CapÃ-tulo 7 - Escurrimiento

8/16/2019 CapÃ-tulo 7 - Escurrimiento

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CURSO :

RECURSOS HIDRICOS

(HIDRAULICOS)

DOCENTE :

ING. IVAN ALARCON MANINI


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Capítulo 7 ESCORRENTIA SUPERFICIAL

7.1 Definición

7.2 Factores que Influyen en la Escorrentía Superficial

7.3 Variables que Caracterizan la Escorrentía


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CAPITULO 7 ESCORRENTIA SUPERFICIAL

7.1 Definición

La escorrentía superficial, comprende el exceso de precipitación que

ocurre después de una lluvia intensa y se mueve libremente por la

superficie del terreno.

La escorrentía de una corriente de agua, es aquella que puede ser alimentada tanto por el exceso de precipitación como por las aguas

subterráneas.

7.2 Factores que Influyen en la Escorrentía Superficial

Estos factores pueden ser de naturaleza climática (relacionados con

la precipitación), de naturaleza fisiográfica (ligado a las

características físicas de la hoya) y de naturaleza humana

(relacionados con la intervención humana).


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7.2.1 Factores Climáticos

Intensidad de precipitación.

Cuanto mayor es la intensidad, más rápido el suelo colma su

capacidad de infiltración y se provoca un exceso de precipitación

que escurrirá superficialmente.

Duración de la precipitación

La duración de la precipitación es directamente proporcional a laescorrentía superficial: para lluvias de intensidad constante habrá

mayor oportunidad de escorrentía superficial cuanto mayor haya

sido su duración.

Precipitación antecedente

Una precipitación que ocurre cuando el suelo está húmedo debido a

una lluvia anterior, tendrá mayor facilidad de convertirse en

escorrentía superficial.


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7.2.2 Factores Fisiográficos

Area

La extensión del área está directamente relacionada con la mayor o menor

cantidad de agua de escorrentía superficial que la hoya puede generar.

Permeabilidad

Influye directamente en la capacidad de infiltración. Cuanto más

permeable sea el suelo, mayor será la cantidad de agua que puedeabsorber, disminuyéndose así la ocurrencia de exceso de precipitación.

7.2.3 Factores humanos

Obras hidráulicas construidas en la hoya

Es el caso, por ejemplo, de una presa, que al acumular agua en un

embalse reduce los caudales máximos de la es correntía superficial y

retarda su propagación.


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Rectificación de ríos

Se puede rectificar un río y esto aumenta la velocidad de la

escorrentía superficial en el tramo rectificado.

7.3 Variables que Caracterizan la Escorrentía

7.3.1 Caudal, Q

El caudal, definido como el volumen de escorrentía superficial por

unidad de tiempo,

Q = Volumen / tiempo, Q = Velocidad * Area (de la sección de

control)

Esta, es la principal variable que caracteriza la escorrentía

superficial. Se expresa en m3/s o lt/s.


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Caudal específico (q), Se define como el caudal Q dividido por el

área de drenaje A de la hoya. Se expresa en m3/s/km2 ó lt/s/km2•Sirve como elemento comparativo entre hoyas.

q = Q/ A

Caudales máximos, medios y mínimos, es común tener como datos

que caracterizan a una hoya los caudales máximos, medios y

mínimos en intervalos de tiempo determinados, como hora, día, mes

y año.

7.3.2 Coeficiente de escorrentía superficial, C

Es la relación entre el volumen de agua de escorrentía superficial

total y el volumen total de agua precipitado, en un intervalo detiempo determinado.


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7.3.3 Tiempo de Concentración, tc

Es el tiempo que la lluvia que cae en el punto más distante de la

corriente de agua de una hoya toma para llegar a una sección

determinada de dicha corriente. El tiempo de concentración mide el

tiempo que se necesita para que toda la hoya contribuya conescorrentía superficial en una sección considerada. Se mide en

minutos u horas. Entre los métodos para su cálculo tenemos:

a) Medida directa utilizando trazadores

El cual consiste en colocar trazadores radioactivas en el límite de la

cuenca y durante una lluvia intensa y medir el tiempo que toma el

agua en llegar al punto de interés.

b) Fórmulas empíricas

Entre las más importantes tenemos la fórmula de Kirpich, Hathaway,

formula del U.S. para alcantarillas, etc


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Fórmula de Kirpich

L Longitud del cauce más largo (m)Tc Tiempo de concentración (min)

h Diferencia de elevación (m) entre los limites superior e

inferior de la cuenca.

Fórmula de Hathaway

Tc Tiempo de concentración (minutos)

L Longitud del cauce (pies)

S pendiente media del cauce

N Coeficiente de Manning


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Fórmula del U.S. para Alcantarillas

L Longitud del cauce más largo (km)

Tc Tiempo de concentración (hr)

h Diferencia de elevación (m) entre los limites superior e

inferior de la cuenca.

Tc Tiempo de concentración (hr)

L Longitud del cauce (km)

S Area (km2)

H Desnivel entre el límite superior e inferior (m)


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7.3.4 Período de Retorno (T)

Es el período de tiempo promedio, en años, en que un determinado

evento (en este caso caudal), es igualado o superado por lo menos

una vez. El período de retorno es la inversa de la frecuencia.

7.3.5 Nivel de Agua (h)

Es una de las medidas más fáciles de determinar sobre una

corriente de agua. Se expresa en metros o centímetros y se refiere a

la altura alcanzada por el nivel de agua en relación con un nivel dereferencia, tal como se presenta esquemáticamente en la figura.

Una creciente se define como una elevación normal del nivel de

agua dentro del lecho de la corriente de agua.

Una inundación se define como una elevación no usual del nivel deagua, que provoca desbordamientos y posibles perjuicios.


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Ejemplo 01

Calcular el caudal y el caudal específico que atraviesa una sección de

control “A”, sabiendo que el área de la cuenca es de 5.0 km2 y que el

volumen de escurrimiento es de 1000 m3 en un tiempo de 50 minutos.

Solución

Cálculo del caudal

Q = Volumen / tiempoQ = 1000 m3 / 50 s.

Q = 20 m3/s

Cálculo del caudal específico

q = 20 (m3/s) / 5 km2

q = 4 (m3/s) / km2


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Ejemplo 02

Calcular el coeficiente de escorrentía sabiendo que el caudal de agua

aforado en una sección de control es de 10 m3/s y que la lluvia precipitada,

correspondiente a ese caudal, es de 10 mm/h. El área de la cuenca es de

10 km2 y el intervalo de tiempo es de 1.0 hora.

Solución

Q = 10 m3/s

i = 10 mm/hr

t = 1.0 hr (3600 s)

A = 10 km2

Volumen de escorrentía superficial: Q*t = 10 (m3/s) * 3600 s = 36,000 m3

Volumen precipitado total: i * t * A = 10 (mm/h)*1.0 h*10 km2 = 100,000 m3

C = 36,000 / 100,000 = 0.36


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Ejemplo 03

Calcular el tiempo de concentración de una cuenca empleando la

fórmula para diseño de alcantarillas sabiendo que la longitud del cauce

principal es de 30 km y el desnivel del curso principal es de 500 m.

Solución

Fórmula del U.S. para Alcantarillas

L = 30 km

H = 500 m

Tc = 4.40 hr


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Ejemplo 04

A continuación, se presentan las descargas medias diarias en m3/s esuna estación de medición para un período de cinco días. Se pide:

a) Cuál es el caudal medio para el período en m3/s

b) Cuál es el volumen total durante el período en m3

/sc) Si el área tributaria es de 100,000 km2, cual es la lamina de

escorrentía equivalente en mm

Día 1 2 3 4 5

Caudal (m3/s) 700 4800 3100 2020 1310

Solución

a) Caudal medio = (700+4800+3100+2020+1310)/5Caudal medio = 2,386 m3/s

b) Volumen total = 2,386 m3/s * 86400 s

Volumen total = 206’150,400 m3

c) Lamina equivalente = 206’150,400 m3 / 100,000 km2

Lamina equivalente = 2.06 mm

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