JUAN UBALDO LLUNCOR GRANADOS

ING CIP

CICLO 2015 Módulo:2Unidad: III Semana:6

HIDROLOGIA

Contenidos Temáticos• ESCORRENTÍA• Descripción del proceso de escurrimiento.• Procesos y tipos de escurrimiento.• Factores que influyen en el escurrimiento.• Factores climáticos y fisiográficos.• Clasificación de los ríos.• Formas de expresión de los datos de caudales.• Relación Precipitación-Escorrentía.• Hidrograma de tormenta y su análisis.• Hidrograma Unitario.

ESCORRENTÍA SUPERFICIAL

• Describe el flujo del agua, lluvia, nieve, u otras fuentes sobre la tierra, y es un componente principal del ciclo de agua.

• A la escorrentía que ocurre en la superficie antes de alcanzar un canal se le llama fuente no puntual.

• Cuando la escorrentía fluye a lo largo de la tierra, puede recoger contaminantes del suelo, como petróleo, pesticidas, o fertilizantes.

GENERACIÓN

• La escorrentía puede generarse por precipitación o por fundición de nieve o glaciares.

• La escorrentía de nieve suele alcanzar su punto máximo en primavera y los glaciares se derriten en verano.

• En áreas donde no hay nieve, la escorrentía proviene de la precipitación. Sin embargo no toda la precipitación produce escorrentía.

• El factor determinante de la tasa de fundición de nieve o glaciares es la T° del aire y la duración de la luz solar.

Flujo Terrestre con exceso de Infiltración

• Hay un exceso de infiltración, cuando la tasa de precipitación en una superficie excede la tasa a la cual el agua puede infiltrarse en la tierra, y cualquier cuenca para almacenamiento está ya llena. A este proceso se llama flujo terrestre hortoniano.

• Se produce con más frecuencia en regiones áridas y semiáridas, donde las intensidades de precipitación son altas y la capacidad de infiltración del suelo es reducida debido a la impermeabilización de la superficie.

Flujo Terrestre con exceso de saturación

• Cuando el suelo está saturado y la cuenca de almacenamiento llena, la precipitación producirá inmediatamente escorrentía superficial.

• El nivel procedente de humedad del suelo es un factor que afecta al tiempo que pasará hasta que el suelo se sature.

• Esta escorrentía se conoce también como flujo terrestre saturado.

Flujo de retorno subsuperficial

• Después de que el agua se infiltra en el suelo en la porción en cuesta de una colina, el agua puede fluir lateralmente por el suelo, y exfiltrarse(fluir fuera) cerca de un canal.

• A este proceso se le llama también flujo interno.

• La escorrentía superficial que permanece al final fluye en una corriente de agua como ríos, lagos u océanos.

Impacto Humano sobre la Escorrentía Superficial

• La urb. Aumenta la ES, al crear superficies más impermeables, como pavimento y edificios, que no permiten la filtración del agua hasta el acuífero.

• En vez de filtrarse al suelo, el agua es forzada directamente hacia corrientes o drenajes, donde la erosión y sedimentación pueden ser problemas importantes.

Descripción del Proceso de Escorrentía

• En una cuenca se inicia un proceso de lluvia. Las primeras gotas de lluvia son retenidas y almacenadas x las hojas y tallos de la cubierta vegetal, a partir de un cierto limite las gotas alcanzan el suelo y después de un breve tiempo, casi todas las gotas alcanzan el suelo.

• A continuación, el suelo a través de sus capas de depósitos de restos vegetales, almacena una cierta cantidad de agua.

• Es decir, se inicia el proceso de percolación del agua a las capas inferiores(infiltración)

PROCESO DE ESCORRENTIA

• Cuando la capacidad de almacenamiento del suelo, ya descontada la infiltración, está en el limite, se inicia el proceso de circulación superficial del agua.

• Se pueden distinguir 2 partes:

• 1.- Flujo Subsuperficial: llamado hipodérmico, que corresponde a la capa de agua que circula próxima al suelo.

• 2.- Flujo Superficial: que circula con mayor velocidad, es conocido como escorrentía propiamente dicha.

FORMULA

• P= + E + F + A + Pefec.• Donde:• P= Precipitación Total.• E= Evaporación y Evapotranspiración.• F= Infiltración.• A= Almacenamiento del suelo-charco-• Pefec.= Precipitación neta o efectiva.• El primer problema consistirá en separar

de la precipitación total las pérdidas existentes para llegar a la Pefec.

FASES DE LA ESCORRENTIA• 1.- FASE DE LADERA: No existe cauce

establecido, hay 3 tipos de circulación:• Horton: a medida que circula el agua se

infiltra.• Betson: la escorrentía empieza en un lapso

corto de tiempo.• Anne: en un determinado frente fluye la

linea de carga.• 2.- Fase de redes fluviales: Fase de

circulación, en la q todo el agua q circula por laderas confluye en un cauce principal de la cuenca

EFECTOS DE LA ESCORRENTIA SUPERFICIAL

• EROSION: Provoca una menor productividad de las cosechas. Hay 4 tipos principales de erosión:

• 1.- Erosión por salpicadura.• 2.- Erosión de barranco.• 3.- Erosión de lámina.• 4.- Erosión de lecho de arroyo.

EROSION• 1.- EROSION DE SALPICADURA Es el resultado de la colisión mecánica de

una gota de lluvia con la superficie del suelo, provocando que algunas partículas de suelo queden suspendidas en la solución de agua superficial.

2.- EROSION DE BARRANCOOcurre cuando la corriente de la escorrentía

es tan fuerte que corta una ringlera reconocible en el suelo y crea un pequeño riachuelo con canal bien definido, q podría ser tan pequeño como 1 cm de ancho o tan grande como varios metros.

EROSION

• 3.- Erosión de láminaEs el transporte terrestre de escorrentía que

no tiene un canal bien definido.Las partículas de suelo que lleva la

escorrentía tiene un tamaño muy variable de entre 0.001 mm y 1mm de diámetro.

Actualmente, una de las fuentes principales de pérdida de suelo x erosión proviene de la tala y la quema de bosques tropicales

MEDIDAS Y MODELO MATEMÁTICO

• La escorrentía se analiza usando modelos matemáticos en combinación con varios métodos de prueba de la calidad del agua.

• Las medidas pueden hacerse usando instrumentos automatizados de análisis de la calidad del agua, midiendo contaminantes como productos químicos orgánicos o inorgánicos específicos, PH, turbiedad, etc. O centrarse en indicadores secundarios como el oxigeno disuelto.

• Las medidas también pueden hacerse en forma de lotes, extrayendo una muestra de agua y haciendo sobre ella pruebas químicas o físicas.

MEDIDAS Y MODELO MATEMÁTICO

MEDIDAS Y MODELOS MATEMATICOS

• Se han desarrollado modelos informáticos( como el DSSAM), que permiten que la escorrentía superficial sea rastreada por el curso del río a través de contaminantes de agua de reactivos.

FACTORES QUE AFECTAN LA ESCORRENTIA• La escorrentía en una cuenca, como elemento

importante del ciclo hidrológico, puede considerarse que está afectada por una serie de factores que pueden agruparse en 3 grandes grupos:

• Factores climáticos, fisiográficos y de vegetación.• 1.- FACTORES CLIMÀTICOS: se refieren al efecto

de la p, e y t.• En cuanto al efecto de P, tiene importancia su

forma(lluvia, nieve, helada,etc) y su tipo(convectiva, orográfica, ciclónica), intensidad,duración,distribución espacial y temporal, frecuencia y dirección de movimiento de la tormenta.

FACTORES QUE AFECTAN LA ESCORRENTIA

• En los procesos de Evaporación q intervienen en el ciclo de la escorrentía, intervienen el régimen de temperaturas, vientos, humedad, presión atmosférica, calidad de agua y naturaleza de la superficie evaporante.

• En el proceso de la Transpiración queda determinada por el régimen de Tº, radiación solar, vientos, humedad del aire y del suelo y tipos de vegetación.

FACTORES CLIMÁTICOS

• Evaporación• Transpiración

FACTORES QUE AFECTAN LA ESCORRENTÌA

• 2.- FACTORES FISIOGRÀFICOS• Características de la cuenca: influyen sus

propiedades geométricas como tamaño, forma, orientación, elevación, y densidad de drenaje, y sus propiedades físicas como el uso de la tierra, condiciones de infiltración, tipos de suelo,, características geológicas(permeabilidad, rendimiento y retención específica) y topográficas(permeabilidad de lagos, pantanos)

FACTORES FISIOGRÀFICOS

• Características de los cauces: se refieren principalmente a sus propiedades hidráulicas, es decir, el tamaño y forma de las secciones, pendientes, rugosidades, longitud de los tributarios y efectos de remansos y torrentes.

FACTORES FISIOGRÀFICOS

MEDIDA DE LA ESCORRENTIA

• Los datos hidrométricos deben ser fiables y continuos; para ello se requiere de un periódico y sistemático contraste y mantenimiento de las estaciones y un diseño previo de la red de observación.

• El conjunto de información obtenida durante una serie de años en una determinada estación hidrométrica, conviene clasificarla y presentarla de manera sistemática con el objeto de facilitar su análisis y permitir al hidrólogo la obtención de ciertas características y elementos básicos del régimen de escorrentía de la cuenca.

UNIDADES DE MEDIDA DE LA ESCORRENTIA

• En la mayoría de los procedimientos hidrológicos y para el dimensionamiento de obras hidráulicas es conveniente expresar los gastos en metros³/seg o en lts/seg.

• En caso de comparación de regímenes hidrológicos de diversas hoyas hidrográficas, es conveniente expresar los gastos por unidad de superficie de la cuenca respectiva, es decir m³/seg/Km² o en lt/seg/hà.

UNIDADES DE MEDIDA DE LA ESCORRENTIA

MEDICIONES HIDROLOGICAS• HIDROMETRIA: Ciencia que trata de la medición y

análisis del agua incluyendo métodos, técnicas e instrumentos a utilizados en hidrología.

• NIVEL DE AGUA: Es la h de la superficie de un río, lago u otra masa de agua con relación a una determinada referencia, en el caso de un río será de un lecho.

• LIMNÌMETRO: Es una regla graduada que permite medir las fluctuaciones del nivel del agua. Debe ser preciso y estar claramente graduados, deben ser resistentes a la corrosión y de fácil mantenimiento, deben ser fáciles de instalar y utilizar.

• LIMNÌGRAFO: Permite registrar las hs de agua de forma continua. Provisto de un mecanismo de relojerìa

LIMNIMETRO

Es una regla graduada que permite medir las fluctuaciones del nivel del agua

HIDROGRAMA

• Es una representación gráfica de la escorrentía en función del tiempo. Este puede representar la escorrentía para un periodo largo, una serie de eventos o un evento particular.

• Por lo general el análisis de hidrogramas se realiza para un solo evento.

• El hidrograma de escorrentía es importante en el análisis de la respuesta de la cuenca a un cierto evento de precipitación.

LIMNIGRAFO

Permite registrar las hs de agua de forma continua. Provisto de un mecanismo de relojerìa

COMPONENTES DE UN HIDROGRAMA

Limbo o rama ascendente: representa la porción de concentración del flujo cuando sólo parte de la cuenca está contribuyendo a la escorrentía.Pico: Es el valor máximo de la tasa de escorrentía, también llamado cresta.Recesión: al disminuir la lluvia, o al cesar la misma, se inicia la recesión, la cual culmina cuando la escorrentía regresa a la tasa mínima o flujo de base.

COMPONENTES DE UN HIDROGRAMA

FACTORES QUE AFECTAN LA FORMA Y MAGNITUD DEL HIDROGRAMA• Son el área de la cuenca, la longitud del

cauce, la pendiente del mismo, la cobertura y rugosidad del terreno, las características de la tormenta y la infiltración.

• Estos parámetros determinan los diferentes parámetros de forma del hidrograma.

• Los parámetros básicos del hidrograma son: el pico, tiempo de recesión, cresta, tiempo base de la escorrentía.

FORMA Y MAGNITUD DEL HIDROGRAMA

HIDROGRAMA UNITARIO• El hidrograma de escorrentía de un evento

representa la respuesta de la cuenca a la característica de la lluvia que lo produce y a las condiciones de la cuenca para el momento del mismo.

• Por ello decimos que 2 eventos con las mismas características deben producir hidrogramas iguales, si las condiciones de la cuenca son las mismas.

• Por otro lado, el volumen de la escorrentía directa del evento es generado por la lluvia efectiva, la cual es = a la precipitación – infiltración.

• A todo esto se le conoce como hidrograma unitario.

HIDROGRAMA UNITARIO

HIDROGRAMA UNITARIO• Es aquel producido por una lluvia efectiva

unitaria, expresada en milímetros.• El hidrograma unitario conceptual implica

que la lluvia se distribuye uniformemente sobre la cuenca.

• Es de gran utilidad ya que permite estimar la escorrentía, sobre la base de la precipitación, sin necesidad de contar con largos registros de escorrentía.

• Pueden ser utilizados para comparación de cuencas, desarrollo de métodos de escorrentía, calculo de crecidas máximas y desarrollo de modelos hidrológicos.

OBTENCION DEL HIDROGRAMA UNITARIO• Se siguen los siguientes pasos: escoger el

evento, separación de la escorrentía directa, obtención del volumen de la escorrentía directa, obtención de la precipitación efectiva, obtención de la duración de la lluvia efectiva y por ultimo obtenemos el hidrograma unitario.

• 1.- ESCOGER EL EVENTO: se deben seleccionar aquellos que permitan un fácil y màs preciso análisis. Se deben preferir los hidrogramas de un solo pico, para evitar procedimientos de separación de hidrogramas.

OBTENCION DEL HIDROGRAMA UNITARIO

HIDROGRAMA UNITARIO• 2. separación de la escorrentía directa:

Tenemos que separar el componente de agua subterránea, o Q base del hidrograma. Para ello es necesario utilizar métodos especializados, se recomienda el de papel semi-logarítmico x ser sencillo:

• Graficamos el Q en el eje SL y el tiempo en escala normal, de esta manera el hidrograma se presenta como líneas rectas.

• Se extiende la línea base del flujo base de la recesión, hasta el tiempo al pico.

HIDROGRAMA UNITARIO

• Se extiende la línea del flujo base inicial hasta el punto anterior, las líneas trazadas delimitan el flujo base.

HIDROGRAMA UNITARIO

CONCLUSIONES Y/O ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN SUGERIDAS

• Estimados alumnos(as) al concluir esta sexta semana de clases, favor de revisar bien toda la información proporcionada, la misma que la encontramos en los enlaces bibliográficos, webb y blogs que se les proporcionó.

• Es recomendable que constantemente, lea revistas y libros sobre esta semana.

• Como su tutor lo apoyaré cada vez que solicite.

HIDROGRAMA FINAL

HIDROGRAMA TRIANGULAR

GRACIAS