ECOLOGÍA PARA ARQUITECTOS

Facilitador: Arq. Fitzgerald Gutiérrez

ESTUDIO DE LA HIDROLOGÍA

(Cuenca Hidrográfica)

•El agua como ingrediente vital básico y como constituyente esencial de nuestro entorno.Interviene de una manera o de otra en la mayoría de las actividades humanas (explotación y utilización de los recursos), convirtiéndose en un factor determinante para la organización del territorio.

Al estar en movimiento permanente, debido a la acción de la gravedad y de la energía solar, el agua aparece en la tierra en las distintas fases o estados que conforman el ciclo hidrológico, cuya unidad e indivisibilidad conducen a que todas las manifestaciones del agua se consideren como parte integrante de un recurso único.

ASPECTOS GENERALES

EL CICLO HIDROLÓGICO

Las acciones humanas sobre el agua tienen una repercusión muy dilatada e influyen física y socialmente en lugares muy alejados. Unas veces alterando el régimen hidrológico al desviar o extraer el agua para distintos usos, o al modificar los cauces para almacenarla o regular su movimiento; otras veces, indirectamente, cuando actúan en la superficie de la cuenca o pueden dar lugar a cambios climáticos a escala regional al facilitar la evaporación.

ASPECTOS GENERALES

Consecuencias: aumento generalizado de la vulnerabilidad del recurso y el deterioro de la calidad del agua, que tiene repercusiones ecológicas en la flora y la fauna, comprometiendo la capacidad del recurso para satisfacer necesidades futuras.

Clasificación de las formas de agua

• Acuífero: cualquier formación geológica subterránea capaz de contener y transmitir agua en grandes cantidades.

• Agua subterránea: agua dentro de la tierra que abastece manantiales, pozos y cursos de agua. Específicamente, agua en la zona de saturación, donde llena las cavidades del suelo y de las rocas.

• Arroyo: corriente natural de agua con caudal discontinuo en función de las estaciones. Anchura media menor de 5 metros.

• Canal: curso artificial de agua (acequia, cacera, atajea ... ).• Cascada: despeñadero natural de agua.• Embalse: bolsa artificial donde se recogen las aguas de uno o

varios cursos de agua.• Estuario: tramo final de un río donde las aguas del mar se ven

– apreciablemente - diluidas por las del río. • Fuente artificial: artificio por donde se hace salir el agua

trayéndola mediante conductos desde manantiales, depósitos o cursos de agua.

Clasificación de las formas de agua• Fuente natural: zonas de afloramiento superficial de las aguas de

forma intermitente con un caudal insuficiente para formar una corriente de agua.

• Glaciar: río de hielo• Lago: masa permanente de agua depositada naturalmente en

hondonadas del terreno, con comunicación al mar o sin ella. Superficie mayor de 1 hectárea.

• Laguna: depósito natural de aguas de menores dimensiones que el lago. Superficie menor de 1 hectárea.

• Manantial: zona donde las aguas afloran a la superficie.• Nacimiento de aguas: fuente natural donde el agua brota en cantidad

suficiente para formar una corriente de agua. • Nivel freático: cota de la zona de saturación.• Pozo: hoyo hecho en la tierra que rebasa el nivel freático, por donde

se hace salir el agua natural o artificialmente.• Río: corriente natural de agua con caudal continuo a lo largo de todas

las estaciones. Anchura media mayor de 5 metros.• Torrente: corriente natural de agua en pendientes fuertes y con

caudales muy variables.• Zonas húmedas: terrenos que se inundan con las aguas de los ríos o

del mar (marismas), el ascenso de la capa freática o la baja permeabilidad del terreno (marjales, turberas...)

Escorrentía y la infiltración

• La Escorrentía Superficial se define como la cantidad de agua que permanece sobre la superficie terrestre, pudiendo presentar movimiento en dependencia de las pendientes, factores climáticos y otros relacionados con el suelo y las intervenciones humanas.

• La escorrentía superficial se caracteriza por el caudal, el cual se define como el volumen de escorrentía por unidad de tiempo.

Características de las cuencas hidrográficas

Las características físicas de las cuencas hidrográficas permiten conocer la variación espacial de los aspectos que definen su régimen hidrológico. Estas características dependen de la morfología (forma, relieve, red de drenaje, etc.), los tipos de suelos, la cubierta vegetal, la geología, prácticas agrícolas, etc. En la siguiente tabla se resumen las principales características físicas de una cuenca hidrográfica.

Factor físico Indicador Expresión Área de Drenaje Superficie de la cuenca (A). Es el área plana en proyección horizontal delimitada por la divisoria topográfica de la

cuenca. Coeficiente de compacidad (Kc). Es la relación entre el perímetro de la cuenca y la longitud de circunferencia de un círculo

cuya área es igual a la cuenca. O sea: Kc= 0.28 (P/A)1/2 Donde: P es perímetro de la cuenca en kilómetros. A es área de drenaje de cuenca en Km2. De lo anterior se deduce que mientras mayor sea el coeficiente de compacidad (Kc), mayor será la irregularidad de la cuenca, por el contrario mientras el coeficiente (Kc) se aproxima a la unidad, la cuenca tiende a ser una circunferencia y por tanto existirá mayor tendencia a las crecientes de la misma.

Forma de la cuenca

Factor de Forma (Kf) Es la relación entre el ancho medio y la longitud axial de la cuenca. Se mide a partir del curso de agua más largo desde la desembocadura, hasta la cabecera más distante. b = A/L Kf = A/L2

Donde: b es el ancho medio, en Km. A es la superficie de la cuenca, en KM2. L es la longitud axial de la cuenca, en Km. Una cuenca cuyo factor de forma sea bajo está menos sujeta a crecientes, comparada con otra cuenca del mismo tamaño, pero cuyo factor de forma sea mayor.

Densidad de drenaje (Dd) Es la relación entre la longitud total de los cursos de agua de la cuenca y la superficie total.

Dd= Lt/A, en Km/Km2 Donde: Lt es la longitud total de las corrientes de agua, en Km. A es la superficie de la cuenca, en Km2 Los valores de Dd oscilan: 0.50 Km./Km2 (Cuencas con drenaje muy pobre). 3.50 Km./Km2 (Cuencas excepcionalmente bien drenadas).

Frecuencias de cauces (Fc) La frecuencia de cauces viene expresada por la cantidad de corrientes de agua, dividida por el área total de la cuenca. O sea: Fc= Nc/A, en unidades/Km2 Donde: Nc es número de corrientes en unidades. A es la superficie de la cuenca, en Km2.

Orden de las corrientes de agua Refleja el grado de ramificación o bifurcación de las formas de agua en la cuenca.

Sistema de Drenaje

Sinuosidad de las corrientes de agua.

Es la longitud del río principal medida a lo largo de su cauce, La, y la longitud del valle del río principal medido en línea recta o curva, Lp. S= La/Lp Este indicador da una medida de la velocidad de la escorrentía a lo largo de la corriente. Un valor de S menor o igual a 1.25 indica una baja sinuosidad, tratándose de un río con alineamiento recto.

Características físicas de una

cuenca hidrográfica.

Factor físico Indicador Expresión Pendiente de la cuenca. Controla en gran medida la velocidad con que se produce la escorrentía superficial. El

principal parámetro a determinar es la pendiente media (consultar tópico: Otros Procedimientos para el cálculo de las pendientes en capítulo geología y geomorfología). Algunos autores suelen definir el relieve de la cuenca como la diferencia entre la elevación máxima y mínima.

Curva Hipsométrica. Es la representación gráfica del relieve de una cuenca. O sea, representa la variación de las elevaciones del terreno en una cuenca con respecto al nivel medio del mar. El gráfico se obtiene mediante los datos resultantes de la determinación de las pendientes por el método de las cuadrículas anteriormente descrito (consultar tópico: Otros Procedimientos para el cálculo de las pendientes en capítulo geología y geomorfología).

Elevación media. La elevación media se define como: n

∑ (cota media intervalo i x Área i) E = i=1 n

∑ (Area i) i=1

Relieve de la cuenca

Relación de Relieve. Es el relieve de la cuenca divido entre la longitud total, es un indicador entre la diferencia de la elevación máxima y mínima, dividida entre la longitud total.

Características físicas de una cuenca hidrográfica.

Clasificación de las cuencas hidrográficasExisten clasificaciones de las cuencas para diversos fines,

Tipos Procesos Asociados Textura Cuencas de textura fina. Son aquellas en las que el espaciamiento medio entre tributarios y corrientes de primer orden es

menor de 0,60 cm en la fotografía aérea. Cuencas de este tipo reflejan elevados niveles de escorrentía superficial, roca madre impermeable y suelos de baja permeabilidad.

Cuencas de textura media.

Son aquellas en las que el espaciamiento medio entre corrientes de primer orden oscila entre 0,60 y 5 cm. La escorrentía es media, la textura es intermedia y la permeabilidad también.

Cuencas de textura gruesa.

La separación entre corrientes de primer orden es superior a 5 cm. La escorrentía superficial es menor, la roca es más resistente, aunque más permeable y los suelos tienen elevada permeabilidad.

Tipos Procesos Asociados Textura Cuencas dendríticas. Es el patrón que más frecuentemente se presenta y se caracteriza por mostrar una ramificación

arborescente, en la que los tributarios se unen a la corriente principal formando ángulos agudos. Su presencia indica suelos homogéneos y se presenta en zonas de rocas sedimentarias blandas, tobas volcánicas, depósitos glaciales y antiguas llanuras costeras.

Cuencas pinnadas. Son cuencas dendríticas modificadas e indican un elevado contenido de limo en el suelo. Son

típicas de zonas de loess o llanuras aluviales de textura fina. El drenaje tiene la forma de derivación de ciertas hojas, en el que los tributarios se juntan formando ángulos casi rectos que se van agudizando aguas arriba.

Cuencas de drenaje rectangular.

Es otra variante de drenaje dendítrico. Los tributarios tienden a juntarse con las corrientes principales en ángulos casi rectos y dan lugar a formas rectangulares controladas por las fracturas y las junturas de las rocas. Cuanto más claro es el patrón rectangular más fina será la cubierta del suelo. Suelen presentarse sobre pizarras metamórficas esquistos gneis; en areniscas resistentes, si el clima es árido o en areniscas de poco suelo en climas húmedos.

Cuencas de drenaje angulado.

Es una variante más del drenaje dendítrico en la que las fallas, fracturas y sistemas de unión han modificado su forma clásica. Aguas arriba son comunes las curvas fuertes formando ángulos grandes, ya que los tributarios suelen estar controlados por las rocas. El tipo y dirección de los ángulos pueden reflejar un tipo específico de roca. Por ejemplo las areniscas tienen la tendencia a formar uniones paralelas, mientras que las calizas dan lugar a uniones muy agudas.

Tipos Procesos Asociados Textura Cuencas de drenaje enrejado.

Presentan tributarios y pequeños arroyos paralelos también paralelos que se juntan en ángulos rectos. Reflejan más la estructura de la roca madre que el tipo de roca y usualmente indican rocas sedimentarias plegadas o intercaladas en las que las corrientes principales siguen las uniones de las capas.

Cuencas de drenaje barbado.

Se presentan cuando otras formas de drenaje se han visto modificadas por alabeos o cambios topográficos. El resultado indica un elevado grado de roturas tectónicas.

Cuencas de drenaje desordenado.

Son sistemas de drenaje no integrados, resultantes de formas de suelo relativamente jóvenes con topografía llana o suave y elevada capa freática. En las depresiones existen zonas pantanosas, marjales, lagunas. Suelen presentarse en llanuras jóvenes y en llanuras aluviales.

Cuencas de drenaje paralelo.

Se presentan en zonas homogéneas, de pendientes uniformes y suaves, en las que las corrientes principales reflejan fallas o fracturas. Los tributarios suelen unirse formando ángulos generalmente iguales. Son típicas de llanuras costeras y de grandes afloramientos basálticos.

Cuencas de drenaje radial o centrífugo.

Esta forma de drenaje se caracteriza por una red circular con canales paralelos procedente de un punto elevado. Suele existir una corriente colectora principal que circula alrededor de la base de la elevación topográfica de cerros aislados suelen presentar este tipo drenaje.

Cuencas de drenaje anular.

Es similar al anterior, pero en este caso las uniones de la roca madre o las fracturas hacen que los tributarios sean paralelos. Se presentan estos tipos de cuenca en cerros graníticos o sedimentarios.

Cuencas de drenaje centrípeto.

Es una variante del sistema radial en la que el drenaje se dirige hacia un punto central. Suele reflejar una depresión o el fin de un anticlinal o sinclinal erosionado.

Tipos Procesos Asociados Textura Termokarst Suelen presentarse en sedimentos mal drenados de grano fino o sobre material orgánico. El hielo provoca roturas y da lugar a formas poligonales, a veces hexagonales, que crean depresiones y acumulaciones de agua.

Cuencas de drenaje trenzado Se desarrollan muy localmente y no suelen servir como forma de clasificación. Los canales que constituyen el sistema son inestables y reflejan materiales gruesos.

Drenaje interno La falta de un sistema integrado de drenaje es significativa también para la identificación del territorio y de las características geomorfológicas. Usualmente está asociado a materiales granulares de alta permeabilidad, sobre rocas porosas o solubles que dan lugar a fuertes drenajes subterráneos, calizas, corales, dunas y colinas costeras.

Sin Drenaje Pequeñas formas del terreno con cuencas insuficientes pueden no desarrollar ninguna forma de drenaje. Se pueden citar las dunas de arena, zonas glaciales, etc.

Erosión de los cursos de agua

• Cuando una cuenca pierde su equilibrio natural debido al desarrollo intensivo de actividades humanas o debido a lluvias extremadamente intensas, el cauce aguas abajo presentará importantes socavaciones de márgenes, erosión o depósito de sedimentos.

• Los estudios de erosión de cauces se pueden hacer mediante interpretación de fotografías aéreas y comprobación de campo. Además de las condiciones de la cuenca hidrográfica, existen tres aspectos extremadamente importantes a considerar directamente relacionados con la erosión de cauces. Ellos son:

• La socavación de márgenes.• La estabilización del lecho.• La sedimentación.

Erosión de los cursos de agua

Clase de erosión Descripción del proceso Clase 0 El curso no presenta signos de erosión o descargas excesivas. Las márgenes están bien pobladas de vegetación o

excesivamente cubiertas de vegetación leñosa. No hay sedimentos recientes o restos flotantes en las márgenes o depositados en la vegetación. El lecho del curso está formado por grava o cantos rodados meteorizados y con frecuencia descoloridos por algas. Pozas de agua bien desarrolladas.

Clase I Signos de erosión incipiente. Márgenes socavadas y descarnadas en ciertos lugares, arena y hendimientos recientes en las pozas, bancos de arena activos, la vegetación de las márgenes del curso puede haberse ido o estar desapareciendo.

Clase II Erosión acelerada evidente, bancos de arena activos, grava y rocas lavadas y limpias, pozas rellenas de sedimentos. Acarreos de márgenes del cauce y restos flotantes depositados en el suelo y en la vegetación, muy por encima de las márgenes. Algunos afluentes tienen cárcavas y depositan conos de deyección o deltas en el curso principal.

Clase III Erosión grave. Los mismos síntomas que en la clase II pero agravados. Las márgenes del curso se socavan activamente, las tierras del fondo se están perdiendo por socavación de las márgenes. La corriente está turbia o acarrea arrastres la mayor parte del tiempo.

Clase de erosión Descripción del proceso Clase IV Erosión muy grave. Deslizamientos y socavación de márgenes extraordinariamente activos, grandes depósitos de acarreos

recientes, carácter torrencial de los caudales.

Con el propósito de evitar los efectos adversos de las actividades humanas en territorios próximos a las formas de agua superficiales que exacerban los procesos de erosión del curso de agua, el propio autor ha recomendado observar ciertas distancias con respecto a la orilla del curso de agua, denominada como zona de protección contra la erosión, donde se debería restringir el desarrollo de actividades humanas y conservar con vegetación adecuada.

Anchura recomendada Pendiente del terreno Cuenca Municipal Cuenca ordinaria

Porcentaje Grados pies Ml pies Ml 0 0 50 15 25 8 10 5,7 90 27 45 14 20 11,3 130 39 65 20 30 16.7 170 51 85 26 40 21.8 210 64 105 32 50 26.6 250 76 125 38 60 31.0 290 88 145 44 70 36.0 330 100 165 50

Tabla: Anchuras recomendadas de la faja de protección de los cursos de agua.

Hidrogeología.

•La hidrogeología es la ciencia encargada de estudiar los factores geológicos relativos al agua acumulada subterráneamente en materiales rocosos.

Las aplicaciones más importantes de esta ciencia son:

•Para fines de exploración. •Para fines de abastecimiento de agua potable (humano, industrial, riego).•Para la construcción de obras civiles (vías, portuarias, fundaciones, etc.).

•Para estudio de reservas de aguas subterráneas.

Hidrogeología.

Sin embargo, en los últimos años la hidrogeología ha adquirido una importancia vital desde el punto de vista ambiental, debido a los crecientes procesos de deterioro de la calidad del agua subterránea a causa del incremento de la actividad humana, así como el agotamiento de las reservas de agua subterránea provocado por la sobreexplotación y a la ausencia de medidas para el uso racional de este recurso no renovable.

Las principales tareas de los estudios hidrogeológicos consisten en determinar:

a) La geometría del acuífero o embalse subterráneo, esto es, volumen, forma, profundidad, así como espesor y superficie de afloramiento. Su conocimiento se consigue mediante la aplicación de técnicas geológicas y geofísicas.

b) Propiedades hídricas, caracterizadas por una serie de parámetros hidráulicos (del flujo en medio saturado), que se basan en diversas propiedades físicas del fluido y del material geológico. Aquí solo se consideran dos de estos parámetros, la porosidad (p) y la conductibilidad hidráulica (K).c) Características geoquímicas, vienen determinadas por la existencia, distribución de los elementos, sustancias químicas disueltas y por la temperatura del agua subterránea. Estas características dependen del origen del agua en el acuífero, geoquímica del medio y propiedades hídricas.

La sobre-explotación del agua subterránea

• Uno de los problemas ambientales de mayor interés está relacionado con la sobreexplotación de las aguas subterráneas ante el creciente aumento de la contaminación en las fuentes de agua superficiales, por lo que los Estudios del Medio Ambiente deben enfatizar en aquellos aspectos relacionados con la utilización y disponibilidad del agua.

• El estudio de los recursos subterráneos de agua en relación con las necesidades de abastecimiento, comprende la consideración de factores hidrogeológicos y características del acuífero. Si el agua subterránea se extrae a una velocidad mayor que la velocidad de recarga natural, aumentará la profundidad del nivel freático y el recurso se sobreexplotará.

• Además, el uso excesivo de agua subterránea en las zonas costeras puede provocar intrusión salina (este problema también puede ocurrir tierra adentro donde existen zonas con agua dulce que tienen por debajo acuíferos salinos). También, debido a la influencia hidráulica, puede ser necesario examinar la relación entre los acuíferos aluviales poco profundos y el caudal de arroyos y ríos superficiales.

Algunas imágenes del manejo del hombre sobre sus cuencas hidrográficas

Calidad del agua y contaminación

• Durante su recorrido por la naturaleza en las distintas fases del ciclo hidrológico, el agua capta muchas sustancias que pueden adquirir en forma de sales a través de la escorrentía, minerales durante la infiltración o sustancias procedentes de gases durante la precipitación.

• En general, se define la contaminación del agua como la presencia de elementos, sustancias o energías en concentraciones (o niveles) no deseadas, en partes del ciclo, de manera que puedan afectar a la salud o bienestar del ser humano o constituir una amenaza a los ecosistemas (disminución de sus usos actuales y/o potenciales).

Calidad del agua y contaminación• La contaminación de las aguas

puede darse:• Debido a las alteraciones que

producen los contaminantes en el receptor hídrico, ya sea superficial o subterráneo.

• Por las actividades que originan la contaminación o las causas que la desencadenan, la cuales se pueden clasificar por actividades económicas:

• Urbana o doméstica.• Industrial (dentro de ésta se puede diferenciar la Energética).• Agropecuaria. • Servicios e Infraestructuras• Radiactiva.

Gracias por su atención