m, y el punto se encuentra a 289 546 m al
este del centro, restamos el valor de 289 540 m, al valor de 500 000 m y obtenemos: 210 454
m.
Como estamos en el hemisferio Sur, el centro de la zona tiene un valor de 10 000 000 m, y el
punto se encuentra a 1 224 475 m por debajo del centro, restamos el valor de 1 224 000 m al
valor de 10 000 000 m y obtenemos: 8 775 525 m.
Luego las coordenadas serán UTM 24 S 21045487775525.
Obsérvese que la cantidad de digitos de una coordenada UTM siempre será impar. El valor de la
longitud siempre tendrá un dígito menos que el de la latitud. En nuestro ejemplo, como
utilizamos 6 dígitos para la longitud, obtenemos el valor en metros; y con 7 dígitos para la
latitud, también obtenemos el valor en metros.
La escala de los mapas utilizados varia según la exactitud deseada, así para estudios básicos se
utilizan mapas de 1:250 000, para análisis detallados mapas de 1: 2 000 a 1: 5 000. Para ubicar
la cuenca se utilizan las cartas nacionales, en escala 1:100,000.
Ilustración 13. Mapa topográfico con escala de reducción 1:250.000, lo que significa que cada
centímetro en el mapa son 2,5 kilómetros en la realidad.
Con la información de los mapas se confeccionan sistemas de cuadrículas, y en cada cuadrícula
se inserta información diversa: elevación del terreno, elevación del agua subterránea,
transmisibilidad, pendiente, tipo de terreno, permeabilidad, etc.
2.3 CARACTERISTICAS GEOLOGICAS
La geología de la cuenca es factor determinante de su rendimiento (cantidad de agua que
produce) y también de su régimen de caudales (variación de caudales en el tiempo).
Para caracterizar una geológicamente una cuenca, se definen los aspectos geomorfológicos,
litológicos (tipos de roca), geoestructurales (buzamiento y espesor de los estratos) y de
geodinámica (deslizamientos, hundimientos).
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Todo esto servirá para el pertinente análisis hidrogeológico y, en especial para determinar, los
índices de permeabilidad, infiltración, transmisibilidad, etc. de los suelos y los subsuelos; lo cual
proporciona datos básicos para:
- investigación de aguas subterráneas,
- estudios de cimentación,
- selección de materiales de construcción,
- evaluación de recursos del suelo.
2.3.1 LITOLOGIA
La Litología es la parte de la Geología que trata de las rocas, especialmente de su tamaño de
grano, del tamaño de las partículas y de sus características físicas y químicas.
Entendemos por roca una masa de materia mineral coherente, consolidada y compacta. Se
pueden clasificar por su edad, su dureza o su génesis (ígneas, sedimentarias y metamórficas).
Ilustración 14. El ciclo de las rocas: las rocas son de tres tipos: metamórficas (rocas que han sido
alteradas por el calor y/o la presión), rocas ígneas (rocas que se forman al enfriarse el magma) y las
sedimentarias (rocas que se forman con la fusión de pedazos de rocas erosionadas, que pueden
incluir también pedazos de organismos muertos.)
2.3.1.1 Rocas ígneas
Las rocas ígneas son aquellas que se han formado por la cristalización y solidificación del
magma procedente del manto. Las rocas ígneas pueden aparecer en la superficie de dos
maneras distintas: por una solidificación lenta o por una solidificación rápida.
Las rocas ígneas de solidificación lenta se llaman rocas plutónicas o rocas
hipoabisales. Se presentan en grandes vetas compactas. Aparecen en superficie
porque el magma se cuela por una grieta, pero no llega a explotar como un volcán,
sino que se enfría. Posteriormente la erosión desentierra la grieta dejando a la vista el
magma solidificado.
Las rocas ígneas de solidificación rápida son las rocas volcánicas y piroclásticas.
Salen incandescentes a la superficie, y allí se enfrían.
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Ilustración 15. Formación de rocas ígneas.
2.3.1.2 Rocas sedimentarias
Las rocas sedimentarias son aquellas que se forman por la acumulación de materiales
procedentes de otras rocas, o de seres vivos. Se depositan en capas, unas sobre otras. A
medida que se acumulan capas las rocas se compactan, pierden agua, se hacen más pequeños
los poros y expulsan el aire, hasta quedar como una roca compacta, desapareciendo los
elementos sueltos que le dieron origen. A este proceso se le llama diagénesis. Las
características de estas rocas son muy heterogéneas, ya que depende de la naturaleza de otras
rocas. Se distinguen tres subtipos: detríticas, neoformantes y orgánicas.
Las rocas detríticas se forman por la acumulación y diagénesis de pequeños
fragmentos de otras rocas.
Las rocas neoformantes surgen de la precipitación química de los minerales que hay
disueltos en el agua. Este proceso lo observamos en la sal común y el yeso por
ejemplo. También son llamadas evaporitas, porque aparecen cuando el agua se
evapora.
Las rocas orgánicas se forman por la acumulación de depósitos de origen orgánico:
restos de lo organismos vivos, como el carbón, el coral y la turba.
Un tipo de roca sedimentaria especial es la caliza que tiene un origen mixto: orgánico y
neoformante.
2.3.1.3 Rocas metamórficas
Las rocas metamórficas son aquellas que, debido al aumento de la presión y el calor interno
de la Tierra, se han recristalizado, han incluido minerales nuevos y han cambiado totalmente su
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naturaleza. Es a este proceso al que llamamos metamorfismo. Este fenómeno se puede
producir por tres causas: por el contacto con el magma (metamorfismo de contacto), por las
tensiones entre dos rocas en una falla, que terminan «puliendo» parte de la roca
(metamorfismo dinámico), y por la presión de grandes masas de rocas, como las existentes en
una montaña (metamorfismo regional).
Ilustración 16. Formación de rocas metamórficas.
Cuando existen rocas masivas de un solo tipo, o con una estructura similar, la naturaleza de las
rocas puede condicionar el relieve. Los tipos de relieve por causas litológicas más significativos
son: el relieve cárstico, el relieve sobre rocas metamórficas y el relieve volcánico.
Ilustración 17. Relieve cárstico (arriba izquierda), volcánico (arriba derecha) y metamórfico.
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2.3.2 GEODINAMICA
La Geodinámica es una rama de la Geología, que trata de los agentes o fuerzas que intervienen
en los procesos dinámicos de la Tierra. Se subdivide en:
2.3.2.1 Geodinámica interna o procesos endógenos
Se ocupa de los factores y fuerzas profundas del interior de la Tierra; así como de las técnicas y
métodos especiales para el conocimiento de la estructura de las capas más profundas (técnicas
geofísicas).
2.3.2.2 Geodinámica externa o procesos exógenos
Se ocupa de los factores y fuerzas externas de la Tierra (viento, agua, hielo, etc.), ligada al
clima y a la interacción de éste sobre la superficie o capas más externas.
Como resultado de la acción de estas fuerzas se producen: avalanchas, deslizamientos,
sedimentación, etc.
Ilustración 18. Procesos de geodinámica interna.
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Ilustración 19. Procesos de geodinámica externa en una cuenca.
2.4 CARACTERISTICAS ECOLOGICAS
Se refieren a la flora y fauna existente, así como a la presencia del hombre (cultivos, uso de los
suelos, ciudades, etc.) en la cuenca.
2.4.1 SUELOS
Se determina los tipos y clases de suelos existentes en la cuenca, utilizando la Clasificación de
Suelos de la FAO, o fuentes similares.
La clasificación de suelos se encuentra en el CD de este capítulo, o puede descargarse de
ftp://ftp.fao.org/docrep/fao/011/a0510s/a0510s00.pdf
2.4.2 VEGETACIÓN
Se determinan las principales especies vegetales y su ubicación en la cuenca.
2.4.3 ZONAS DE VIDA
La importancia de conocer las zonas de vida radica en que además de brindarnos información
sobre las características climáticas y de la vegetación, nos muestra en forma fehaciente la
interrelación de los múltiples y complejos ecosistemas existentes dentro de cuenca.
Esto constituirá la información básica para establecer una política sobre el manejo y la
conservación ambiental de los recursos naturales de la zona y orientará la planificación
ambiental de manera que se puedan prevenir y/o mitigar los impactos producidos por las
actividades dentro de la cuenca.
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2.4.3.1 METODOLOGÍA
Las Zonas de Vida Natural del Mundo, fueron determinadas por el Dr. Leslie Holdridge, que se
basó en la relación de las condiciones bioclimáticas, temperatura y precipitación, la vegetación
natural como indicador biológico clave y la altitud y su correlación con las regiones latitudinales.
El Sistema de Zonas de Vida se plasma en un modelo de configuración tridimensional que
demuestra la interacción de los factores climáticos: temperatura (biotemperatura), precipitación
y humedad ambiental (relación de evapotranspiración potencial) que abarca todas las zonas de
vida que pueden ocurrir en el mundo (más de 100). Cada hexágono del Diagrama de Holdridge
expresa el concepto central de las zonas de vida.
El Diagrama presenta las posiciones climáticas de las Zonas de Vida en los pisos basales de seis
regiones latitudinales, basados en la biotemperatura a nivel del mar, desde el Ecuador cálido
(Región Latitudinal Tropical) hasta los polos frígidos (Región Latitudinal Polar) de los dos
hemisferios.
En el lado izquierdo del Diagrama, se tiene los límites correspondientes de biotemperatura para
cada Región Latitudinal y en el lado derecho, se indican los límites correspondientes de
biotemperatura media anual para cada Piso Altitudinal. En éste sentido, el número de pisos
altitudinales que pueden existir arriba del Piso Basal es mayor en la región tropical y va
disminuyendo progresivamente con el aumento latitudinal hacia los polos. De ésta manera, en
la Región Latitudinal Tropical, caso específico del Perú, se encuentran todos los pisos
altitudinales presentes en el Diagrama Bioclimático referido. Esto se debe a la altitud de la
cordillera de los Andes que supera los 6 000 m.s.n.m. Por tanto, cada piso altitudinal tiene su
equivalente región latitudinal. Asimismo, sobre la base del diagrama se muestra las Provincias
de Humedad limitadas por las líneas de la Relación de Evapotranspiración Potencial.
Finalmente, una escala vertical ubicada en el extremo derecho del diagrama sirve para
determinar directamente la Evapotranspiración Potencial Total Anual en milímetros.
En los anexos, se presenta el Diagrama Bioclimático de Zonas de Vida del Sistema Holdridge, el
cual se encuentra adaptado e interpretado a la geografía del Perú (Zamora, 2009). De acuerdo
a esta adaptación, el Perú compromete tres franjas en las regiones latitudinales y debido a la
altitud de la Cordillera de los Andes, presenta siete (07) pisos ecológicos. Además, se presentan
las características generales para cada región ecológica definida por el Sistema del Ing. Carlos
Zamora.
EJERCICIO
a. Si en la ciudad de Arequipa tenemos una Evapotranspiración Potencial (ETP) de 1825
mm/año, y una precipitación de 250 mm/año; a qué provincia de humedad pertenece?
b. Como la ciudad de Arequipa está ubicada a 2 450 m.s.n.m., a que piso altitudinal pertenece?
c. Con los datos anteriores, cuál es la zona de vida a que pertenece la ciudad de Arequipa?.
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SOLUCION
a. Determinamos la relación de ETP = 1825/250 = 7.3. Ingresamos con este valor en el lado
izquierdo del diagrama bioclimático y vemos (en el lado de la base del triángulo) que pertenece
a la provincia de humedad: ARIDO
b. En la escala del lado derecho del triangulo, vemos que la altitud de 2 450 m.s.n.m. pertenece
al piso altitudinal PREMONTANO.
c. Cruzando el dato de la relación de ETP (lado izquierdo del triángulo), y el de precipitación
(lado derecho del triángulo), vemos que se cruzan en la zona de vida: MONTE ESPINOSO.
2.5 CARACTERISTICAS GEOMETRICAS
2.5.1 TAMAÑO O SUPERFICIE (A)
Es el área de la cuenca, generalmente expresada en Km2.
La superficie de la cuenca tiene importancia porque:
a. sirve de base para la determinación de otros elementos (parámetros, coeficientes,
relaciones, etc.);
b. por lo general los caudales de escurrimiento crecen a medida que aumenta la
superficie de la cuenca;
c. el crecimiento del área actúa como un factor de compensación de modo que es más
común detectar crecientes instantáneas y de respuesta inmediata en cuencas pequeñas
que en las grandes cuencas.
CUADRO 1. AREA DE ALGUNAS CUENCAS DEL PERU.
RIO
AREA
CUENCA
(KM2)
COSTA
Santa
Rimac
Grande
Majes
Tambo
SIERRA
Mantaro
Marañon
Conchano
Ilave
Titicaca
SELVA
Corrientes
Amazonas
11.970
3.430
11.315
17.200
12.455
17.500
68.000
100
8.810
60.400
13.520
327.800
Ejemplo: Cuenca del río Cañete, tamaño de la cuenca
A = 6 078.52 Km2.
2.5.2 PERÍMETRO (P)
Es el perímetro de la cuenca, expresado en kilómetros. Esta característica tiene influencia en el
tiempo de concentración de la cuenca, el mismo que será menor cuando esta se asemeje a una
forma semicircular.
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El tiempo de concentración de una cuenca es el tiempo que le toma a una gota de agua que
cae en el punto mas alejado de la cuenca, para llegar a la salida o desembocadura de la
cuenca.
Ejemplo: Cuenca del río Cañete, perímetro de la cuenca
P = 517.13 Km.
Ilustración 20. Cuenca del río Cañete. Fuente ANA.
2.5.3 FORMA
Determina la distribución de las descargas de agua a lo largo del curso principal, y es en gran
parte responsable de las características de las crecientes en la cuenca. Es expresada por
parámetros como el coeficiente de compacidad y factor de forma.
2.5.3.1 Coeficiente de compacidad o índice de Gravelius (Kc)
Es la relación entre el perímetro de la cuenca y el perímetro de una circunferencia cuya área es
equivalente al área de la cuenca en estudio.
Kc =
0.28  P
A
Donde
Kc = coeficiente de compacidad.
P = perímetro de la cuenca, en Km.
A = área de la cuenca, en Km2.
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Ejemplo: Coeficiente de compacidad cuenca del río Cañete Kc = .
0.28  517.3
= 1.86
6078.52
Cuanto mas irregular sea la forma de una cuenca, mayor será su coeficiente de compacidad.
Una cuenca se aproximará a una forma circular cuando el valor de Kc se acerque a la unidad.
En este caso, habrá mayores oportunidades de crecientes debido a que los tiempos de
concentración de los diferentes puntos de la cuenca serían similares.
Generalmente en cuencas muy alargadas el valor de Kc sobrepasa a dos.
Ilustración 21. Coeficiente de compacidad de la cuenca.
2.5.3.2 Factor de Forma (Ff)
Es la relación entre el ancho medio de la cuenca (Am) y la longitud del curso de agua más largo
(LB). Es un valor adimensional, sin unidades.
El ancho medio se obtiene dividiendo el área de la cuenca entre la longitud del curso de agua
mas largo.
Ff =
A
Am
A / LB
=
=
LB
LB
LB 2
Una cuenca con un valor de factor de forma alto, está sujeta a mayores crecientes que otra del
mismo tamaño pero con valor de factor de forma menor.
Ejemplo: Cuenca del río Cañete, longitud del curso de agua mas largo LB = 168.60 Km
Ff =
A
LB 2
=
6078.52
(168.60) 2
= 0.21
Ilustración 22. Factor de forma en una cuenca.
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2.5.4 SISTEMA DE DRENAJE
Está constituido por un curso principal y sus tributarios. Por lo general, cuanto mas largo sea el
curso de agua principal mas bifurcaciones tendrá la red de drenaje.
Dentro del sistema de drenaje se consideran los siguientes parámetros:
2.5.4.1 Grado de Ramificación
Para determinar el grado de ramificación de un curso principal, se considera el número de
bifurcaciones que tienen sus tributarios, asignándoles un orden a cada uno de ellos en forma
creciente, desde el inicio en la divisoria hasta llegar al curso principal de manera que el orden
atribuido a este nos indique en forma directa el grado de ramificación del sistema de drenaje.
La clasificación de los cauces de una cuenca se realiza a través de las siguientes premisas:
- Los cauces de primer orden son los que no tienen tributarios.
- Los cauces de segundo orden se forman en la unión de dos cauces de primer orden. En
general los cauces de orden “n” se forman en la unión de dos cauces de orden “n-1”.
- Cuando un cauce se une con un cauce de orden mayor, el cauce resultante hacia aguas
abajo retiene el mayor de los órdenes.
- El orden de la cuenca, corresponde al orden del punto de control.
EJERCICIO:
Determine el orden de la cuenca, mostrada en la siguiente figura:
- 22 -
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SOLUCION
Ilustración 23. Grado de ramificación en una cuenca.
Ejemplo, los cursos de agua identificados en cuenca del río Cañete son:
CUADRO 2. RIOS O CURSOS DE AGUA EN EL RIO CAÑETE
LONGITUD
(Km)
NUMERO RIOS
2.262,10
1.355
812,92
309
460,83
75
174,33
15
80,62
3
154,53
1
3.945,33
1.758
ORDEN
ORDEN 1
ORDEN 2
ORDEN 3
ORDEN 4
ORDEN 5
ORDEN 6
TOTAL
2.5.4.2 Densidad de Drenaje
Este parámetro indica la relación entre la longitud total de los cursos de agua: efímeros,
intermitentes y perennes de una cuenca (Li) y el área total de la misma (A).
Valores altos de este parámetro indicarán que las precipitaciones influirán inmediatamente
sobre las descargas de los ríos (tiempos de concentración cortos).
La baja densidad de drenaje es favorecida en regiones donde el material del subsuelo es
altamente permeable, existe una cubierta de vegetación muy densa y/o el relieve es plano.
Dd =
Li
A
Ejemplo: En la cuenca del río Cañete, si asumimos que la longitud total de los cursos de
agua: efímeros, intermitentes y perennes es igual al valor mostrado en el CUADRO 2.
Dd =
3945.33
= 0.65 cursos de agua/Km2
6078.52
- 23 -
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Ilustración 24. Red de drenaje de una cuenca.
2.5.4.3 Extensión Media de Escurrimiento Superficial (Es)
Este parámetro indica la distancia media, en línea recta que el agua precipitada tendrá que
escurrir para llegar al lecho de un curso de agua. Su valor esta dado por la relación:
Es =
Ejemplo: En la cuenca del río Cañete,
Es =
A
4  Li
6078.52
= 0.39 Km
4 * 3945.33
- 24 -
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2.5.4.4 Frecuencia de ríos
Es un parámetro que relaciona el total de los cursos de agua con el área total de la cuenca. Se
expresa en número de ríos por kilómetro cuadrado.
Frecuencia de ríos = No total de Cursos de Agua/Area Total de la Cuenca
Ejemplo: En la cuenca del río Cañete,
Fr =
1758
= 0.29 cursos de agua/Km2
6078.52
2.5.5 ELEVACIÓN DE LOS TERRENOS
2.5.5.1 Altitud Media de la Cuenca (H)
Se obtiene mediante la siguiente relación:
H=
 (hi  Si)
A
Donde:
hi = altitud media de cada área parcial comprendida entre dos curvas de nivel, en m.
Si = área parcial entre dos curvas de nivel, en Km2.
A = área total de la cuenca, en Km2.
Ejemplo: En la cuenca del río Cañete:
CUADRO 3. VALORES PARA EL CALCULO DE LA PENDIENTE MEDIA, RIO CAÑETE
Altitud
(m.s.n.m.)
0 - 500
500 - 1000
1000 - 1500
1500 - 2000
2000 - 2500
2500 - 3000
3000 - 3500
3500 - 4000
4000 - 4500
4500 - 5000
5000 - 5500
5500 - 5850
Luego, H
=
Altitud Media
hi (m)
250
750
1.250
1.750
2.250
2.750
3.250
3.750
4.250
4.750
5.250
5.750
TOTAL
 (hi  Si)
A
=
Area Parcial
Si (Km2)
733,72
456,83
545,82
511,52
421,04
618,89
811,76
740,18
650,69
480,58
78,73
28,76
6078,52
∑hi*Si
183.430,00
342.622,50
682.275,00
895.160,00
947.340,00
1.701.947,50
2.638.220,00
2.775.675,00
2.765.432,50
2.282.755,00
413.332,50
165.370,00
15.793.560,00
15793560,00
= 2 598.26 metros
6078,52
2.5.5.2 Polígono de Frecuencia de Altitudes
Es un diagrama de relación entre las superficies parciales de una cuenca expresadas en
porcentaje y las alturas relativas a dichas áreas comprendidas entre las curvas de nivel.
- 25 -
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Ejemplo:
CUADRO
En la cuenca del río Cañete, procesamos los datos y obtenemos el
4.
CUADRO 4. VALORES PARA CALCULO FRECUENCIAS Y CURVA HIPSOMETRICA.
(2) Altitud
media
(m.s.n.m.)
0
250
750
1.250
1.750
2.250
2.750
3.250
3.750
4.250
4.750
5.250
5.750
(1) Altitud
(m.s.n.m.)
0
0 - 500
500 - 1000
1000 - 1500
1500 - 2000
2000 - 2500
2500 - 3000
3000 - 3500
3500 - 4000
4000 - 4500
4500 - 5000
5000 - 5500
5500 - 5850
TOTAL
(3) Area
Parcial Si
(Km2)
(4) Area
Acumulada
(Km2)
0
733,72
456,83
545,82
511,52
421,04
618,89
811,76
740,18
650,69
480,58
78,73
28,76
6078,52
(5) % =
(3)/TOTAL(3)
0
733,72
1190,55
1736,37
2247,89
2668,93
3287,82
4099,58
4839,76
5490,45
5971,03
6049,76
6078,52
0
12,07
7,52
8,98
8,42
6,93
10,18
13,35
12,18
10,70
7,91
1,30
0,47
100,00
(6) % área
cuenca por
encima de
100
87,93
80,41
71,43
63,02
56,09
45,91
32,56
20,38
9,67
1,77
0,47
0,00
Si graficamos los valores anteriores, considerando en el eje X los valores de la
columna (1), y en el eje Y los valores de la columna (5), obtenemos:
16
14
12
10
8
6
4
2
5500 5850
5000 5500
4500 5000
4000 4500
3500 4000
3000 3500
2500 3000
2000 2500
1500 2000
1000 1500
500 1000
0
0 - 500
% DE AREA DE LA
CUENCA
POLIGONO DE FRECUENCIAS
RANGO ALTITUD
Ilustración 25. Polígono de frecuencia de altitudes de la cuenca.
2.5.5.3 Curva Hipsométrica
Representa las superficies dominadas por encima o por debajo de cada altitud considerada y
por lo tanto caracteriza en cierto modo el relieve.
Ejemplo: En la cuenca del río Cañete, con los datos del CUADRO 4, graficamos
la curva hipsométrica, considerando en el eje X los valores de la columna (6) y en
el eje Y los valores de la columna (2).
- 26 -
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CURVA HIPSOMETRICA
ALTITUD (m.s.n.m.)
7.000
6.000
5.000
4.000
3.000
2.000
1.000
0
0
20
40
60
80
100
% AREA DE LA CUENCA POR ENCIMA DE LA
ALTITUD
Ilustración 26. Curva hipsométrica del río Cañete.
2.5.6 RECTÁNGULO EQUIVALENTE
Es un rectángulo que tiene la misma área de la cuenca, el mismo coeficiente de compacidad e
idéntica repartición hipsométrica. Se trata de una transformación puramente geométrica de la
cuenca, en un rectángulo del mismo perímetro convirtiéndose las curvas de nivel en rectas
paralelas al lado menor siendo estas la primera y la ultima curvas de nivel respectivamente.
Los lados del rectángulo equivalente están dados por las siguientes relaciones:
Lado mayor
Lado menor
Adicionalmente, como
=
Kc =
=
Kc A
1.12

 1.12  2 
x 1  1  
 
 Kc  

Kc A 
 1.12  2 
x 1  1  
  ó = A/Lado Mayor
1.12 
 Kc  
0.28  P
, reemplazando este valor en las formulas anteriores,
A
obtenemos:




Lado mayor =
1
P  P 2  16 A
4
Lado Menor =
1
P  P 2  16 A
4
- 27 -
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Ejemplo: Para la cuenca del río Cañete:
Lado mayor =


1
517.13  517.13 2  16 * 6078.52 = 232.41 Km.
4
Lado Menor =


1
517.13  517.13 2  16 * 6078.52 = 26.15 Km
4
Ilustración 27. Rectángulo equivalente.
2.5.7 DECLIVIDAD DE LOS ALVEOS
El agua superficial concentrada en los lechos fluviales escurre con una velocidad que depende
directamente de la pendiente de estos, así a mayor pendiente habrá mayor velocidad de
escurrimiento. Entre los parámetros utilizados para su determinación se tiene los siguientes:
2.5.7.1 Pendiente Media del Río (lc)
Este parámetro es empleado para determinar la pendiente de un curso de agua entre dos
puntos y se calcula mediante la siguiente relación:
Ic =
HM  Hm
10  LB
Donde:
Ic = pendiente media del río, en %
LB = longitud del cauce mas largo, en Km.
- 28 -
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HM =altitud máxima del lecho del río en metros
Hm = altitud mínima del lecho del río, en metros
Ejemplo: Para la cuenca del río Cañete, considerando HM = 5 100, y Hm = 0:
Ic =
HM  Hm
5100  0
=
= 3.02%
10  LB
10  168.60
2.5.7.2 Pendiente Equivalente Constante (S)
El cálculo de este parámetro se basa en un método representativo del perfil longitudinal de un
curso de agua. Este método asume que el tiempo de traslado varía en toda la extensión del
curso de agua, con la inversa de la raíz cuadrada de la pendiente. Su cálculo se efectúa:
S=
1
Tm 2
Siendo:
Tm = tiempo medio de traslado
Tm =
 (lxt )
LB
Donde:
l = longitud parcial de un tramo del perfil longitudinal comprendido entre dos curvas de nivel
t = reciproco de la raíz cuadrada de cada una de las pendientes parciales del perfil longitudinal
LB = longitud del cauce mas largo, en Km.
Ejemplo: Para la cuenca del río Cañete, tenemos los datos mostrados en el CUADRO 5.
CUADRO 5. DATOS PARA EL CALCULO DE LA PENDIENTE EQUIVALENTE.
Cota mas Cota mas Diferencia Longitud
Pendiente
Distancia
baja
alta
elevacion tramo "l"
Parcial t =
acumulada
m.s.n.m. m.s.n.m.
(m)
(m)
"Sp"
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
4.000
4.500
5.000
TOTAL
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
4.000
4.500
5.000
5.100
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
100
42.320
36.980
20.740
17.980
12.470
10.300
9.560
8.690
6.350
2.540
670
168.600
42.320
79.300
100.040
118.020
130.490
140.790
150.350
159.040
165.390
167.930
168.600
Luego, el tiempo medio de traslado:
- 29 -
0,01
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,05
0,06
0,08
0,20
0,15
1
Sp
9,20
8,60
6,44
6,00
4,99
4,54
4,37
4,17
3,56
2,25
2,59
∑ l*t
389.344,00
318.028,00
133.575,91
107.820,05
62.275,14
46.748,84
41.802,46
36.228,03
22.629,53
5.724,87
1.734,25
1.165.911,07
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Tm =
 (lxt )
LB
=
1165911.07
= 6.92
168600
La pendiente equivalente constante:
S=
1
1
=
= 0.02%
2
Tm
(6.92) 2
Ilustración 28. Pendiente variable en una cuenca.
2.5.8 PENDIENTE DE LOS TERRENOS
Esta característica influye directamente en el escurrimiento superficial, controlando en gran
parte su velocidad y afectando al tiempo que las aguas de lluvia demoran en concentrarse en
los lechos fluviales que forman la red de drenaje de la cuenca. En cuencas pequeñas, el tiempo
utilizado en el escurrimiento superficial constituye una parte significativa del tiempo total
necesario para que el agua llegue a la desembocadura, en tanto que, para cuencas grandes
este valor se torna menos significativo.
Existen diversos métodos para el cálculo de la pendiente, siendo los más empleados los
siguientes:
2.5.8.1 Método de Líneas Subdivisorias
Consiste en dividir el mapa de la cuenca mediante cuadriculas, de tal manera que existan no
menos de treinta cuadriculas. Midiendo la longitud total de las líneas del cuadriculado y
determinando el número de veces que estas cortan a las curvas de nivel se llega a determinar
la pendiente de los terrenos mediante la siguiente relación :
- 30 -
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S1 = 1.57 
D N
Lo
Siendo
S1 = Pendiente de los terrenos.
D = intervalo entre las curvas de nivel.
N = número de intersecciones de las líneas del cuadriculado con las curvas de nivel.
Lo = longitud total de las líneas del cuadriculado comprendidas en la cuenca.
Ejemplo: Para la cuenca del río Cañete, si tenemos los datos mostrados en el CUADRO 5.
CUADRO 6. DATOS PARA EL CALCULO DE LA PENDIENTE MEDIA DE LOS TERRENOS
D = Intervalo entre curvas de
nivel
N = número de intersecciones de
las líneas del cuadriculado con las
curvas de nivel.
Lo = longitud total de las líneas
del cuadriculado comprendidas en
la cuenca.
Luego:
S1 = 1.57 
500 m
394
7.896.524 m
D N
500 * 394
= 1.57 
= 0.03916 ó = 3.9%
7896524
Lo
2.5.8.2 Método del índice de Pendiente de la Cuenca o Pendiente Media de la
Cuenca (Ip)
Este parámetro es un valor medio de todas las pendientes correspondientes a las áreas
elementales de una cuenca; se deduce a partir del rectángulo equivalente y esta dado por la
formula:
Ip =

Bi
1
 (an  an1 ) 
1000
L
Donde:
Ip = Pendiente Media de la Cuenca, en %.
n = numero de curvas de nivel existentes en el rectángulo
a1, a2,……..,an-1,an = valor de las cotas de las “n” curvas de nivel consideradas, en metros.
Bi = fracción de la superficie total de la cuenca comprendida entre las cotas a n y an-1
L = longitud del lado mayor del rectángulo, en Km.
Ejemplo: Con datos del río Cañete:
- 31 -
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CUADRO 7. DATOS PARA EL CALCULO DE LA PENDIENTE MEDIA
Cota mas
baja
m.s.n.m.
Cota mas
alta
m.s.n.m.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500
TOTAL
Diferencia Porcentaje área
elevación rectángulo
dH (m)
equivalente (B)
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500
5850
Luego: Ip =

500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
350
Bi * dH
1

1000
L
Bi * dH
1000
12,07%
7,52%
8,98%
8,42%
6,93%
10,18%
13,35%
12,18%
10,70%
7,91%
1,30%
0,47%
= 2.32 
1
232.41
0,2457
0,1938
0,2119
0,2051
0,1861
0,2256
0,2584
0,2467
0,2314
0,1988
0,0805
0,0407
2,3248
= 0.15%
2.5.9 COEFICIENTE DE TORRENCIALIDAD (CT)
Este parámetro indica la relación entre el número de cursos de agua de primer orden (N1) y el
área total de la cuenca (A).
Ct =
N1
A
(se expresa en ríos de primer orden/Km2)
Ejemplo: Para la cuenca del río Cañete, considerando N1 = 1 355 ríos, y A = 6 078.52 Km2:
Ct =
2.5.10
1355
= 0.22 ríos de primer orden/Km2)
6078.52
COEFICIENTE DE MASIVIDAD (CM)
Este índice expresa la relación entre la altitud media de la cuenca (H) y el área total de la
misma.
Cm =
H
A
(Se expresa en metros/Km2)
Ejemplo: Para la cuenca del río Cañete, considerando H = 2 598.26 y A = 6 078.52:
Cm =
2598.26
6078.52
= 0.43 m/Km2)
- 32 -
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3 CARACTERISTICAS HIDROLOGICAS
La hidrología es una ciencia de la tierra que comprende la ocurrencia, distribución, movimiento
y propiedades de las aguas en la tierra, y sus relaciones con el ambiente.
El ciclo hidrológico define el campo de estudio de la hidrología.
Ilustración 29. El Ciclo Hidrológico
Cada año, la energía solar evapora alrededor de 320.000 Km3 de agua de los océanos,
mientras que la evaporación de la Tierra (incluidos lagos y corrientes) contribuye con 60.000
Km3.
De este total de 380.000 Km3, unos 284.000 Km3 caen de nuevo en el océano, y los 96.000
Km3 restantes caen en la superficie de la Tierra.
De estos 96.000 Km3, sólo 60.000 Km3 se evaporan desde la tierra, dejando 36.000 Km3 de
agua que erosionan la tierra durante su viaje de vuelta a los océanos. Ver Ilustración 30.
- 33 -
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Ilustración 30. Balance del agua en el ciclo hidrológico.
De especial interés en la caracterización de la cuenca, son la evaporación, la precipitación, la
escorrentía y las aguas subterráneas.
3.1 EVAPORACION
Es el proceso por el cual el agua es transferida desde la tierra y las masas de agua, hacia la
atmósfera. Debido a que hay un intercambio continuo de moléculas entre la superficie
evaporante y la atmósfera adyacente, comúnmente se define la evaporación como la tasa neta
de transferencia de vapor.
Ilustración 31. Intercambio de moléculas de agua, con el aire.
El vapor de agua que se encuentra en el aire, ejerce una Presión de Vapor. La Presión de Vapor
se ve afectada por la temperatura, como se observa en el CUADRO 8.
- 34 -
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CUADRO 8. INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA SOBRE EL CONTENIDO DE VAPOR DE
AGUA EN EL AIRE.
Temperatura
(oC)
Contenido
Humedad
(gr/m3)
Peso del
Aire Seco
(gr/m3)
-20
-10
0
10
20
30
1,1
2,38
4,85
9,39
17,33
30,66
1.395,0
1.342,0
1.293,0
1.247,0
1.205,0
1.165,0
Peso del
Aire
Húmedo
(gr/m3)
1.393,9
1.339,6
1.288,2
1.237,6
1.187,7
1.134,3
Contenido Humedad del
Aire (gr/m3)
35
30
gr/m3
25
20
15
10
5
0
-20
-10
0
10
20
30
Temperatura oC
Ilustración 32. Gráfico de los datos mostrados en la CUADRO 8. Obsérvese el
incremento exponencial de la capacidad de contener agua del aire, al aumentar su
temperatura.
La condensación se produce cuando el aire se enfría al contacto con un objeto, descendiendo
su temperatura y consiguientemente su presión de vapor, por lo que debe eliminar agua para
mantener su equilibrio termodinámico.
- 35 -
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Ilustración 33. Condensación del agua del aire, al disminuir su temperatura.
Para medir la evaporación se utilizan: atmómetros, tanques de evaporación, balances de masa
de agua, balances de energía, análisis aerodinámico con modelos matemáticos.
3.1.1 Factores que afectan la evaporación
-
Gradiente de Presión de vapor; si la capa de aire adyacente a la superficie del agua
esta saturada, no será posible que se produzca evaporación. Es necesario que haya un
déficit de saturación.
-
Calor; para que se produzca la evaporación es necesario que haya disponible en el
complejo tierra-agua-aire, el calor adicional que suministre la energía suficiente para el
proceso.
El viento; para que haya variación del contenido de humedad del aire y no se detenga
el proceso, al llegar a la saturación, es necesario que haya movimiento de las masas de
aire en contacto con el agua.
-
CUADRO 9. INFLUENCIA DE LA VELOCIDAD DEL AIRE SOBRE LA EVAPORACIÓN.
Velocidad aire
(km/h)
0
5
10
20
30
40
50
Evaporación
Relativa
1
1,8
2,5
4,4
5,5
6,1
6,3
- 36 -
Evaporación Relativa
Manejo de Cuencas
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7
6
5
4
3
2
1
0
0
5
10
20
30
40
50
Velocidad Aire (Km/h)
Ilustración 34. Influencia de la velocidad del aire en la evaporación del agua desde una superficie.
-
La altitud; el descenso de la temperatura es mucho mas rápido que la reducción de la
presión, conforme aumenta la altitud. Las tasas de evaporación en condiciones
naturales responden mas a la temperatura que a la presión. De todo esto resulta que la
tasa de evaporación disminuye con la altitud.
Evaporacion Relativa (%)
Tabla 1. INFLUENCIA DE LA ALTITUD SOBRE LA EVAPORACIÓN
Altitud sobre
nivel del mar
(Km.)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Evaporación
Relativa
(%)
100
70
49
35
24
17
12
8
6
0
3
100
80
60
40
20
0
1
2
4
5
6
7
8
Altitud sobre nivel del mar (Km)
Ilustración 35. Variación de la evaporación con la altitud. Obsérvese la curva pronunciada para
altitudes bajas y suavizada para altitudes mayores.
- 37 -
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-
La masa de agua y su profundidad. En las masas de agua pequeñas y/o de escasa
profundidad las tasas de evaporación son mayores.
La máxima densidad del agua corresponde a una temperatura de 4 oC.
3.1.2 La Evapotranspiración
El agua se evapora desde las plantas por transpiración debido a sus procesos fisiológicos. Esta
transpiración se ve influenciada por:
- el tipo de planta,
- el estado de desarrollo,
- las horas de sol,
- el viento,
- la temperatura, y
- la humedad relativa del aire.
El agua se evapora también desde los suelos debido a diferencias de potenciales de presión de
vapor del aire. Esta evaporación se ve influenciada por:
- el color del suelo,
- el contenido de humedad del suelo,
- la salinidad,
- el relieve, y
- la cobertura.
Los dos fenómenos anteriores juntos componen la evapotranspiración.
La evapotranspiración puede ser estimada con formulas, ó medida directamente en
evaporimetros de Piché, tanques de evaporación, tanques tipo A, etc.
Ilustración 36. Tanque de evaporación.
- 38 -
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Ilustración 37. Tanque de evaporación tipo A (izquierda) y evaporímetro de Piché (derecha).
6
4
Arequipa
3
Cajamarca
2
1
Ag
os
to
Se
t ie
m
br
e
O
ct
ub
re
N
ov
ie
m
br
e
D
ic
ie
m
br
e
Ju
li o
Ju
ni
o
M
ay
o
Ab
ri l
M
ar
z
o
0
En
er
o
Fe
br
er
o
Evapotranspiracion (mm/día)
5
Ilustración 38. Evapotranspiración diaria (promedio mensual) en Arequipa y
Cajamarca
- 39 -
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3.2 PRECIPITACION
Toda el agua que llega a una cuenca en forma natural, es fruto de la precipitación.
La precipitación presenta diversas formas: lluvia, nieve, granizo, garúa, etc.
Para que se produzca la precipitación, una masa de aire húmedo no saturado debe elevarse
rápidamente y llegar a altitudes donde la reducción de presión produce una expansión
adiabática (sin transferencia neta de calor), enfriándose la masa de agua y produciéndose la
precipitación.
Se estima que para que se produzca la lluvia, las gotas de agua deben de tener un diámetro
mayor o igual a 0,5 mm. En las nubes, antes de la precipitación, las gotas tienen un diámetro
medio de 0,05 mm.
3.2.1 Tipos de precipitación
-
Orográfica, propia de la zona de Sierra, se produce debido a los accidentes orográficos
que actúan como una pantalla y obligan al aire húmedo a ascender y, en consecuencia,
se producirá en las alturas un proceso adiabático que culminará en condensación y
precipitación.
Ilustración 39. Precipitación orográfica.
-
Convectiva, la masa de aire caliente se eleva debido a diferencias de densidad. Este
aire húmedo y caliente asciende, pues su densidad es menor que la de las capas
superiores y, al hacerlo, se desarrollará el proceso adiabático que produce la
condensación y lluvia. Ocurre normalmente en zonas planas y boscosas de los trópicos,
en los llanos amazónicos y en los mares.
- 40 -
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Ilustración 40. Proceso de precipitación convectiva.
Ilustración 41. Precipitación convectiva.
-
Ciclónica, un ciclón es una gran masa de aire que se eleva debido a un movimiento
giratorio. Se forma por fuertes diferencias de temperatura entre estratos atmosféricos,
diferencias que originan violentos cambios de posición de las masas de aire. En el
vórtice, la presión atmosférica es muy baja y por él ascienden las masas de aire
caliente y húmedo que sufren un rápido proceso adiabático al expandirse en las alturas
generándose condensación del vapor de agua y precipitación.
- 41 -
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Ilustración 42. Precipitación ciclónica.
Para medir la precipitación se utilizan pluviómetros (registro discreto), pluviógrafos (registro
continuo), radar, satélite, etc.
Ilustración 43. Pluviómetro y pluviógrafo.
Los datos de precipitación pueden obtenerse del SENAMHI.
Al realizar estudios, es recomendable trabajar con series de precipitación 30 años o mas.
Para cualquier estudio es recomendable contar con series homogéneas y consistentes de datos.
Si faltan datos de algunos días se utilizan datos de estaciones vecinas y promedios aritméticos o
ponderados para estimarlos
Si faltan datos de algunos meses se utilizan datos de estaciones vecinas y análisis de
correlación y regresión lineal.
- 42 -
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3.2.1.1 Análisis de Consistencia de Datos
Cuando contamos con información de precipitación, hacemos un análisis de consistencia
para verificar si la serie de datos es homogénea. Las inconsistencias son los errores
sistemáticos que se presentan como saltos y tendencias en las series.
Tal como lo señala UNESCO-ROSTLAC (1982) y UNESCO (2006), “el primer paso que
debe realizarse al efectuar la evaluación espacial de la precipitación es verificar que el
periodo de la estadística pluviométrica que se va a analizar es consistente, o sea, que la
estación haya sido observada durante dicho periodo, de la misma forma, con el mismo
criterio y que su instalación no haya sufrido variaciones de ningún tipo. Para esta
verificación se recomienda el método de las curvas doble acumuladas, o de doble
acumulación (CDA) o método de doble masa (MDM).
El análisis de consistencia tiene 3 etapas:
a. Detección de inconsistencias
La inconsistencia es un dato (o grupo de datos) equivocados.
- Cualitativa, en forma gráfica. Se elaboran gráficos de las series de precipitación
y se buscan cambios bruscos en los gráficos.
- Cuantitativa, por curvas de doble masa (usando valores mensuales o anuales) o
tests de igualdad de medias y variancias.
Cuando se quiere comprobar si los registros de una estación pluviométrica,
anuales o estacionales, no han sufrido variaciones que conduzcan a valores
erróneos, se utiliza la técnica de Doble Masa. Esas variaciones pueden ser por
un cambio en la ubicación del instrumental, una variación en las condiciones
periféricas del lugar de medición o un cambio del observador que efectúa las
lecturas.
El método de doble masa considera que en una zona meteorológica
homogénea, los valores de precipitación que ocurren en diferentes puntos de
esa zona en períodos anuales o estacionales, guardan una relación de
proporcionalidad que puede representarse gráficamente. Esa representación
consiste en identificar la estación que queremos controlar, tomando los valores
anuales de precipitación. Luego deben contarse con por lo menos tres (3)
estaciones vecinas cuyos registros anuales sean confiables y que llamaremos
estaciones base, cuya serie de datos anuales debe coincidir con el de la
estación a controlar. En cada año, a partir del primero con registro, se
promedian los valores de las estaciones base y se acumulan por años
sucesivos, obteniéndose una precipitación media anual acumulada. Luego, en
un sistema de ejes ortogonales, se grafica en ordenadas los valores de
- 43 -
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precipitación anual acumulada de la estación a controlar y en abscisas los de
precipitación media anual acumulada de las estaciones base.
Si los registros no han sufrido variaciones, los puntos se alinean en una recta
de pendiente única, por lo tanto no será necesario efectuar correcciones.
Si por el contrario hay variaciones en la pendiente de la recta, significa que
parte de la serie contiene valores erróneos por lo cual el registro de datos debe
ser corregido a partir del año en el que cambia la pendiente de la recta.
Se obtiene en ese caso un Factor de Corrección que es proporcional a la
variación de la pendiente de la recta (Ilustración 44). El factor de corrección
se obtiene haciendo Pc/Pe que en el ejemplo del gráfico será > 1, debido a que
los registros anuales medidos han sido menores a los reales y deben corregirse
a partir del año del error, tomando los valores anuales sin acumular y
afectándolos a cada uno por el factor de corrección.
Ilustración 44. Factor de corrección en curva de Doble Masa.
- 44 -
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Ilustración 45. Curvas de doble masa
b. Identificación de inconsistencias
La Inconsistencia y No Homogenidad de una serie hidrológica deben ser identificadas,
eliminadas y ajustadas a las condiciones futuras, porque pueden introducir errores a
la serie.
Las inconsistencias son los errores sistemáticos que se presentan como saltos y
tendencias en las series.
a. SALTOS: Formas determinísticas transitorias que permiten a una serie hidrológica
periódica o no periódica, pasar de un estado a otro como respuesta a cambios hechos
por el hombre o cambios naturales continuos. Ej. Derivaciones aguas arriba, cambio
de estación hacia aguas arriba.
Ilustración 46. Salto en una serie de precipitación.
- 45 -
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c.
TENDENCIAS: Son componentes determinísticas transitorias, que se definen como
un cambio, sistemático y continuo, sobre una muestra de información
hidrometereológica en cualquier parámetro de la misma que afecta distribuciones y
dependencias de las series. Ej. Cambio ascendente o descendente en temperatura,
precipitación, evaporación. Gráficamente se puede observar como un ascenso o
descenso lineal o no lineal continuo en la muestra histórica, después de haber
eliminado los saltos de la serie.
Ilustración 47. Tendencia en una serie de precipitación.
NO HOMOGENEIDAD: Cambios de los datos originales con el tiempo. Ej. La No
Homogeneidad en los datos de Precipitación, se produce por movimiento de la
Estación, cambios en el medio ambiente que rodea la Estación.
d. Remoción de inconsistencias
Consiste en corregir los errores detectados en las series. Por lo general se utilizan
herramientas estadísticas de apoyo.
3.2.1.2 Determinación de la precipitación sobre una región o área
Por lo general contamos solamente con valores puntuales (estaciones meteorológicas) de la
precipitación. Para extrapolar la información a un área usamos técnicas que partiendo de los
datos puntuales, estimen la precipitación sobre toda la región.
-
Promedio aritmético.
Consiste en realizar la suma del valor registrado en cada una de las estaciones
pluviométricas y/o pluviográficas ubicadas dentro del área en estudio y dividirla por el
número total de estaciones, siendo el valor así hallado la Precipitación Media. Se trata de
un método de resolución rápida y que conlleva un grado de precisión muy relativo, el cual
depende: del número de estaciones pluviométricas y/o pluviográficas, de la ubicación de
las mismas en la cuenca y de la distribución de la lluvia estudiada. Es el único método
que no requiere de un conocimiento previo de la ubicación de cada estación. El valor
buscado se calcula con la fórmula:
- 46 -
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Donde:
hp = precipitación en la cuenca
hpi = precipitación en la estación “i”.
n = número de estaciones en la cuenca.
EJEMPLO. Si en una cuenca tenemos 10 estaciones pluviométricas, con la información
mostrada en el CUADRO 10, la precipitación promedio sería de 760 mm:
CUADRO 10. CALCULO DE LA PRECIPITACION PROMEDIO
PRECIPITACION
(mm)
1
1.200
2
500
3
200
4
900
5
300
6
400
7
1.800
8
1.000
9
700
10
600
TOTAL
7.600
PROMEDIO
760
ESTACION
-
Promedio ponderado por áreas de influencia, ó polígonos de Thiessen.
Requiere el conocimiento de la ubicación de cada estación dentro o en la periferia de la
cuenca para proceder a su aplicación, identificando el área de influencia de cada
pluviómetro y/o pluviógrafo. Así se van formando triángulos entre las estaciones más
cercanas uniéndolas con segmentos rectos sin que éstos se corten entre sí y tratando
que los triángulos sean lo más equiláteros posibles.
A partir de allí se trazan líneas bisectoras perpendiculares a todos los lados de los
triángulos, las que al unirse en un punto común dentro de cada triángulo conforma una
serie de polígonos que delimitan el área de influencia de cada estación. El área de
influencia de cada estación considerada “Polígono” está comprendida exclusivamente
dentro de la cuenca (Ver Ilustración 48).
Ilustración 48. Método de polígonos de Thiessen.
- 47 -
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La precipitación media se calcula con la fórmula:
Donde:
P = precipitación media sobre la cuenca
Pi = precipitación observada en la Estación i
Ai = área del polígono correspondiente a la Estación i
A = área total de la cuenca
n = número de estaciones pluviométricas y/o pluviográficas con influencia en la cuenca
Ilustración 49. Información de la cuenca para el cálculo de la precipitación.
EJEMPLO: Considerando los datos de la cuenca mostrada en la Ilustración 49.
CUADRO 11. CALCULO DE LA PRECIPITACION POR AREAS DE INFLUENCIA.
(3)
(2)
(4) = (2) * (3)
(1)
AREA DE
PRECIPITACION
PRECIPITACION
ESTACION
INFLUENCIA
(mm)
(mm*Km2)
(Km2)
1
1.200
120
144.000
2
500
150
75.000
3
200
80
16.000
4
900
90
81.000
5
300
100
30.000
6
400
110
44.000
7
1.800
130
234.000
8
1.000
170
170.000
9
700
290
203.000
10
600
240
144.000
TOTAL
1.480
1.141.000
PRECIPITACION MEDIA (mm)
770,95
- 48 -
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-
Por isoyetas.
Para aplicar este criterio se debe contar con un plano de Curvas Isoyetas de la
tormenta en estudio. Las isoyetas son curvas que unen puntos de igual precipitación y
para trazarlas se requiere un conocimiento general del tipo de tormentas que se
producen en las zonas.
Primeramente, se utilizan los mismos segmentos que unen las estaciones en estudio,
según Thiessen; y para cada uno de ellos, en función de los montos pluviométricos de
dichas estaciones, se van marcando sobre los mismos, los valores de precipitación con
el cual se irán formando las isoyetas, de manera proporcional entre la distancia y la
diferencia de precipitación de las dos estaciones unidas por cada segmento.
Ilustración 50. Trazado de las isoyetas.
Una vez que las isoyetas se han volcado sobre el plano de la cuenca se procede a
determinar la superficie encerrada entre curvas, para multiplicarla por la precipitación
de esa faja, que es la media entre las dos isoyetas que delimitan la faja, actuando
con procedimiento similar al aplicado para curvas de nivel. La sumatoria de tantos
términos así calculados como fajas entre isoyetas haya, dividida por el área de la
cuenca, nos da el valor de la precipitación media.
- 49 -
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Ilustración 51. Información de una cuenca para el cálculo de precipitación por isoyetas.
CUADRO 12. CALCULO DE LA PRECIPITACION POR ISOYETAS.
(1)
ISOYETA
9 - 12
12 - 15
15 - 18
18 - 21
21 - 24
24 - 27
10,5
13,5
16,5
19,5
22,5
22,5
TOTAL
PRECIPITACION
-
(3)
AREA
ENTRE
ISOYETAS
(Km2)
250
260
200
320
220
230
1.480
MEDIA (mm)
(2)
PRECIPITACION
(mm)
(4) = (2) * (3)
PRECIPITACION
(mm*Km2)
2.625
3.510
3.300
6.240
4.950
5.175
25.800
17,43
Estimando ecuaciones de regresión o polinomios.
3.2.1.3 Análisis de tormentas
Sirven para definir criterios de proyectos: descargas máximas.
Se
-
necesita determinar:
Intensidad, cantidad de agua por unidad de tiempo.
Duración, tiempo que dura la lluvia
Frecuencia, asociada a un período de retorno, generalmente expresado en años. El
período de retorno es uno de los parámetros más significativos a ser tomado en cuenta
en el momento de dimensionar una obra hidráulica destinada a soportar avenidas, como
por ejemplo: el vertedero de una presa, los diques para control de inundaciones; o una
obra que requiera cruzar un río o arroyo con seguridad, como por ejemplo un puente.
- 50 -
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Ilustración 52. Curva Intensidad – Duración – Frecuencia.
El período de retorno, puede ser entendido como el número de años en que se espera que
medianamente se repita un cierto caudal, o un caudal mayor. Así podemos decir que el
período de retorno de un caudal de 975 m3/s, para una sección específica de un río
determinado, es de 14 años, si, caudales iguales o mayores de 975 m3/s se producen, en
promedio a cada 14 años. Por otro lado, si un evento tiene un periodo de retorno real de
“tp” años, la probabilidad P de que dicho evento se presente o sea superado en un año
determinado es:
Ilustración 53. Información de precipitación utilizada para elaborar la curva I-D-F.
- 51 -
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CUADRO 13. DETERMINACION DEL TIEMPO DE RETORNO EN DESCARGAS.
No ORDEN
DESCARGA
(m3)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
1139
975
845
833
730
648
644
547
352
346
328
326
324
284
260
244
243
223
199
197
194
187
185
177
144
110
96
PERIODO DE
RETORNO FRECUENCIA
(Años)
28,00
0,0357
14,00
0,0714
9,33
0,1071
7,00
0,1429
5,60
0,1786
4,67
0,2143
4,00
0,2500
3,50
0,2857
3,11
0,3214
2,80
0,3571
2,55
0,3929
2,33
0,4286
2,15
0,4643
2,00
0,5000
1,87
0,5357
1,75
0,5714
1,65
0,6071
1,56
0,6429
1,47
0,6786
1,40
0,7143
1,33
0,7500
1,27
0,7857
1,22
0,8214
1,17
0,8571
1,12
0,8929
1,08
0,9286
1,04
0,9643
- 52 -
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- 53 -
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3.3 ESCORRENTIA
Es el flujo superficial de agua en un punto de control, luego de una lluvia. En la escorrentía
cabe distinguir:
- Volumen, se refiere a la cantidad de agua (en litros, m3 o Km3).
- Régimen de Caudales, se refiere a los volúmenes escurridos en relación al tiempo
transcurrido (litros/segundo, m3/hora, Km3/día).
La escorrentía se compone de:
- Corriente superficial, son los volúmenes de agua que se han mantenido siempre en la
superficie, después de ocurrida la lluvia, hasta que pasan por el punto de control.
- Corriente sub-superficial; es la masa de agua infiltrada que retorna a la superficie antes
del punto de control, durante la tormenta.
- Corriente subterránea; es la masa de agua infiltrada que retorna a la superficie antes
del punto de control, después que termina la tormenta que les dio origen. Estas agua
tardías forman los caudales base o de estiaje.
- Precipitación-escorrentía; es la lluvia que cae directamente sobre la superficie de las
aguas corrientes, es decir que se incorporan de inmediato a la escorrentía.
Para medir la escorrentía se utiliza mediciones directas (caudales pequeños) o mediciones
indirectas. Estas ultimas pueden realizarse con: correntómetros, flotadores, trazadores
químicos o radioactivos.
Ilustración 54. Correntómetro para medición de caudales.
3.3.1 El hidrograma
El gráfico de descargas versus tiempo es el hidrograma, puede ser anual, mensual, diario,
de una tormenta o de eventos específicos.
Representa una integración de los efectos fisiográficos y climáticos que gobiernan las
relaciones entre lluvia y escorrentía en una cuenca dada.
- 54 -
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Ilustración 55. Hidrograma.
3.3.1.1
El hidrograma unitario
Analizando hidrogramas de varias cuencas Sherman llego a las conclusiones:
-
En una cuenca dada, la duración de la escorrentía superficial es constante para lluvias
de igual duración
-
Dos tormentas de igual duración, con volúmenes diferentes de escorrentía superficial
originan hidrogramas en los cuales hay una proporcionalidad en las ordenadas.
-
La distribución temporal de la escorrentía superficial de una precipitación dada no
depende de las precipitaciones antecedentes.
A partir de estas observaciones, obtuvo un hidrograma de referencia o unitario, esto es aquel
que resulta de una precipitación uniforme de 1 mm en una hora.
- 55 -
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Ilustración 56. Hidrograma e hidrograma unitario de una cuenca.
3.3.2
-
Factores que afectan la escorrentía
Clima: precipitación, temperatura, viento, etc.
Fisiografía: drenes, quebradas, etc.
Geometría: relación área/escorrentía, forma de la cuenca, altura de la cuenca, etc.
Geología: estratos permeables
Ecología: cobertura vegetal, suelos labrados
Ilustración 57. Variación de la escorrentía según el tipo de cobertura.
- 56 -
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El rendimiento de una cuenca, es la relación del volumen total de escorrentía al volumen total
de precipitación. En el Perú tenemos rendimientos de cuencas diversos.
CUADRO 14. RENDIMIENTO DE CUENCAS PERUANAS.
RIO
COSTA
Santa
Rimac
Grande
Majes
Tambo
SIERRA
Mantaro
Marañon
Conchano
Ilave
Titicaca
SELVA
Corrientes
Amazonas
AREA
CUENCA
(KM2)
PRECIPITACION ESCORRENTIA RENDIMIENTO
(mm/año)
(mm/año)
CUENCA
11.970
3.430
11.315
17.200
12.455
510
350
190
365
297
393
267
40
99
59
0,77
0,7
0,21
0,27
0,2
17.500
68.000
100
8.810
60.400
550
1.000
950
449
720
332
534
900
81
99
0,6
0,53
0,95
0,18
0,14
13.520
327.800
2.200
2.565
1.270
1.615
0,58
0,63
3.4 AGUAS SUBTERRANEAS
Parte del agua de lluvia se infiltra en el suelo y se desplaza en el interior de este a través de
estratos permeables denominados acuíferos, constituyendo las aguas subterráneas.
Este flujo de agua puede llegar a quedar atrapado en un depósito subterráneo, denominándose
entonces reservorio subterráneo.
3.4.1 Factores que afectan la infiltración
-
Contenido de humedad del suelo
Capas semi-impermeables
Compactación del suelo
Acuñamiento con partículas finas
Aire atrapado en el interior del suelo
3.4.2 Zonas de un estrato permeable
-
Zona de aireación, forma la parte superior del manto o estrato.
Zona capilar, donde el agua asciende por capilaridad
Zona de saturación, los poros están completamente llenos de agua.
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Ilustración 58. Acuífero y afloramientos de agua.
Tabla 2. ASCENSO CAPILAR SEGUN TIPO DE SUELO.
ASCENSO
CAPILAR MAXIMO
(m)
1,2
2,5
1.20 a 1.80
7,5
TIPO DE SUELO
Arena gruesa
Arena fina
Suelo arenoso (húmedo)
Suelos finos profundos
3.4.3 Factores que
subterránea
-
-
afectan
el
movimiento
del
agua
Porosidad, el rendimiento es mayor en suelos de rocas sedimentarias que en suelos de
rocas cristalinas.
Permeabilidad, se refiere a la capacidad del terreno para dejar pasar el agua, en un
movimiento vertical de arriba hacia abajo, debido a la acción de la gravedad, a través
de sus poros. La permeabilidad mínima de un acuífero, para ser utilizado en bombeo de
agua es de 1.5 m/día.
Transmisibilidad, se refiere a la capacidad del terreno para dejar pasar el agua en un
movimiento lateral, debido a un gradiente hidráulico. La transmisibilidad promedio esta
en el orden de 1 a 20 m/día.
Se busca determinar que cantidad de agua subterránea se encuentra disponible y con que
facilidad se puede extraer.
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La ubicación de los acuiferos es necesaria para evitar su contaminación. Además es necesario
conocer la temperatura y calidad del agua.
El estudio se hace a través de perforación de pozos, tomando datos a cada metro de
profundidad, para determinar:
- Permeabilidad y transmisibilidad;
- Capacidad o coeficiente de almacenamiento, la proporción de agua en un bloque de suelo;
generalmente varia entre 0,00005 a 0,3.
El rendimiento de servicio de un acuífero es la cantidad de agua que se puede extraer de el, sin
causar un descenso permanente del manto freático.
El agua subterránea en áreas costeras puede contaminarse por intrusiones de agua de mar
(Intrusión salina) cuando la tasa de extracción es muy alta. Esto provoca que el agua del mar
penetre en los acuíferos de agua dulce. Este problema puede ser tratado con cambios en la
ubicación de los pozos o excavando otros que mantengan el agua salada lejos del acuífero de
agua dulce. En todo caso, mientras la extracción supere a la recarga por agua dulce, la
contaminación con agua salada sigue siendo una posibilidad.
Ilustración 59. Intrusión de agua salada en un acuífero, por exceso de explotación.
La contaminación del agua subterránea puede permanecer por largos períodos (Ej. Si tenemos
un acuífero de 10 Km de largo, con una transmisibilidad de 2 m/día, el agua recorrerá 0.73
Km/año, y demorará 13.69 años para salir del acuífero).
Esto se debe a la baja tasa de renovación y largo tiempo de residencia, ya que al agua
subterránea no pueden aplicarse fácilmente procesos artificiales de depuración como los que se
pueden aplicar a los depósitos superficiales, por su difícil acceso. En caso de zonas locales de
contaminación se pueden realizar remediación de acuíferos mediante la técnica de bombeo y
tratamiento, que consiste en extraer agua del acuífero, tratarla químicamente, e inyectarla de
vuelta al acuífero.
Ilustración 60. Períodos de tiempo para el flujo de agua subterránea.
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Los contaminantes del agua subterránea, procedente de las industrias son disolventes,
pesticidas, pinturas, barnices, o los combustibles como la gasolina.
De la agricultura y poblaciones, los nitratos son los principales contaminantes. Estos se originan
de diferentes fuentes: la aplicación de fertilizantes, los pozos sépticos que no están funcionando
bien, las lagunas de retención de desperdicios sólidos no impermeabilizadas por debajo y la
infiltración de aguas residuales o tratadas. El envenenamiento con nitrato es peligroso en los
niños. En altos niveles pueden limitar la capacidad de la sangre para transportar oxígeno,
causando asfixia en bebés. En el tubo digestivo el nitrato se reduce produciendo nitritos, que
son cancerígenos.
Ilustración 61. Contaminación de acuíferos.
3.4.4 Clasificación de acuíferos
3.4.4.1 Según su Textura
- Acuíferos porosos, en ellos el agua subterránea se encuentra como embebida en una esponja,
dentro de unos poros intercomunicados entre sí, cuya textura motiva que exista
"permeabilidad" (transmisión interna de agua), frente a un simple almacenamiento. Aunque las
arcillas presentan una máxima porosidad y almacenamiento, tienen baja transmisibilidad y
permeabilidad (permeabilidad <> porosidad). Como ejemplo de acuíferos porosos, tenemos las
formaciones de arenas y gravas aluviales
- Acuíferos fisurales, en ellos el agua se encuentra ubicada en fisuras o diaclasas, también
intercomunicadas entre sí; pero a diferencia de los acuíferos porosos, su distribución hace que
los flujos internos de agua se comporten de una manera heterogénea, por direcciones
preferenciales. Como representantes principales del tipo fisural podemos citar a los acuíferos
kársticos.
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3.4.4.2 Según su comportamiento hidrodinámico
La velocidad a la que el agua se mueve depende del volumen de los intersticios (porosidad) y
del grado de intercomunicación entre ellos. Desde un punto de vista hidrodinámico (movilidad
del agua), se clasifican en:
-
Acuíferos: buenos almacenes y transmisores de agua subterránea (cantidad y velocidad)
(p.ej.- arenas porosas y calizas fisurales).
Acuitardos: buenos almacenes pero malos transmisores de agua subterránea (cantidad pero
lentos) (p.ej.- limos).
Acuícludos: pueden ser buenos almacenes, pero nulos transmisores (p.ej.- las arcillas).
Acuífugos: son nulos tanto como almacenes como transmisores. (p.ej.- granitos o cuarcitas
no fisuradas).
En ciertos casos se habla de acuíferos fósiles, estos son bolsones de agua subterránea,
formados en épocas geológicas pasadas, y que, a causa de variaciones climáticas ya no tienen
actualmente recarga.
En el Perú, el uso del agua subterránea varía según la disponibilidad del agua superficial de
cada año, y se estima que anualmente fluctúa entre 1.267 millones de m3 como mínimo, y
1.841 millones de m3 como máximo, según diversas fuentes. (Pavez W.)
Es importante señalar que la extracción y uso del agua subterránea en la costa de Perú ha
disminuido en los últimos 40 años con posterioridad a la reforma agraria, a medida que se han
puesto en operación los proyectos especiales de irrigación del Estado (en especial en Piura,
Lambayeque y La Libertad), y al incrementarse el costo del combustible.
Puede estimarse en promedio al año, una extracción de 1.511 millones de m3 de aguas
subterráneas. De ellas, 995 millones de m3 se destinan para la agricultura y permiten regar
unas 60.000 hectáreas con riego tecnificado, destinadas preferentemente a la agro-exportación
en las zonas de Ica (316 millones de m3 al año), Villacurí (70 millones de m3), Nasca (67
millones de m3) Huaral (100 millones m3) y La Yarada en Tacna (53 millones de m3). Otros
366,5 millones de m3 se destinan al consumo de agua potable, principalmente en la Gran Lima,
y entre 137 y 550 millones de m3 al uso industrial y minero.
Los acuíferos más desarrollados del Perú se encuentran en Ica-Villacurí y en La Yarada. En Ica,
existe un total de 2.193 pozos inventariados, de los cuales 1.554 están en uso o son utilizables.
En el valle de Ica, entre un 55 y 80% del agua utilizada proviene de pozos, según la
disponibilidad de aguas de fuente superficial, mientras que en Villacurí y La Yarada el 100% de
las aguas utilizadas provienen de pozos. Ica y Villacurí poseen una completa red de control
piezomético e hidrogeoquímico que abarca unos 220 pozos, y el volumen de la reserva del
acuífero ha sido determinado por Inrena en 3.758,5 millones de m3 al año 2007; sería la mayor
reserva de agua subterránea hasta ahora identificada en Perú.
Los estudios plantean que -una vez concluidos- los 12 proyectos hidráulicos estatales, se
podrían trasvasar 8.000 millones de m3 de agua adicionales al año desde las alturas de los
Andes a la costa (INADE). Pero también se requerirá invertir una cifra similar en dólares,
adicionales a lo ya invertido por el Estado. Entonces, para traer cada metro cúbico de agua
superficial desde las tierras altas a la costa peruana, el costo de inversión es de 1 dólar.
Mientras que para extraer ese mismo metro cúbico de agua desde un pozo profundo, el
particular invierte 0,05 a 0,07 dólares; es decir 15 a 20 veces menos. Algo similar pasa con los
costos de operación en estos proyectos, pues debemos estimar que el costo real por metro
cúbico de agua superficial puede llegar a $ 0,20 a $ 0,30 en las cuencas de la costa, algo
imposible de cobrar pues la tarifa actual que pagan los regantes sólo cubre un 5 a 10 % del
costo real (y prácticamente no existen cultivos que puedan ser rentables a ese valor). Aquí
existe un subsidio encubierto a los usuarios del agua, que además debe ser pagado por todo el
país.
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4 CARACTERISTICAS SOCIOECONOMICAS
El aspecto socioeconómico es de importancia en la caracterización adecuada de la cuenca, los
aspectoss que se deben tener en cuenta son:
4.1 INSTITUCIONES
Debe determinarse cuál es el entramado institucional activo en la cuenca.
 Instituciones relacionadas con la cuenca: Comités de Cuenca, Municipalidades.
 Instituciones Políticas, las que toman decisiones de alto nivel. Gobierno Regional,
Autoridad Nacional del Agua (ANA), Ministerio de Agricultura, Ministerio del
Ambiente.
 Instituciones Reguladoras, las que desarrollan y hacer cumplir las normas.
Autoridad Administrativa del Agua (AAA), Autoridad Local del Agua (ALA), Consejo
de Cuenca.
4.2 DEMOGRAFIA
El estudio de la población, en general, y en particular su dinámica y distribución espacial,
resultan aspectos sustantivos en todo proceso de planificación. A partir del conocimiento de la
situación actual y de las tendencias que presenta el comportamiento de la población es posible
evaluar y ponderar una de las principales componentes que deben tomarse en cuenta en la
definición de alternativas de desarrollo territorial.
Las variables demográficas al relacionarse conforman un sistema como dinámica y efectos
propios insertados en el marco de los desarrollos económico, social, cultural y político de
cualquier país o región.
Estos procesos tienen como efecto una determinada calidad y cantidad de población que se
expresa a través de su tamaño, ritmo de crecimiento, número y composición de la familia,
estructura educacional y profesional de los ocupados en las esferas de trabajo manual e
intelectual.
Entre las características cualitativas se incluye la salud, la dirección y estructura de las
migraciones y la distribución de la población en asentamientos de diferentes tipos.
El análisis del nivel de vida de la población que habita en estos territorios, persigue el
conocimiento de las condiciones de vida de la misma, las cuales inciden en la permanencia de la
fuerza laboral.
La información que permite este análisis es obtenida a través de la aplicación de una estructura
a una muestra representativa de la población objeto de estudio.
Los indicadores que se analizan para conocer el estado del bienestar de la población permiten
ofrecer la imagen específica del nivel de vida de la misma.
La propuesta de acciones a ejecutar en la cuenca están relacionadas con el mantenimiento de
la infraestructura social existente y el fortalecimiento de la misma en los distintos sectores
mediante la localización de nuevos establecimientos y servicios.
En los asentamientos humanos se concentran complejos problemas ambientales debido a que
en los espacios relativamente pequeños que ocupan, interactúan diferentes procesos sociales,
técnico-económicos y naturales.
La población ejerce su influencia en el medio ambiente mediante su actividad productiva
creándose un hábitat que está determinado por particularidades de la cultura y la organización
social y que constituye el medio ambiente humano.
El análisis del medio ambiente social dentro el estudio de las cuencas hidrográficas tienen como
resultado la caracterización de esta problemática en todos los asentamientos urbanos y rurales,
obtenida sobre la base del análisis del comportamiento de un grupo de indicadores higiénicosanitarias, las facilidades para el hábitat y el estado de salud de la población.
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La información requerida para estos análisis se obtienen de fuentes directas e indirectas:
Gobierno Regional, Municipalidades, las Gerencias Regionales; y trabajos de campo que
incluyen el recorrido por todos los asentamientos, el muestreo para la determinación de la
calidad del agua de abasto y encuestas a la población residente.
Se analiza el comportamiento de los indicadores seleccionados en cada asentamiento, valorados
en cada caso de acuerdo a criterios previamente establecidos, lo cual permitirá el
establecimiento de grupos atendiendo a la caracterización de la problemática del medio
ambiente social en cada asentamiento.
La influencia que el medio ambiente ejerce sobre la población se manifiesta a través de la
salud, considerada como el estado de completo bienestar físico, mental y social. El estado de
salud de la población es por lo tanto un reflejo de las relaciones existentes entre el hombre y el
medio que lo circunda.
El estado de salud de la población en el territorio se valora por las tasas de morbilidad de
enfermedades relacionadas con el medio ambiente, los factores de riesgo para la salud
relacionados con esta problemática, las tasas de mortalidad infantil y general, y principales
causas de muerte y los años de vida perdidos.
La tasa de morbilidad es una relación de incidencia que expresa el número de personas de una
población determinada que se enferma durante un período específico.
Los datos se pueden obtener de la página web del INEI.
Ilustración 62. Pirámide poblacional.
4.3 ECONOMICOS
Referidos a





los flujos económicos en la cuenca.
Producto Bruto Interno.
Tasas de empleo y desempleo.
Mercados (presentes y potenciales) para los productos de la cuenca.
Demandas económicas relacionadas con la cuenca
Método de evaluación
o restricciones (tasa de descuento)
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o
o
ingreso (distribución y empleo)
beneficios y estimaciones en costos.
Ilustración 63. Producto Interno Bruto.
Ilustración 64. Población Económicamente Activa.
4.4 FINANCIEROS
Referidos a la disponibilidad de dinero para financiamiento de obras.
 Fuentes del capital: Estado, entidades privadas, ayuda internacional.
 Tipos de reembolso (capital, operación, mantenimiento y reemplazo): fondos
retornables, fondos no retornables..
 Distribución y asignación de los costos.
 Impuestos.
4.5 LEGALES



Leyes sobre las cuencas (derechos).
Acuerdos y tratados internacionales.
Leyes ambientales.
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4.6 SOCIALES - PUBLICAS


Grupos con intereses especiales.
Públicos (opiniones).
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BIBLIOGRAFIA
1. IUSS Grupo de Trabajo WRB. 2007. Base Referencial Mundial del Recurso Suelo. Primera
actualización 2007. Informes sobre Recursos Mundiales de Suelos No. 103. FAO, Roma.
Zonificación Agroecologica http://www.fao.org/docrep/W2962S/w2962s00.htm#Contents
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