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Hidrologia
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HIDROLOGIA
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Capitulo N 01
Bibliografa
Hidrologa para Ingenieros R. Linslay
Hidrologa G. Remanieras
Handbook of Hydrology Ven Te Chow
Hidrologa Aplicada Ven Te Chow
Fundamentos de la Hidrologa de Superficie Francisco Aparicio M.
Hidrologa Rafael Heras
Hidrologa W. Chereque
Handbook of Hydrology David R. Maidment
Fundamentos de la Hidrologa Superficial A. Brea y M. Jacobo
Hydrology Engineering Victor M. Ponce
Temas
Introduccin
Geomorfologa
Anlisis de la informacin Hidrometerologica
Precipitacin
Evapotranspiracin
Infiltracin
Flujo Superficial:
1. Hidrometra
2. Regulacin de Caudales
3. Simulacin de caudales
4. Estudio de Avenidas
5. Trnsito de Avenidas
Sequas
HIDROLOGIA
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Capitulo N 01
Definicin Hidrologa Hidro = Agua
Logos = Tratado
- Existencia, circulacin, y distribucin
Estudio - Variabilidad: espacial y temporal
Del
Agua - Propiedades Fsico qumicos
- Relacin con el medio Ambiente
Hidrologa se relaciona con la circulacin del agua y su constitucin a
travs del ciclo hidrolgico. Trata de la precipitacin, evaporacin, flujo
de agua subterrnea, escorrenta superficial, flujo en cauces y el
transporte de sustancias disueltas o suspendidas en el agua fluyendo.
En este sentido, la terminologa estandarizada internacional define:
Hidrologa esta en principio referido con el agua sobre o cerca de la
superficie de terreno. Se diferencia as de:
Oceanografa que estudia los mares.
Hidrometeorologa que estudia el agua en la atmsfera.
Potamologa, que trata del agua en los ros.
Limnologa, o estudios de los lagos.
Hidrogeologa, que trata del agua subterrnea.
Glaciologa, estudio de los glaciares.
Hidrologa descriptiva se denomina a la Hidrografa
HIDROLOGIA
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Capitulo N 01
Hidrometra, a la medicin de los variables hidrolgicos.
Una concepcin ms moderna divide a la ciencia del agua de acuerdo a la
forma de enfocar el ciclo hidrolgico, en:
Hidrologa Sistemtica (Hidrologa Terica) que hace uso de los
modelos matemticos.
Hidrologa Fsica la cual se basa en las leyes fsicas.
Propsitos de la Hidrologa
1. Aprovechamiento Racional de los Recursos Hdricos.
2. Prevencin y Mitigacin de desastres ocasionados por el recurso
hdrico (inundaciones, sequas, contaminacin ambiental).
Problemtica de la Informacin
1. Los registros de informacin son de corta duracin o inexistencia
total de informacin.
2. Calidad deficiente de los registros.
Ciclo Hidrolgico
Es la sucesin de los eventos o caminos recorridos por el agua en
cualquiera de los tres estados de la materia durante su circulacin y
transformacin.
HIDROLOGIA
------------------------------------------------------------------------------------------------------------Capitulo N 01
HIDROLOGIA
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Capitulo N 01
Fuente: Hidrologa Aplicada, Ven Te Chow, David R. Maidment, Larry W. Mays
Figura N 1 Representacin en Diagrama de Bloques del Sistema Hidrolgico Global
Un sistema es un conjunto de partes conectadas entre s que forman un
todo, el ciclo hidrolgico puede tratarse como un sistema cuyos
componentes pueden son precipitacin, evaporacin, escorrenta, y
otras fases del ciclo hidrolgico.
Se divide en tres subsistemas: Sistema de agua Atmosfrica,
Superficial, y Subsuperficial.
HIDROLOGIA
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Capitulo N 01
Por analoga un sistema hidrolgico se define como una estructura o
volumen en el espacio, rodeada por una frontera, que acepta agua y
otras entradas, opera en ellas internamente, y las produce como salida.
Fuente: Hidrologia Aplicada, Ven Te Chow
Figura N 2 Representacin esquemtica de la operacin de un sistema.
Un ejemplo es proceso lluvia-escorrenta como sistema
hidrolgico en una cuenca
HIDROLOGIA
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Capitulo N 01
GEOMORFOLOGIA
Estudio de las caractersticas fisiogrficas de una cuenca y su
interrelacin con los fenmenos hidrometeorolgicos.
- Geomtricos * Longitudinales
* Superficiales
Fisiografa - ndices o Parmetros Relativos
- Caractersticas de la Red Hidrogrfica
Cuenca Hidrolgica
HIDROLOGIA
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Capitulo N 01
Cuenca Hidrogeolgica
HIDROLOGIA
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Capitulo N 01
1 Parmetros Geomorfolgicos
rea de la cuenca (Ac).- Es el rea de proyeccin plana de la cuenca
hidrolgica en un plano horizontal.
Permetro de la Cuenca (Pc).- Corresponde a la longitud total de la
divisoria proyectada al plano horizontal.
HIDROLOGIA
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Capitulo N 01
ndice de Compacidad o Gravelious (Cc).- Cociente adimensional
entre el permetro de la cuenca (P) y la circunferencia o permetro de
un circulo con rea igual al tamao (Ac) de la cuenca en Km2.
Trata de representar la influencia del contorno y rea de una cuenca en
la escorrenta, particularmente en el hidrograma.
Ac
P
Pc
PCc 282.0
Cc tiende 1 tiende a ser circular.
Cc tiende >>> 1 Mayor distorsiona en su forma, alargada
O asimtrica.
Relacin de Elongacin (Re).- Propuesto por S.A. Shumm, como el
cociente adimensional entre el dimetro (D) de un crculo que tiene
igual rea (A) que la cuenca y la longitud (Lc) de la misma.
La longitud (Lc) se define como la ms grande dimensin de la cuenca, a
lo largo de una lnea recta desde la salida hasta la divisoria, paralela al
cauce principal.
cc L
A
L
D1284.1Re
- Valores de 0.6 0.8 indica fuertes relieves y pendientes pronunciadas.
- Valores que tienden a 1 relieve suave o bajo.
Numero de orden de Cauce (u).- Es un ndice de la ramificacin del
cauce principal dentro de una cuenca.
Orden del ro Caracterstica Esquema
1 Sin Ramificaciones
2 Ramificacin de orden 1
3 Ramificacin de orden 2
HIDROLOGIA
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Capitulo N 01
Razn de bifurcacin (Rb).- Introducida por Horton. Indica
ramificaciones o forma de la red hidrogrfica.
1
u
u
bN
NR Nu = nmero de segmentos de orden u
Rb dentro de una cuenca tiende a ser de la misma magnitud generalmente entre valores de 2 a 4.
33
9
2
1 N
NRb
31
3
3
2 N
NRb
Ley del Nmero de Orden.-
RNuk
bu
)(
Rb = razn o relacin de bifurcacin representativa de una cuenca, que no corresponde a los valores promedios.
K = Numero de orden del ro principal (mayor valor)
HIDROLOGIA
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Capitulo N 01
Rb = 17 Rb = 2.5
Razn de bifurcacin alta indica cuenca alargada
Razn de bifurcacin baja (2 5) cuenca tipo hoja (ancha) que facilita una mayor
formacin de afluentes.
Recta de ajuste
u
Ln N
u
HIDROLOGIA
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Capitulo N 01
Longitud media de una corriente de orden u.-
u
N
ji
u N
Lu
L
1,
L u, i = Longitud de una corriente de un
Mismo orden.
Ley de Longitudes de los Cauces.- Sugerido por Horton.
rLLu
eu
1
1
Donde L = longitud promedio de los cauces de orden u.
re = relacin de longitudes.
Una ecuacin equivalente a puede aplicarse tambin al rea A de las
cuencas de orden u:
rAAu
au
1
1
Densidad de Drenaje.- Esta definida como longitud total de cauces
dentro de una cuenca dividida por el rea total de drenaje, o longitud
de canales por unidad de rea.
A
L
c
K
J
uN
iji
D 1 1
,
Un valor de densidad alta refleja una cuenca bien drenada, que debera
responder relativamente rpido al influjo de la precipitacin. Un valor bajo
refleja un rea pobremente drenada con respuesta hidrolgica muy lenta.
HIDROLOGIA
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Capitulo N 01
Densidades de drenaje bajos se presentan en sitios donde el material de
suelo es resistente a la erosin o muy permeables y donde el relieve es bajo.
Valores altos de densidad de drenaje reflejan reas con suelos fcilmente
erosionables o relativamente impermeables con pendientes fuertes y escasa
cobertura vegetal.
Los factores que condicionan la formacin de la densidad de drenaje son
:
Resistencia de los materiales a la erosin
Permeabilidad del suelo
Relieve del terreno
Cobertura vegetal (til en el equilibrio de una cuenca).
Forma de la Cuenca.- Propuesto por Horton
LR
b
f
A2
A es el rea de drenaje en Km2 y Lb es la longitud del cauce principal, medida del la
salida hasta el lmite de la hoya, cerca de la cabecera del cauce mas largo, a lo largo
de una lnea recta.
Razn de Circularidad.-
AR
circulo
c
A
Acirculo es un rea de un crculo con permetro igual al permetro de la cuenca.
Frecuencia de Corriente.-
A
N
c
K
uu
F
1
Nu nmero de corrientes de los diferentes ordenes
Ac = rea de la cuenca.
HIDROLOGIA
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Capitulo N 01
Desniveles en la Cuenca
Las pendientes del cauce o canal pueden ser calculadas de las siguientes
maneras:
1 Mtodo.-
c
cL
ES
E = Diferencia de elevaciones entre el punto ms alto o la naciente y el ms bajo
de un cauce y
Lc = la longitud del cauce entre estos dos puntos.
2 Mtodo.- Un poco ms representativa forma de medida del gradiente
de un canal, es la pendiente constante que determina que el rea por
encima de esta pendiente sea igual al rea por debajo de ella.
3 Mtodo.- Propuesto por Taylor y Schwarz, plantean calcular la
pendiente media como de un canal de seccin transversal uniforme que
tenga la misma longitud y tiempo de recorrido que la corriente en
cuestin.
Elevacin
Distancia
A1
A2
HIDROLOGIA
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Capitulo N 01
Si los x son iguales, se calcula:
2
21
111
mSSS
mS
Si los x no son iguales, se calcula:
2
2
2
1
1
m
m
S
l
S
l
S
l
LS
HIDROLOGIA
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Capitulo N 01
Fuente: Fundamentos de Hidrologa de superficie, Francisco Aparicio.
Fuente: Fundamentos de Hidrologa de superficie, Francisco Aparicio.
HIDROLOGIA
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Capitulo N 01
Curva Hipsomtrica: Permite determinar la distribucin altitudinal del
rea de la cuenca, por encima de una cota determinada.
HIDROLOGIA
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Capitulo N 01
2 Nociones de Meteorologa
Atmsfera: Capa gaseosa que envuelve a la superficie terrestre y
las masas de agua superficial.
Nitrgeno 78%
Oxigeno 21%
Atmsfera Otros gases 01%
(Hasta z 20 Km) (Vapor de agua.)
Temperatura 15 C
Atmosfera Presin (P) 101.3 Kpa (Absoluta)
Estndar Densidad () 1.225 kg/m
Viscosidad () 1.781x10-5 kg m-seg
HIDROLOGIA
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Capitulo N 01
HIDROLOGIA
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Capitulo N 01
HIDROLOGIA
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Capitulo N 01
HIDROLOGIA
------------------------------------------------------------------------------------------------------------Capitulo N 01
Ubicacin del Per
Se ubica dentro de la zona Intertropical (zona comprendida entre el trpico de Cncer y trpico de
Capricornio). El Trpico de Capricornio del hemisferio sur. Es el paralelo situado a una latitud de 23 26 16
al sur del Ecuador y delimita los puntos ms meridionales o al sur y Trpico de Cncer del hemisferio norte.
Es el paralelo situado a una latitud de 23 2616 al norte del Ecuador y delimita los puntos ms
septentrionales o al norte. Estas lneas definen la zona donde el sol puede ocupar el Zenith (Cnit).
HIDROLOGIA
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Capitulo N 01
Los rayos solares caen verticalmente en el instante en que ocurre el solsticio de verano y de
invierno. (Mayor extensin de terrenos en Hemisferio Norte que en el hemisferio Sur)
Solsticio de verano del hemisferio norte alcanza el cenit al medio da sobre el Trpico de Cncer (20
y 21 de Junio), y en el solsticio de invierno (20 y 21 de diciembre) alcanza el cenit al medio da sobre
el Trpico de Capricornio. Equinoccio, momento del ao en que los das tienen una duracin igual a la
de la noche en todos los lugares de la tierra excepto en los polos.
HIDROLOGIA
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Capitulo N 01
Clima solar:
Tropicales: entre trpico de cncer 23 30 Lat Norte y
Capricornio 23 30 Lat Sur
Templados: entre los 23 30 y 66 30
Polares: es al norte rtico y sur Antrtico de los 66 30 de
latitud en cada hemisferio.
HIDROLOGIA
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Capitulo N 01