HIDROLOGIA

Es la ciencia que tiene por objeto de estudio la ocurrencia, circulacin, distribucin, propiedades fsico-qumicas y su influencia sobre el medio ambiente, del agua en la Tierra. En la Ingeniera se utiliza principalmente en relacin con el diseo y ejecucin de estructuras hidrulicas.

CUENCA HIDROLGICALa cuenca de drenaje de una corriente, se define como el rea que contribuye al escurrimiento y que proporciona parte o todo el flujo de la corriente principal y sus tributarios.La cuenca est limitada por su parteaguas, que es una lnea imaginaria que divide a las cuencas adyacentes y est formada por los puntos de mayor nivel topogrfico (relativamente), cruzando a las corrientes en los puntos de salida.

En la figura A, se ve que el canal del ro corre a travs de una amplia y relativamente llana planicie de inundacin. Durante el periodo de avenidas, cuando el cauce no tiene cupo para la descarga en aumento, se derrama la corriente sobre sus bordos e inunda esta rea. Se levantan a cada lado de la planicie de inundacin unas paredes de valle como copetes, llamadas parte-aguas, que son las separaciones entre el valle central y los valles laterales.

En la figura B, no est presente la planicie de inundacin, pues las paredes del valle descienden directamente a los bordos del ro, ilustra tambin dos diferentes formas de parte-aguas: uno es amplio y plano, mientras que el otro es estrecho.

TIPOS DE CUENCAS(Dependiendo de la salida de la corriente principal)ENDORREICAS.- El punto de salida de la corriente principal est dentro de los lmites de la cuenca y generalmente es un lago.EXORREICAS.- El punto de salida se encuentra en los lmites de la cuenca y est en otra corriente o en el mar

El escurrimiento del agua en una cuenca, depende de diversos factores, siendo uno de los ms importantes las caractersticas fisiogrficas de la cuenca. Entre estas se pueden mencionar principalmente:rea.Pendiente.Elevacin.Pendiente del cauce principal.Tipo de suelo.Cobertura vegetal.Forma de la cuenca.Red de drenaje.REA DE LA CUENCAEl rea drenada de una cuenca es el rea en proyeccin horizontal encerrada por el parte-aguas. Generalmente esta rea se determina con un planmetro y se expresa en km2.TAMAO DE LAS CUENCAS.- De acuerdo al criterio de Rolando Springall se pueden clasificar en funcin de su rea..rea de la cuenca (km2)Tamao de la cuencaMenos de 25muy pequea25-250pequea250-500intermedia-pequea500-2500intermedia-grande2500-5000grande>5000muy grande

PENDIENTE DE LA CUENCASe puede definir como la representacin de uno de los factores fsicos que explican la relacin del tiempo del flujo sobre el terreno y su influencia directa sobre la magnitud de las avenidas o crecidas. Resume una compleja relacin entre el escurrimiento superficial, la infiltracin, la humedad del suelo y la contribucin del agua subterrnea al flujo de los cauces.Existen diversos criterios para valuar la pendiente de una cuenca.FORMAS DE LAS CUENCAS.- La forma de la cuenca se determina mediante el coeficiente de compacidad definido por M. Gravelius como la razn adimensional entre el permetro de la cuenca y la longitud de una circunferencia de un circulo de rea igual a la de la cuenca expresada en km2.P: Permetro de la cuencaPc: Permetro de un circulo de rea igual a la de la cuencaSi Cc=1.0 indica que la cuenca tiende a ser de forma circular y a medida que su valor se incremente expresar que su forma tiende a ser alargada o asimtrica.

Analizando la faja definida por las lneas medias que pasan entre dos curvas de nivel adyacentes, se tiene que la pendiente de su rea tributaria para una de ellas es igual a:DondeD: Desnivel entre las lneas medias, se puede aceptar que es el desnivel entre curvas de nivel.Si : Pendiente media de la faja referente a esa curva de nivel.Wi: Ancho de la faja, Dondeai = rea de la faja.Li = Longitud de la curva de nivel.

Por lo tanto, la pendiente de la cuenca es el promedio pesado de la pendiente de cada faja en relacin con su rea.Considerando n fajas:DondeAt = rea total de la cuencaD = Desnivel constante entre curvas de nivel.L = Longitud total de las curvas de nivel dentro de la cuenca.

CRITERIO DE HORTONSe requiere una malla de cuadros sobre el plano del rea de la cuenca, procurando orientar uno de los ejes en el sentido de la corriente principal.

Se requiere por lo menos una malla de cuatro cuadros por lado, si la cuenca es de 250 km2 o menor; si es mayor, el nmero de cuadros deber incrementarse, a mayor nmero de stos la precisin es mayor.

Este mtodo consiste en medir la longitud de cada lnea de la malla comprendida dentro de la cuenca (delimitada por el parte-aguas) y se cuentan las intersecciones y tangencias de cada lnea con las curvas de nivel.Las pendientes de la cuenca en cada direccin de la malla son:Donde:D = Desnivel constante entre curvas de nivel.Nx y Ny = Nmero total de intersecciones y tangencias de las lneas de la malla en la direccin x e y respectivamente, con las curvas de nivel.Lx y Ly = Longitudes totales de las lneas de la malla en la direccin x e y respectivamente, comprendidas dentro de la cuenca.

Horton considera que la pendiente media de la cuenca, puede determinarse como:Donde:L = Lx + LyN = Nx + Ny = ngulo promedio entre las lneas de la malla y las curvas de nivel.Horton sugiere usar un valor medio de 1.57 como sec , ya que sera muy laborioso determinar de cada interseccin.

CRITERIO DE NASHSe requiere trazar una malla de cuadrados sobre el mapa topogrfico de la cuenca de modo que se obtengan aproximadamente 100 intersecciones (entre las lneas que forman la malla).

En cada interseccin se mide la distancia mnima, pasando por el punto de interseccin entre dos curvas de nivel que la rodean y la pendiente en ese punto se considera como la relacin entre el desnivel de las curvas de nivel y la mnima distancia medida. As el promedio de todas las pendientes de todas las intersecciones comprendidas dentro de la cuenca, se considera como la pendiente media de la cuenca.

La pendiente se considera nula, cuando una interseccin ocurre entre dos curvas de nivel de la misma cota.

ELEVACIN DE LA CUENCAEl mapa topogrfico de la cuenca se divide en cuadros de igual tamao, considerando que por lo menos 100 intersecciones estn comprendidas dentro la cuenca (mtodo de las intersecciones). La elevacin media est dada por el promedio de las elevaciones de todas las intersecciones.Es conveniente calcular la grfica de distribucin rea-elevaciones de la cuenca, dibujando los porcentajes de rea abajo o arriba de las distintas elevaciones. La curva rea-elevacin (curva hipsomtrica), se puede considerar como el perfil de la cuenca y su pendiente media (en metros por kilmetros cuadrados), es de uso estadstico en comparacin de cuencas.La elevacin media de la cuenca se calcula de la curva rea-elevacin, como la elevacin correspondiente al 50% del rea.

CURVA HIPSOMTRICA Elevaciones en m.100rea (%)10 0302050407080906010501150.

Intervalo de elevacin (m) No. de intersecciones% de rea% de rea acumulada1800-1701121700-1601101600-1501151100-100111TOTAL114

DRENADO DE LA CUENCADentro de la cuenca, es importante observar otras caractersticas como son las trayectorias o el arreglo de los cauces de las corrientes naturales dentro de ella. Es de importancia porque se manifiesta en la eficiencia del sistema de drenaje, en el escurrimiento resultante. As como tambin, la forma de drenaje proporciona indicios de las condiciones del suelo y de la topografa.

Las caractersticas de la red de drenaje pueden describirse principalmente de acuerdo con el orden de las corrientes, longitud de tributarios, densidad de corriente y densidad de drenaje.

CLASIFICACIN DE LAS CORRIENTESDependiendo del tipo de escurrimiento, el cual est relacionado con las caractersticas fsicas y condiciones climticas de la cuenca, todas las corrientes se dividen en tres clases:

CORRIENTE PERENNE: Es aquella que contiene agua todo el tiempo, ya que an en tiempo de sequa es abastecida continuamente, pues el nivel fretico permanece siempre por arriba del fondo del cauce.

CORRIENTE INTERMITENTE: Es aquella que lleva agua la mayor parte del tiempo, pero principalmente en poca de lluvias; su aportacin cesa cuando el nivel fretico desciende por debajo del fondo del cauce.CORRIENTE EFIMERA: Es aquella que slo lleva agua cuando llueve e inmediatamente despus.

ORDEN DE LAS CORRIENTESEs una clasificacin que proporciona el grado de bifurcacin dentro de la cuenca hidrolgica. El procedimiento ms comn para esta clasificacin, es considerar como corrientes de orden uno, aquellas que no tienen ningn tributario; de orden dos a las que slo tienen tributarios de orden uno; de orden tres aquellas corrientes con dos o ms tributarios de orden dos ,etc. As el orden de la corriente principal indicar la extensin de la red de corrientes dentro de la cuenca.Para est clasificacin, se requiere de un plano de la cuenca que incluya tanto corrientes perennes e intermitentes; las efmeras no se toman en cuenta.ESQUEMA DE DEFINICIN PARA EL NMERO DE ORDEN DE LAS CORRIENTES

CAUCE PRINCIPAL: Es el cauce de mayor orden y mayor longitud.

LONGITUD DE LOS TRIBUTARIOSEs una indicacin de la pendiente y el grado de drenaje de la cuenca. Las reas escarpadas y bien drenadas usualmente tienen numerosos tributarios pequeos, mientras que en regiones planas donde los suelos son permeables y profundos; se tienen tributarios largos, que generalmente son perennes.La longitud de las corrientes, en general, se mide a lo largo del eje del valle y no se toman en cuenta sus meandros (curvas).

DENSIDAD DE CORRIENTESe expresa como la relacin entre el No. de corrientes y el rea drenada:DENSIDAD DE DRENAJEProporciona una informacin ms real que la anterior, ya que se expresa como la longitud de las corrientes por unidad de rea, o sea:Donde A = rea total de la cuenca en km2.L = Longitud total de las corrientes perennes e intermitentes en la cuenca en km2.Dd = Densidad de drenaje.

Si la cuenca est bien drenada, la longitud del flujo sobre la tierra es corta, por lo que el escurrimiento superficial se concentra rpidamente y los gastos pico son altos y el gasto mnimo es bajo.En sitios donde, los materiales del suelo son resistentes a la erosin o muy permeables y donde el relieve es bajo, ocurren densidades de drenaje bajas. Los valores altos de la densidad reflejan generalmente reas con suelos fcilmente erosionables o relativamente impermeables, con pendientes fuertes y escasa vegetacin.

PENDIENTE DEL CAUCEEl perfil del cauce se representa llevando en una grfica los valores de sus distancias horizontales, medidas sobre el cauce, contra sus cambios de elevaciones respectivas, los perfiles tpicos de los cauces naturales son cncavos hacia arriba.En general la pendiente de un tramo de ro se considera como el desnivel de los extremos del tramo dividido entre la longitud horizontal de dicho tramo.DondeH = Desnivel entre los extremos del tramo del cauce, en m.L = Longitud horizontal del tramo de cauce, en m.S = Pendiente del tramo de cauce.Conforme disminuya la longitud del tramo por analizar, la definicin anterior se aproxima ms a la pendiente real del cauce.MTODO DE LA LINEA COMPENSADORA.Otra forma de evaluar la pendiente de un cauce, es compensando el perfil con una recta que parta del extremo inferior del cauce y que contenga la misma rea abajo y arriba respecto al perfil del cauce.

MTODO DE LA LNEA COMPENSADORALa pendiente se obtiene mediante la expresin:A1

Otro procedimiento que tiende a ajustarse a la pendiente real, consiste en considerar que el ro est formado por una serie de canales con pendiente uniforme, cuyo tiempo total de recorrido es igual al del ro, fue propuesto por TAYLOR y SCHWARZ. Si se divide el ro en estudio en m tramos iguales de longitud x, se tiene que el tiempo de recorrido ti por tramo i es:EC. ADondeVi = Es la velocidad media del tramo que de acuerdo con CHEZY es:MTODO DE TAYLOR Y SCHWARZ

Observando que se supone = Constante = kY Si es la pendiente del tramo i, sustituyendo en Ec. A, tenemos:Adems, el tiempo total de recorrido es la suma de todos los tiempos parciales ti:DondeK = Constante ; L = Longitud total del tramo de ro en estudio ; S = Pendiente media del tramo de ro en estudio.T = Tiempo total de recorrido.

De las ecuaciones B y C, se tiene que:Y como , sustituyendo:

Elevando al cuadrado ambos miembros:Dondem = No. de segmentos iguales, en los cuales se subdivide el tramo en estudio. S = Pendiente media del tramo en estudio.S1, S2,,Sm = Pendiente de cada segmento.