Hidrografia (Clase) Calculos

1

Hidrografa

Concepto de Hidrologa

La Hidrologa es la ciencia natural que

estudia al agua, su ocurrencia, circulacin

y distribucin en la superficie terrestre,

sus propiedades qumicas y fsicas y su

relacin con el medio ambiente,

incluyendo a los seres vivos.

2

El Ciclo Hidrolgico

Conjunto de cambios que experimenta el agua en la naturaleza, tanto en su estado (slido, lquido, gaseoso), como en su forma (agua superficial, agua subterrnea, etc.) Vara en el espacio

Vara en el tiempo

No tiene ni principio, ni fin

La Hidrologa solamente estudia la fase en la que la precipitacin toca tierra hasta el retorno del agua a la atmsfera.

La fase atmosfrica corresponde a la Meteorologa y el agua en los ocanos a la Oceanografa.

Irregular

3

4

Ciclo Hidrolgico

Importancia de la Hidrologa

Determinar caudales de una fuente (ro, nacimiento, pozo) para: abastecimiento de agua

potable a una poblacin

abastecimiento de agua a una industria

satisfacer la demanda de un proyecto de irrigacin

satisfacer la demanda de un proyecto de generacin de energa elctrica

permitir la navegacin

5


Disear obras como: alcantarillas

puentes

estructuras para el control de avenidas

presas

vertedores

sistemas de drenaje agrcola

poblaciones

carreteras

Aeropuertos

Se disean para un evento determinado: precipitacin-escorrenta

6


Fuente de informacin

para otras herramientas

SIG

Modelos erosin

Modelos hidrulicos

Modelos de evaluacin

de tierras

7

8

Qu es la hidrografa?

Es el estudio de la hidrosfera.

La hidrosfera es la esfera de la Tierra cubierta por las aguas. Por lo tanto,

estudia los ros, los lagos, las aguas subterrneas y los ocanos.

9

Hidrologa

Hidrografa

Oceanografa

Ros Lagos Aguas Subterrneas

Ocanos

10

Ro: escurrimiento permanente y superficial de agua.

Que alimenta sus aguas de

las lluvias: rgimen pluvial.

la fusin de las nieves: rgimen nival.

de ambos procesos: rgimen mixto.

11

Caractersticas fsicas de un ro

1. Cuenca hidrogrfica.

2. Caudal, gasto o descarga.

3. Lecho del ro o caja.

4. Cursos de un ro.

5. Tipos de cuencas.

18

Tipos de escurrimiento:

1. Arreica: son cuencas cerradas, en las que no hay escurrimiento de aguas superficiales.

2. Endorreico: son cuencas donde el escurrimiento de las aguas no desembocan en el mar, debido a que se van perdiendo en su transcurso antes de alcanzar la costa, ya sea por evaporacin o infiltracin.

3. Exorreico: son cuencas donde existe escurrimiento superficial de las aguas, desembocando stas en el mar, ya que sus cursos de agua son permanentes durante todo el ao.

19

Rgimen de alimentacin:

1. Pluvial: son los ros alimentados fundamentalmente por las aguas lluvia.

2. Nival: son los ros

alimentados por los deshielos en la cordillera, preferentemente.

3. Mixta (Pluvionival): son los ros

alimentados en forma mixta, tanto por lluvia como por nieve, pero ms por aguas lluvia que por nieve.

4. Mixta (Nivopluvial): son los ros

alimentados en forma mixta, tanto por lluvia como por nieve, pero ms por nieve que por lluvias.

5. Glacial: Son ros alimentados por hielos eternos o glaciares, tpicos del extremo sur de Chile.

Definicin de Cuenca Hidrogrfica Es el rea de terreno donde todas las aguas cadas por precipitacin, se

unen para formar un solo curso de agua

Unidad natural definida por la existencia de la divisoria de las aguas en un territorio dado

Las cuencas hidrogrficas son unidades morfolgicas superficiales Divisoria geogrfica principal= Parteaguas

Divisorias geogrficas secundarias= Forman las subcuencas

20

Definicin de Cuenca Hidrolgica

La definicin de cuenca hidrolgica es ms integral que la de cuenca hidrogrfica

Las cuencas hidrolgicas son unidades morfolgicas integrales y adems de incluir todo el concepto de cuenca hidrogrfica, abarcan en su contenido, toda la estructura hidrogeolgica subterrnea del acufero como un todo.

21

Divisin de la cuenca como unidad de gestin

Subcuenca: es toda rea que desarrolla su drenaje directamente al curso principal de la cuenca. Varias subcuencas pueden conformar

una cuenca.

Microcuenca: es toda rea que desarrolla su drenaje directamente a la corriente principal de una subcuenca. Varias microcuencas pueden

conformar una subcuenca.

Quebradas: es toda rea que desarrolla su drenaje directamente a la corriente principal de una microcuenca. Varias quebradas pueden conformar

una microcuenca.

22

Tipos de ros Perennes

Estos ros estn formados por cursos de agua localizados en

regiones de lluvias abundantes con escasas fluctuaciones a lo

largo del ao. Sin embargo, incluso en las reas donde llueve

muy poco pueden existir ros con caudal permanente si

existe una alimentacin fretica (es decir, de aguas

subterrneas) suficiente. La mayora de los ros pueden

experimentar cambios estacionales y diarios en su caudal,

debido a las fluctuaciones de las caractersticas de la

cobertura vegetal, de las precipitaciones y de otras

variaciones del tiempo atmosfrico como la nubosidad,

insolacin, evaporacin o ms bien, evapotranspiracin, etc.

23

Tipos de ros

Estacionales (intermitentes)

Estos ros y ramblas son de zonas con clima tipo

mediterrneo, en donde hay estaciones muy diferenciadas,

con inviernos hmedos y veranos secos o viceversa. Suelen

darse ms en zonas de montaa que en las zonas de llanura.

24

Tipos de ros Transitorios (efmeros)

Son los ros de zonas con clima desrtico o seco, de caudal

que a veces, en los cuales se puede estar sin precipitaciones

durante aos. Esto es debido a la poca frecuencia de las

tormentas en zonas de clima de desierto. Pero cuando existen

descargas de tormenta, que muchas veces son torrenciales,

los ros surgen rpidamente y a gran velocidad. Reciben el

nombre de wadis o uadis, a los cauces casi siempre secos de

las zonas desrticas, que pueden llegar a

tener crecidas violentas y muy breves.

Alctonos

Son ros, generalmente de zonas ridas, cuyas aguas

proceden de otras regiones ms lluviosas. 25

ESCURRIMIENTO

1. Concepto (Chow, 1964:14-214-3)

El escurrimiento es la parte de la precipitacin que

aparece en las corrientes fluviales superficiales,

perennes, intermitentes o efmeras, y que regresa al

mar o a los cuerpos de agua interiores. Dicho de otra

manera, es el deslizamiento virgen del agua, que no ha

sido afectado por obras artificiales hechas por el

hombre. De acuerdo con las partes de la superficie

terrestre en las que se realiza el escurrimiento, ste se

puede dividir (ver figura V.1) en: 26

Figura V.1. Diagrama del escurrimiento. 27

ESCURRIMIENTO

Escurrimiento superficial o escorrenta. Es la parte del agua

que escurre sobre el suelo y despus por los cauces de los ros.

Escurrimiento subsuperficial. Es la parte del agua que se

desliza a travs de los horizontes superiores del suelo hacia las

corrientes. Una parte de este tipo de escurrimiento entra

rpidamente a formar parte de las corrientes superficiales y a la

otra le toma bastante tiempo el unirse a ellas.

Escurrimiento subterrneo. Es aqul que, debido a una

profunda percolacin del agua infiltrada en el suelo, se lleva a

cabo en los mantos subterrneos y que, posteriormente, por lo

general, descarga a las corrientes fluviales. 28

ESCURRIMIENTO

A la parte de la precipitacin que contribuye directamente al

escurrimiento superficial se le llama precipitacin en exceso.

El escurrimiento subterrneo y la parte retardada del

escurrimiento subsuperficial constituyen el escurrimiento base

de los ros.

La parte de agua de escurrimiento que entra rpidamente en el

cauce de las corrientes es a lo que se llama escurrimiento

directo y es igual a la suma del escurrimiento subsuperficial

ms la precipitacin que cae directamente en los cauces.

29

Ciclo del escurrimiento William G. Hoyt (1942, chap. XI-D) describe el ciclo del escurrimiento en

cinco fases:

Primera fase

1. Comprende la poca seca en la que la precipitacin es escasa o

nula.

2. La corriente de los ros es alimentada por los mantos de agua

subterrnea.

3. La evapotranspiracin es bastante intensa, y si esta fase no

fuera interrumpida, llegaran a secarse las corrientes.

4. En regiones de clima fro, donde la precipitacin es en forma de

nieve, si la temperatura permite el deshielo, habr agua

disponible para mantener las corrientes fluviales,

interrumpindose as la primera fase e inicindose la segunda. 30

Ciclo del escurrimiento Segunda fase

1. Caen las primeras precipitaciones cuya misin principal es la de

satisfacer la humedad del suelo.

2. Las corrientes superficiales, si no se han secado, siguen siendo

alimentadas por el escurrimiento subterrneo.

3. Si se presenta escurrimiento superficial, ste es mnimo.

4. La evapotranspiracin se reduce.

5. Cuando existe nieve, sta absorbe parte de la lluvia cada y su

efecto de almacenamiento alargar este segundo perodo.

6. A travs del suelo congelado puede infiltrarse el agua

precipitada si su contenido de humedad es bajo.

31

Ciclo del escurrimiento Tercera fase

1. Comprende el perodo hmedo en una etapa ms

avanzada.

2. El agua de infiltracin satura la capa del suelo y pasa, por

gravedad, a aumentar las reservas de agua subterrnea.

3. Se presenta el escurrimiento superficial, que puede o no

llegar a los cauces de las corrientes, lo cual depende de las

caractersticas del suelo sobre el que el agua se desliza.

4. Si el cauce de las corrientes an permanece seco, el

aumento del manto fretico puede ser, en esta fase,

suficiente para descargar en los cauces. 32

Ciclo del escurrimiento Tercera fase (continuacin)

5. Si la corriente de agua sufre un aumento considerable, en lugar

de que sea alimentada por el almacenamiento subterrneo

(corriente efluente), la corriente contribuir al incremento de

dicho almacenamiento (corriente influente; Figura V.2).

33

Ciclo del escurrimiento Tercera fase (continuacin)

6. La evapotranspiracin es lenta.

7. En caso de que exista nieve y su capacidad para retener la

lluvia haya quedado satisfecha, la lluvia cada se

convertir directamente en escurrimiento superficial.

8. Si el suelo permanece congelado, retardar la infiltracin,

lo que favorecer al escurrimiento, pero en cuanto se

descongele, el escurrimiento superficial disminuir y

aumentar el almacenamiento subterrneo.

34

Ciclo del escurrimiento Cuarta fase

1. Contina el perodo hmedo.

2. La lluvia ha satisfecho todo tipo de almacenamiento

hidrolgico.

3. En algunos casos el escurrimiento subsuperficial llega a

las corrientes tan rpido como el escurrimiento superficial.

4. El manto fretico aumenta constantemente y puede llegar

a alcanzar la superficie del suelo, o bien la velocidad de

descarga hacia las corrientes puede llegar a ser igual a la

de recarga.

5. Los efectos de la nieve y el hielo son semejantes a los de

la tercera fase. 35

Ciclo del escurrimiento Quinta fase

1. El perodo de lluvia cesa.

2. Las corrientes de agua se abastecen del escurrimiento

subsuperficial, del subterrneo y del almacenamiento

efectuado por el propio cauce.

3. La evapotranspiracin empieza a incrementarse.

4. En caso de existir nieve, cuando la temperatura est bajo

0 C, produce la prolongacin de esta fase.

5. Esta fase termina cuando las reservas de agua quedan de

tal manera reducidas que se presentan las caractersticas

de la primera fase. 36

Factores que afectan al escurrimiento

Los factores que afectan al escurrimiento se

refieren a las caractersticas del terreno

(cuencas hidrogrficas), y se dividen en dos

grandes grupos:

los climticos y

los relacionados con la fisiografa.

37


Factores climticos

Son aqullos que determinan, de la cantidad de agua

precipitada, la destinada al escurrimiento.

1. Precipitacin.

Es el elemento climtico de ms importancia para el

escurrimiento, debido a que depende de ella. Interesan

varios aspectos de este elemento para el conocimiento

del escurrimiento.

38


a) Forma de precipitacin. Si la precipitacin es en forma

lquida, el escurrimiento se presenta con relativa rapidez; si

es en forma slida no hay ningn efecto, a menos que la

temperatura permita la rpida licuefaccin.

b) Intensidad de la precipitacin. Cuando la precipitacin es

suficiente para exceder la capacidad de infiltracin del suelo,

se presenta el escurrimiento superficial y cualquier aumento

en la intensidad repercute rpidamente en dicho

escurrimiento.

c) Duracin de la precipitacin. Entre ms dure la precipitacin

mayor ser el escurrimiento, independientemente de su

intensidad. Una lluvia prolongada, aun cuando no sea muy

intensa, puede causar gran escurrimiento superficial, ya que

con la lluvia decrece la capacidad de infiltracin. 39

Factores que afectan al escurrimiento d) Distribucin de la precipitacin en el espacio. Generalmente

la lluvia nunca abarca toda la superficie de la cuenca; para

cuencas pequeas, los mayores escurrimientos superficiales

resultan de tormentas que abarcan reas pequeas, y para

cuencas grandes, resultan de aguaceros poco intensos que

cubren una mayor superficie.

e) Direccin del movimiento de la precipitacin. La direccin

del centro de la perturbacin atmosfrica que causa la

precipitacin tiene influencia en la lmina y duracin del

escurrimiento superficial. Si la tormenta se mueve dentro del

rea de la cuenca, el escurrimiento ser mayor que si

nicamente la atraviesa. Por otro lado, si el temporal avanza

en sentido contrario al drenaje, el escurrimiento ser ms

uniforme y moderado que si se mueve en el sentido de la

corriente. 40

Factores que afectan al escurrimiento f) Precipitacin antecedente y humedad del suelo. Cuando el

suelo posee un alto contenido de humedad, la capacidad de

infiltracin es baja y se facilita el escurrimiento.

2. Otras condiciones del clima.

Adems de la precipitacin existen otros elementos que se

deben tomar en cuenta, pues aunque indirectamente, tambin

afectan al escurrimiento; entre ellos la temperatura, el viento,

la presin y la humedad relativa.

41

Factores que afectan al escurrimiento Factores fisiogrficos

Se relacionan por una parte con la forma y caractersticas

fsicas del terreno y por la otra con los canales que forman el

sistema fluvial.

A. Factores morfomtricos. Son aquellas particularidades de

las formas terrestres que influyen en el agua de la lluvia al

caer a la superficie, por la velocidad que adquiere, por los

efectos que produce y por el tiempo que tarda en llegar al

punto de desage.

B. Factores fsicos. Se refieren a las caractersticas fsicas del

terreno con su estructura y utilizacin.

C. Red de drenaje. Se refiere a las caractersticas de los

canales que comprenden el sistema fluvial de la cuenca.

Refleja las condiciones del terreno sobre el que se

desarrolla. 42


Factores morfomtricos

a) Superficie. La superficie de las cuencas hidrogrficas est

limitada por la divisoria topogrfica o parteaguas que

determina el rea de la cual se derive el escurrimiento

superficial. Las cuencas pequeas se comportan de manera

distinta a las cuencas grandes en lo que se refiere al

escurrimiento. No existe una extensin definida para

diferenciar a las cuencas pequeas de las grandes, sin

embargo, hay ciertas caractersticas que distinguen a unas

de otras. Las cuencas pequeas son ms sensibles al uso del

suelo y a las precipitaciones de gran intensidad que abarcan

zonas de poca extensin. En las cuencas grandes es muy

importante el efecto de almacenamiento en los cauces de las

corrientes. 43



b) Forma. Interviene principalmente en la manera como se

presenta el volumen de agua escurrido a la salida de la

cuenca. Generalmente los volmenes escurridos en cuencas

alargadas son ms uniformes a lo largo del tiempo, en

cambio, en cuencas compactas el agua tarda menos en llegar

a la salida, en donde se concentra en un tiempo relativamente

corto. Existen ndices que expresan la forma de las cuencas

hidrogrficas, y se obtienen a partir de la superficie y

medidas lineales de la cuenca, como el ndice de compacidad

(K) de Gravelius, que relaciona el permetro de la cuenca (P)

con el de la circunferencia de un crculo de igual rea a la de

la cuenca (A): 44



El valor mnimo que se puede obtener es 1 y cuanto mayor sea el ndice, ms

alargada ser la cuenca.

Otro ndice para conocer la forma de la cuenca es el factor de forma

donde:

A, area total

Ff , factor de forma,

am , anchura media de la cuenca,

ea, eje axial. 45

A

P0.28

2

A

PK

a

mf

e

aF

a

me

Aa



c) Pendiente. La pendiente del terreno est relacionada con la

infiltracin, con el escurrimiento superficial, con la

contribucin del agua subterrnea a la corriente y con la

duracin del escurrimiento. Existe un mtodo (Wisler y

Brater, 1959:45-46; 44) para obtener la pendiente media de

una cuenca:

donde:

P, pendiente media de la cuenca,

D, intervalo entre las curvas de nivel,

L, longitud total de las curvas de nivel,

A, rea de la cuenca. 46

A

DLP



d) Orientacin. La orientacin de la cuenca y la de sus

vertientes se relaciona con el tipo de precipitacin, los

vientos predominantes y la insolacin.

e) Altitud. Influye principalmente en la temperatura y en la

forma de precipitacin. Un mtodo para calcular este factor

es el siguiente:

donde:

h, altitud media de la cuenca,

s, superficie entre dos curvas de nivel,

e, altitud media de la franja de terreno comprendida entre dos curvas de

nivel,

S, superficie total de la cuenca. 47

S

seh


Factores fsicos

a) Uso y cubierta del suelo. Cuando el terreno es virgen y est

cubierto por vegetacin, especialmente de bosques,

contribuye a la estabilizacin de los regmenes de las

corrientes; cuando es deforestado el agua corre rpidamente

por la superficie. Por otra parte, tambin son importantes las

obras que se efectan en los mismos cauces de las corrientes,

por ejemplo la construccin de una presa puede producir una

sobreelevacin del nivel del agua en el tramo anterior al

embalse, esto genera un aumento en el nivel del cauce por el

depsito de acarreo (azolve), lo cual influye aguas arriba de

la corriente; adems, afecta el perfil de las capas freticas.

48

Factores que afectan al escurrimiento Factores fsicos

b) Tipo de suelo. Se refiere a la capacidad de infiltracin del

suelo. Entre ms poroso sea y menor contenido de material

coloidal posea, tendr una mayor capacidad de infiltracin,

lo cual retardar la aparicin del escurrimiento superficial.

c) Geologa. Condiciona al escurrimiento en cuanto a la

permeabilidad e impermeabilidad de las estructuras que

forman el terreno. Cuando el terreno es permeable, el

sistema fluvial, durante la poca de estiaje, se encuentra bien

abastecido por el escurrimiento subterrneo. Cuando el

terreno es impermeable, el volumen de escurrimiento se

concentra ms pronto en el punto de desage y en la poca

de estiaje el nivel de la corriente disminuye

considerablemente o bien desaparece. 49


Factores fsicos

d) Topografa. A este respecto son importantes las

ondulaciones del terreno y los lmites superficiales de la

cuenca hidrogrfica. Las ondulaciones pueden ser la causa

de la presencia de depresiones en donde se acumula el agua,

disminuyendo la cantidad destinada al escurrimiento. En

relacin con la divisoria topogrfica, puede ser que haya

disparidad entre sta y la fretica, de manera que parte del

escurrimiento subterrneo contribuya al escurrimiento de la

cuenca vecina atravesando el lmite topogrfico o bien que

reciba parte del escurrimiento subterrneo de esa cuenca

vecina.

50


Red de Drenaje

a) Densidad hidrogrfica. Es la relacin de la cantidad de

corrientes que existen en la cuenca entre la superficie de

sta. Uno de los mtodos para ordenar y contar el nmero de

canales es el de Strahler (1964), que considera canales de

primer orden a las corrientes formadoras. Cuando se unen

dos canales de primer orden, forman otro de segundo orden,

cuando se unen dos canales de segundo orden, forman otro

de tercer orden y as sucesivamente (Figura V.5).

51

Figura V.5. Mtodo para designar el orden de las corrientes de un ro.

52


Red de Drenaje

b) Densidad de drenaje. Resulta de dividir la longitud total de

las corrientes de agua entre la superficie de la cuenca. Entre

mayor sea este ndice, ms desarrollada estar la red de

drenaje.

c) Otras caractersticas relacionadas con la red de drenaje son

las que se refieren a la capacidad de almacenamiento de las

corrientes y a la capacidad de transporte de las mismas.

56

Caudales Mximos I

Introduccin Importancia del anlisis de caudales mximos:

Diseo: Sistemas de drenaje

Agrcolas

Aeropuertos

Ciudades

Carreteras

Muros de encauzamiento para proteger ciudades y plantaciones

Alcantarillas

Vertedores de excesos

Luz en puentes

Magnitud del Q de diseo depende de: Importancia y costo de la obra

Vida til de la obra

Consecuencias de la falla de la obra (daos a infraestructura, vidas humanas, etc).

Estos factores determinarn el perodo de retorno que se asuma para el diseo.

Captulo 6

Perodo de retorno de una avenida Perodo de retorno (T) para un caudal de diseo

Se define, como el intervalo de tiempo dentro del cual un evento de magnitud Q, puede ser igualado o excedido por lo menos una vez en promedio.

Si un evento igual o mayor a Q, ocurre una vez en T aos, su probabilidad de ocurrencia P, es igual a 1 en T casos, es decir:

La definicin anterior permite el siguiente desglose de relaciones de probabilidades:

La probabilidad de que Q ocurra en cualquier ao:

La probabilidad de que Q no ocurra en cualquier ao; es decir, la probabilidad de ocurrencia de un caudal < Q:

Captulo 6

Perodo de retorno de una avenida

Si se supone que la no ocurrencia de un evento en un ao cualquiera, es independiente de la no ocurrencia del mismo, en los aos anteriores y posteriores, entonces la probabilidad de que el evento no ocurra en n aos sucesivos es:

La probabilidad de que el evento, ocurra al menos una vez en n aos sucesivos, es conocida como riesgo o falla R, y se representa por:

Con el parmetro riesgo, es posible determinar cules son las implicaciones, de seleccionar un perodo de retorno dado de una obra, que tiene una vida til de n aos.


Ejercicio 1

Determinar el riesgo o falla de una obra que

tiene una vida til de 15 aos, si se disea

para un perodo de retorno de 10 aos.


Ejercicio 1: Solucin

Para el ejemplo: T = 10 y n = 15

Sustituyendo en la ecuacin de riesgo:

Si el riesgo es de 79.41%, se tiene una

probabilidad del 79.41% de que la obra falle

durante su vida til.

Perodos de retorno de diseo

recomendados

Esta tabla es para estructuras menores.

En la medida que se pueda se debe aplicar la frmula para conocer el riesgo o bien fijar un umbral de riesgo, para determinar el perodo de retorno.

Mtodos de estimacin de avenidas

mximas: Mtodo directo

Mtodo de seccin y pendiente:

Se estima despus del paso de una avenida

recolectando datos en el campo.

Seleccin de un tramo del ro representativo, suficientemente

profundo, que contenga al nivel de las aguas mximas.

Levantamiento de secciones transversales en cada extremo del

tramo elegido, y determinar:


mximas: Mtodo directo

Determinar la pendiente S, de la superficie libre de agua con las huellas de la avenida mxima en anlisis.

Elegir el coeficiente de rugosidad n de Manning de acuerdo a las condiciones fsicas del cauce (ver tabla). (USGS, Barnes)

En el sitio WEB del curso se muestran algunas fotos de rugosidades para canales naturales.

Aplicar la frmula de Manning

Formula de Manning


mximas: Mtodo directo Coeficiente de rugosidad


mximas: Mtodos empricos Mtodo racional

Tiene una antigedad de ms de 100 aos, se ha generalizado en todo el mundo.

El mtodo puede ser aplicado a pequeas cuencas de drenaje agrcola, aproximadamente si no exceden a 1300 has 13 km2.

La mxima escorrenta ocasionada por una lluvia, se produce cuando la duracin de sta es igual al tiempo de concentracin (tc). Toda la cuenca contribuye con el caudal en el punto de salida.

Si la duracin es mayor que el tc Contribuye toda la cuenca con el caudal en el punto de salida.

La intensidad de la lluvia es menor, por ser mayor su duracin y, por tanto, tambin es menor el caudal.

Si la duracin de la lluvia es menor que el tc la intensidad de la lluvia es mayor, pero en el momento en el que acaba la lluvia El agua cada en los puntos mas alejados an no ha llegado a la salida

Slo contribuye una parte de la cuenca a la escorrenta, por lo que el caudal ser menor.


mximas: Mtodos empricos Mtodo racional

El caudal mximo se calcula por medio de la siguiente expresin, que representa la frmula racional:

El 1/360 corresponde a la transformacin de

unidades

Mtodo Racional:

Tiempo de concentracin (tc)

El tiempo de concentracin debe incluir los

escurrimientos sobre terrenos, canales, cunetas y

los recorridos sobre la misma estructura que se

disea.

Todas aquellas caractersticas de la cuenca

tributaria, tales como dimensiones, pendientes,

vegetacin, y otras en menor grado, hacen variar

el tiempo de concentracin.


Mtodos de clculo Medida directa usando trazadores

Colocar trazadores radiactivos durante tormentas intensas

Medir el tiempo que tarda el agua en llegar al sitio de aforo

Usando caractersticas hidrulicas de la cuenca Dividir la corriente en tramos segn sus caractersticas

hidrulicas

Obtener la capacidad mxima de descarga de cada tramo utilizando el mtodo de seccin y pendiente.

Calcular la velocidad media correspondiente a la descarga mxima de cada tramo.

Usar la velocidad media y la longitud del tramo para calcular el tiempo de recorrido de cada tramo.

Sumar los tiempos recorridos para obtener tc .


Mtodos de clculo Estimando velocidades

Calcular la pendiente media del curso principal, dividiendo el desnivel

total entre la longitud total.

De la tabla, escoger el valor de la velocidad media en funcin a la

pendiente y cobertura.

Usando la velocidad media y la longitud total encontrar tc .


Mtodos de clculo Usando frmulas empricas

Frmula de Kirpich


Mtodos de clculo Usando frmulas empricas

Frmula Australiana y Jorge Rivero (revisarlas Uds.)

Frmula de SCS (Soil Conservation Service actualmente NRCS

Natural Resource Conservation Service)

Cuencas menores a 10 km2

Mtodo de Clculo: Intensidad de lluvia

Este valor se determina a partir de la curva intensidad duracin perodo de retorno

Entrando con una duracin igual al tiempo de concentracin y con un perodo de retorno de 10 aos, que es lo frecuente en terrenos agrcolas.

El perodo de retorno se elige dependiendo del tipo de estructura a disear.

Mtodo de Clculo: SCS

Coeficiente de Escorrenta

La escorrenta directa representa una fraccin de la precipitacin total.

A esa fraccin se le denomina coeficiente de escorrenta, que no tiene dimensiones y se representa por la letra C.

El valor de C depende de factores topogrficos, edafolgicos, cobertura vegetal, etc.

Cuando la cuenca se compone de superficies de distintas caractersticas, el valor de C se obtiene como una media ponderada, es decir:

Mtodo de Clculo: SCS

Coeficiente de Escorrenta

Ejemplo 2

Determinar caudal de diseo:

Se desea construir un canal revestido en Turrialba, que sirva para evacuar las aguas pluviales.

Determinar el caudal de diseo de la estructura para un perodo de retorno de 10 aos.

Se adjuntan los siguientes datos: Superficie total = 200000 m2

Superficie ocupada por edificios = 39817 m2

Superficie ocupada por parqueo y calle asfaltada = 30000 m2

Considerar que la textura del suelo es media, que el 80% de la superficie sin construir est cubierto por zacate, y el 20% es terreno cultivado.

La longitud mxima de recorrido de agua es 500 m, y la diferencia de altura entre el punto ms remoto y el punto de desage es 12 m.

Determinar caudal de diseo:

Ejemplo 2: Solucin

Clculo del coeficiente de escorrenta:

Determinar caudal de diseo: Ejemplo

2: Solucin

Clculo de la Intensidad mxima (Imax) Imax se calcula para una duracin igual al tiempo de concentracin,

y para un perodo de retorno de 10 aos.

Clculo del tc (Kirpich)

Tiempo de duracin = Tiempo de concentracin

En este caso la duracin ser aprox. de 10 minutos


2: Solucin

Clculo de I para d = 1

hr y T = 1 ao:

De la figura 1 se tiene:

I = 40 mm

Figura 1


2: Solucin


hr y T = 1 ao:


I = 40 mm


hr y T= 10 aos:


I = 75 mm

Figura 2


2: Solucin

Clculo de I para d = 10 min y T = 10 aos:

De la figura 3 se tiene: I = 177 mm para d = 10

min y T = 10 aos.

Clculo del caudal mximo Q:

De la frmula racional, se tiene:

Figura 3

Documents

Hidrografia (Clase) Calculos