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HIDROLOGIA
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ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL
ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL
Los escurrimientos en una cuenca se dividen de acuerdo al camino que sigue el agua para integrarse a las corrientes, en tres componentes:
1. Superficial 2. Subsuperficial 3. Subterrneo.
ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL El superficial es el que se
manifiesta por encima del terreno natural, en los primeros instantes es laminar hasta cuando se va concentrando en cauces, y sale finalmente de la cuenca. Se le denomina rpido, porque en Hempo es el primer escurrimiento que se manifiesta en la seccin de control de la cuenca.
ESCURRIMIENTO SUBSUPERFICIAL
El subsuperficial es aqul que l u e g o d e i n fi l t r a d a u n a determinada canHdad en el perfil del suelo, en la profundidad d o n d e l a h u m e d a d e s aprovechable por las races, se manifiesta escurriendo en esa primera capa del suelo, y en algunos casos, vuelve a aparecer en superficie, sumndose al superficial. La canHdad depende de las caractersHcas texturales del suelo. Se da preferentemente en zonas con subsuelos rocosos cubiertos por suelo ms franco, y es en este sector donde se produce. El escurrimiento Hene una velocidad de conduccin lento.
ESCURRIMIENTO SUBTERRANEO E l s u b t e r r n e o e s e l
escurrimiento que se da en las capas saturadas del suelo, ya sea en lo que se considera acufero freHco, como en los a c u f e r o s c a u H v o s o profundos. Los primeros aportan a los cauces del ro, en especial en pocas de esHaje, d r e n a n d o l a s c a p a s subterrneas. Por el proceso que Hene el agua desde la precipitacin, infiltracin profunda a las napas, y de s t a s a l c a u c e , e l escurrimiento es muy lento.
FUENTES DEL ESCURRIMIENTO
Para comprender la marcha del agua en el ciclo hidrolgico de una cuenca, se r e c u r r e a l a visualizacin del s i g u i e n t e d i a g r a m a d e bloque:
FACTORES QUE AFECTAN EL ESCURRIMIENTO
La complejidad del proceso de l e s cu r r im i en to s e encuentra influenciado por numerosos factores que varan de un punto a otro dentro de la cuenca:
1. Factores fisiogrficos 2. Factores Csicos 3. Factores climEcos
FACTORES QUE AFECTAN EL ESCURRIMIENTO
Factores fisiogrficos:
a. rea de la cuenca b. Forma de la
cuenca c. Relieve de la
cuenca d. Pendiente de la
cuenca e. Red de drenaje
FACTORES QUE AFECTAN EL ESCURRIMIENTO
Factores Csicos: a. Tipo de suelo b. Permeabilidad c. Homogeneidad d. Composicin e. Geologa, geomorfologa f. Tipo y densidad de
vegetacin g. Profundidad del sistema
radicular h. Estado de crecimiento de la
vegetacin i. CanHdad de rea foliar.
FACTORES QUE AFECTAN EL ESCURRIMIENTO
Factores climatolgicos: CaractersHcas de la
precipitacin: canHdad y distribucin espacial de l a p r e c i p i t a c i n ; intensidad; frecuencia y duracin.
C a r a c t e r s H c a s climHcas: temperatura, humedad, vientos, entre otros.
Evapotraspiracin.
VARIABLES QUE CARACTERIZAN LA ESCORRENTA SUPERFICIAL
Cauda l (Q ) : Vo l umen de escorren[a superficial por unidad de Hempo
Q=V/t, es la principal variable y se expresa en m3/s, pies3/s l/s.
Caudal especfico (q): Es el caudal dividido por el rea de drenaje dela hoya y se expresa como m3/s/km2 l/s/km2 .
Caudales mximos, medios y mnimos.
Son los caudales mximos, medios y mnimos histricos que se presentan en una corriente.
Tiempo de concentracin (tc): Es el Hempo que transcurre desde que la lluvia cae en el punto ms distante de la corriente de una ho ya , h a s t a una s e c c i n determinada de dicha corriente. Mide el Hempo que se necesita para que toda la hoya contribuya con la escorren[a superficial en una seccin considerada. Se mide en minutos u horas.
Perodo de retorno (T): Es el perodo de Hempo promedio, en aos, en que un determinado evento (en este caso caudal), es igualado o superado por lo menos una vez.
VARIABLES QUE CARACTERIZAN LA ESCORRENTA SUPERFICIAL
Niveles de agua (h) : Se refiere a la a l tura alcanzada por el nivel de agua en el cauce en relacin con un nivel de referencia. Es una de las medidas ms fciles de determinar sobre una corriente y se expresa e n m e t r o s o cen[metros.
Instrumentacin de medida de niveles
El Limnmetro
El Limngrafo
DETERMINACIN DE CAUDALES
Si consideramos la figura N 1 y pretendemos encontrar el gasto que llega al punto "a", bajo la lluvia mxima que se presenta con una frecuencia de te rminada , ap rec i a remos lo siguiente:
Durante los primeros minutos de la lluvia, la intensidad de sta es muy alta, pero como el Hempo es corto, no se ha alcanzado a drenar toda la cuenca, por lo que el gasto que pasa por el punto a no es muy grande.
A medida que transcurre el Hempo, la cuenca comienza a aportar ms agua por efecto de que es mayor el rea que se drena, pero por otro lado la intensidad de la lluvia va disminuyendo poco a poco.
DETERMINACIN DE CAUDALES Si graficamos el gasto que
pasa por el punto a en funcin del Hempo de duracin de la l luvia, obtendremos una figura de la siguiente naturaleza:
E l H e m p o T 1 , correspondiente al gasto mximo y es el Hempo mnimo en el cual se drena toda la cuenca. Valor que coincide con el Hempo de concentracin tc.
MTODOS QUE RELACIONAN LA PRECIPITACIN CON EL ESCURRIMIENTO
MTODO DE CORRELACIN SIMPLE
Uno de los mtodos ms simples y comunes en la hidrologa est basado en la suposicin de que dos variables se relacionan en forma lineal. En general, el objeHvo de un modelo de esta naturaleza es poder esHmar el valor de una variable, que se denomina variable dependiente, a parHr de la otra, que se llama variable independiente.
Si denominamos a X (variable independiente) como la precipitacin y a Y (variable dependiente) como el escurrimiento, se desea saber si un modelo de la forma:
+X
= (x/y) Coeficiente de correlacin Donde x y y son las desviaciones
estndares de X y Y
EJERCICIO
Datos de la estacin Altamirano:
AO y= Escurrimiento anual (m) X= Lluvia anual (m)
1966 0,557 1,637
67 0,436 1,665
68 0,562 1,884
69 0,776 2,018
70 0,600 1,536
71 0,391 1,349
72 0,359 1,327
73 0,567 1,555
74 0,635 1,405
75 0,495 1,335
76 0,580 1,391
1977 0,325 1,133
MTODO RACIONAL Tiene las siguientes frmulas: = Donde: Q= Es el caudal mximo probable de escurrimiento
superficial y se expresa en m3/s C= Es el coeficiente de escurrimiento, es adimensional. I= Es la intensidad mxima de precipitacin en un
perodo equivalente al Hempo de concentracin y se expresa en mm/hora.
A= Es el rea de la cuenca zona de aferencia y se expresa en hectreas kilmetros cuadrados.
MTODO RACIONAL Clculo del Eempo de concentracin (Tc): Frmula de Kirpich =0,01950,77 Donde: = / = / Tc= Es el Hempo de concentracin, en minutos L= Es la longitud mxima de recorrido del agua, en metros. H= Es la diferencia de altura entre el punto ms remoto y el
punto de salida del agua, en metros. S= es la pendiente del cauce principal, en metro sobre
metro.
MTODO RACIONAL
Clculo del Eempo de concentracin (Tc): Frmula de Guaire: T=0.355(/) Donde: Tc= Es el Hempo de concentracin en horas. L= Es la longitud del cauce principal en kilmetros. H= Es la diferencia de cotas de los puntos extremos en
metros. S= Es la pendiente media de la cuenca en m/Km. A= Es el rea de la cuenca en kilmetros cuadrados.
MTODO RACIONAL
Clculo del Eempo de concentracin (Tc): Mtodo del Bureau of ReclamaHon (EE.UU) =(0,8863/)0,385 Donde: Tc= Es el Hempo de concentracin en horas. L= Es la longitud del cauce principal en kilmetros.
H= Es el desnivel en metros.
MTODO RACIONAL Clculo de la Intensidad mxima de la lluvia (I) Determinado el Hempo de concentracin Tc, para la cuenca de
drenaje y seleccionada la frecuencia perodo de retorno Tr, la intensidad mxima de la lluvia se obHene mediante la uHlizacin de las curvas de intensidad frecuencia duracin.
Tambin las curvas IDF pueden expresarse como ecuaciones de la forma siguiente:
Donde: I= Es la intensidad mxima de la lluvia en mm/hora. Tr= Es el perodo de retorno en aos. Tc= Es el Hempo de concentracin en minutos a,b,c, d y n, constantes parHculares de estacin, son
adimensionales.
Ejercicio N 1 Calcular el caudal para el diseo de un dique urbano de proteccin contra
inundaciones, a parHr de la siguiente informacin del rea: Longitud del cauce: 390 m Pendiente: 51,7 m/Km. Perodo de retorno de 100aos La ecuacin de las curvas IDF:
= 1,5(+90)1,25/(+18)1.19 reas C rea (Km2)
1 O,30 0.284
2 0,175 0,389
3 0,60 0,171
Ejercicio N 2 Calcular el caudal mximo y el rea hidrulica del box culvert ; para un perodo de
retorno de 10 aos, en la cuenca del arroyo Venado, en el siHo justamente antes de cruzar la carretera Cinaga de Oro La Y . El arroyo Hene una longitud de 750 m y la diferencia de elevacin entre el punto ms remoto y el cruce de la carretera es de 20 m.
UHlice la siguiente ecuacin de la estacin climatolgica El salado localizada en el
municipio de Cinaga de Oro para calcular la intensidad mxima: = 11(+100)1,2/(+20)1.1
El rea de drenaje es de 60 Ha., distribuidas en la siguiente forma: Cobertura vegetal rea (Ha.) Pendiente % Textura del suelo Bosque 25 5 - 10 Arcillo pesado
PasHzales 15 5 -10 Arcillo limoso
CulHvos 20 0 - 5 Limo arenoso