Bibliografía General1."Tratado de Hidrología Aplicada"; G. Remenieras; E.D.A.; Barcelona; 1971.

2."Hidrología para Ingenieros"; R. Linsley, M. Köhler

y J. Paulhus; Mc

Graw-Hill; Bogotá; 1977.

3."Engineering Hydrology"; E. M. Wilson; Mac

Millan; Londres; 1970.

4."Hidrología Subterránea"; E. Custodio y M. Llamas; Omega; Barcelona; 1986.

5."Handbook of Applied Hydrology"; V. T. Chow; Mc

Graw-Hill; Nueva York; 1964.

6."Introducción a la Meteorología"; Sverre

Petterssen; Mc

Graw-Hill; 1970.

7."Meteorología Básica"; D. H. Mc

Intosh

y A. S. Thom; Alhambra; México; 1986.

8."Hidrología Aplicada"; V. T. Chow, D.R.Maidment

y L. W. Mays; Mc

Graw-Hill; 1994.

9."Hydrology in Practice"; E. M. Shaw; Chapman

and

Hall; 1994.

10."Hidrología General"; J. Llamas; Servicio Editorial de la Universidad del país Vasco; 1993.

11."Evaporación, Transpiración y Evapotranspiración"; P E. Picandet; C.E.I.L.P.; 2000 (reimpresión)

12."Meteorología, notas de clase"; A. J. Barbero; C.E.I.L.P.; 2000 (reimpresión).

13."Precipitaciones, notas de clase"; A. J. Barbero; C.E.I.L.P.; 2000 (reimpresión).

14."Curvas H-Q Particulares"; temas de clase"; A. J. Barbero; C.E.I.L.P.; 2000 (reimpresión).

H504 - Hidrología Curso 2014

HIDROLOGÍA

I

Volumen (millones de Km³) % tiempo de

permanencia

Oceanos 1370 94.2 3000

Aguas subterraneas 60 4.15 5000

Glaciares 24 1.65 8000

Aguas superficiales terrestres 0.28 0.019 7

humedad en el suelo 0.08 0.0055 1

Rios 0.0012 0.00008 0.031 (11días)

Vapor de agua Atmosferico 0.014 0.00096 0.027 (10 días)

EL AGUA EN EL MUNDO

CLASIFICACION EN CAPAS

SEGÚN

LA VARIACION DE TEMPERATURA

CON LA ALTURA

ATMÓSFERA

Troposfera ►8 Km en los polos y 16 Km en el Ecuador. En la troposfera ocurren la mayoría de los fenómenos meteorológicos. La temperatura decrece con la altura a razón de 6.5 34°C/Km.

Tropopausa ► Limite superior de la troposfera, esta seccionada por corrientes de chorro. La temperatura se mantiene constante alrededor de -57.0 °C.

Estratósfera ► hasta una altitud de 50 a 55 Km. En la E. alta se encuentran temperaturas semejantes a las de la superficie terrestre.

Estratopausa ►Es el limite superior de la estratosfera. La temperatura se mantiene casi constante.

Mesosfera ► Se extiende desde la estratopausa hasta una altura aproximada de 80Km. En la M. superior se alcanzan las temperaturas mas bajas de la atmósfera, aproximadamente de -100 °C.

Mesopausa ► Es el limite superior de la mesosfera, hasta esta altura la composición de la atmósfera permanece homogénea (Homosfera).

Termósfera ► Se encuentra sobre la mesopausa y su limite superior varía entre el día y la noche, alcanzando hasta 500 Km de día. Hasta aquí

extiende la ionosfera.

Exósfera ►Esta por encima de la termosfera y alcanza hasta unos 600 Km.

Ar0.9%

Otros0.002%O2

21.0%

N2

78.1%

Composición de la atmósfera cerca de la superficie

Gases Permanentes

Gas Símbolo Porcentaje

(en volúmen)

Aire seco

Nitrógeno N2 78,08

Oxígeno O2 20,95

Argón Ar 0,93

Neón Ne 0,0018

Helio He 0,0005

Hidrógeno H2 0,00005

Xenon Xe 0,000009

Composición de la Atmósfera

Composición de la atmósfera cerca de la superficie

Gases Variables

Gases

(y partículas)

Símbolo Porcentaje

(en volúmen)Partes por

millón (ppm)

Vapor de agua H2O 0 a 4

Dióxido de carbono CO2 0,035 355

Metano CH4 0,00017 1,7

Óxido de nitrógeno N20 0,00003 0,3

Ozono O3 0,000004 0,04

Partículas (polvo, hollín,

etc.)

0,000001 0,01

Clorofluorocarbonos

(CFCs)

0,00000001 0,0001

C O 21 D e sc o m p o s ic ió n d e v e g e ta c ió n

2 E ru p c io n e s v o lc á n ic a s

3 E x h a la c io n e s d e la v id a

a n im a l

4 Q u e m a d e c o m b u s tib le sfó s ile s

5 D e fo re s ta c ió n

6 F o to s ín te s is

7 O c é a n o s

G a s e s F u e n te s S u m id e ro s

CH4 1 Cultivos de arroz

2 Suelos húmedos pobres enoxígeno

3 Ganado

Gases Fuentes Sumideros

N2O Bacterias y microbios en elsuelo.

Radiación UV.

CFCs 1 Aerosoles

2 Refrigerantes, propelentes ysolventes

O3 Estratosfera: O + O2

Troposfera: reacciones químicas (NO2)

Radiación UV.

NO2 Vehículos

SO2 Quema de combustibles conazúfre (carbón y petróleo).Causante de lluvia ácida.

Gases Fuentes Sumideros

OZONO (O3 )

O2 + O = O3

O3

troposférico Aumento del 35±15% entre los años 1750-2000, con variaciones según las regiones.

O3

estratosféricoDisminución en los años 1970-

2000, con variaciones según la altitud y latitud.

PRESIÓN:AFP

gdzdp

z

dzgzp )(

BALANCE HIDROSTATICO –

a medida que se asciende..hay menos atmosfera encima

Tomando valores constantes T, H y p(0) = 1013,25 hPa, resulta:

e Hzpzp /)0()( VARIACIÓN DE LA PRESION CON LA ALTURA EN UNA ATMOSFERA ISOTERMICA DE ESPESOR H

Suma de las presiones de todos los gases

PRESION

VS.

ALTURA

DENSIDAD:

gHzez )0()(

VARIACION DE LA DENSIDAD CON LA ALTURA EN UNA ATMOSFERA ISOTERMICA DE ESPESOR H

De la ecuación de Estado

RTP

e Hzpzp /)0()(

ATMÓSFERA STANDARD I.C.A.N. (1976)

AIRE SECO

COMPOSICION CONSTANTE

AIRE EN REPOSO

T0 = 15ºC = 288ºK

P0 = 1013,25 hPa

0 = 1,225 kg m–3

g = 9,80665 m s-2

T = 288ºK – (6,5ºK/km)·H ; H < 11 km

T = 216,5ºK ; 11 H 20 km

T = 216,5ºK + (1ºK/km)·(H – 20 km) ; 20 < H < 32 km

P = (101,325kPa)·(288,15K/T)–5,255877 ; H < 11 km

P = (22,632kPa)·exp[–0,1568·(H – 11 km)] ; 11 H 20 km

P = (5,4749kPa)·(216,65K/T)–4,16319 ; 20 < H < 32 km

Componentes de la atmósfera - Vapor de agua

Vapor de agua atmosférico en el ciclo hidrológico

•Influencia sobre la Temperatura de la tierra

•Es Fuente de Precipitaciones

•Controla la intensidad de Evaporación

HUMEDAD ATMÓSFERICA

•

Propiedades del Vapor de agua

•

Presión de Vapor

•

Expresiones de la humedad

•

Medición de la humedad

•

Distribución y Variación de la humedad

HUMEDAD ATMÓSFERICA

•

Propiedades del Vapor de agua–

Saturación –

“aire saturado”

–

Presión de Vapor •

Relación e vs

T

•

Punto de rocío

•

Déficit de saturación o déficit higrométrico

es = 6,11 . 10 [7.5Ta / (Ta+237)]

densidad del aire seco: rs = p / (R .T), donde p es la presión del aire, R es la constante de los gases y T es la temperatura en ºK

densidad del vapor de agua: rv = 0.622 e / (R .T), donde e es la presión de vapor en Hpa, R es la constante de los gases y T es la temperatura en ºK.

densidad de la mezcla aire seco + vapor de agua: rm = (1 - 0.378 e/p). p / (R .T), donde e es la presión de vapor en Hpa, p es la presión atmosférica en Hpa

y T es la temperatura en ºK.

El aire húmedo es menos denso que el aire seco a igual temperatura y presión

–

Densidad del aire húmedo

HUMEDAD ATMÓSFERICAExpresiones de la humedad

Humedad relativa ► HR ó

ε

(%)

H absoluta ► ha

(g/m³) ….densidad

H específica ► s (g/kg)

Relación de mezcla ► r (g / kg)

Medición de la humedad

: PsicrómetroInstrumento usado para medir contenido de

vapor del agua. Consiste en dos termómetros, un bulbo mojado y otro seco. Psicrómetro oscilador.

A partir de T

(temperatura) y Tbh

(temperatura de bulbo húmedo), se obtiene e

(Presión de vapor), en base a un balance de energía, dado por la Fórmula psicrométrica:

e(T) = es(Tbh) -

C . p . (T-Tbh)

HUMEDAD ATMÓSFERICA

Problemas

es = 6,11 . 10 [7.5Ta / (Ta+237)]

HUMEDAD ATMÓSFERICA

Distribución y variación de la humedad

Altura de agua condensable (agua precipitable??).

La cantidad de vapor de agua que hay en la atmósfera se suele conceptualizar

como una lámina de agua precipitada de manera uniforme sobre una superficie horizontal de la tierra.

Agua condensable (en la columna unitaria de

aire)► dm

= ha dz

Nota: 1Kg de agua distribuido uniformemente en 1 m2, adquiere

una altura de 1 mm

FORMAS DE INTERCAMBIO DE CALOR EN LA ATMOSFERA

1. CONDUCCIÓN

2. CONVECCIÓN

3. RADIACION

Estudio de la Temperatura

: longitud de onda

: frecuencia 0cVelocidad de propagación de la luz en el vacío: c0 = 2,99792

108

m s – 1

EMISIÓN DE RADIACIONLey de PlanckLey de WienLey de Stefan-Boltzmann

Radiación de onda corta

onda larga

ESPECTROS DE EMISION DEL SOL Y LA TIERRA

DISTRIBUCION DE LA RADIACION•

LEY DE CUADRADO INVERSO DE LA DISTANCIA (determinación de la constante solar)

•

LEY DEL SENO (Inclinación de los rayos -

Tanto la elevación solar

como el flujo de energia solar dependen de:

el día del año,

la hora del día,

la latitud, y

la inclinación.

Variación de la intensidad de la radiación solar con la

latitud durante el solsticio de invierno del hemisferio

norte (21 de junio).

Efectos atmosféricos sobre la radiación solar

Funciona como filtro…en ambas direcciones

Atenuación

a) Dispersión (9%)

b) Absorción (15%)

c) Reflexión (30%)

ABSORCIÓN

REFLECTIVIDAD o ALBEDO

incidente

reflejada

EE

A

Se denomina albedo, A, a la relación entre la radiación solar total reflejada y la radiación solar total incidente.

ALBEDO GLOBAL TERRESTRE = 30%

Medición de la radiación solar

ROL = F(σ

; T; n/N; ed

)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

29-ene-10 30-ene-10 31-ene-10 01-feb-10 02-feb-10 03-feb-10 04-feb-10 05-feb-100

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Temperatura

Punto de rocio

Precipitación

Radiación Solar

FORMAS DE INTERCAMBIO DE CALOR EN LA ATMOSFERA

1. CONDUCCION

2. CONVECCION

3. RADIACION

Gradientes verticales de temperatura

Estabilidad e inestabilidad atmosférica

Diagramas aerológicos

Medición de la temperatura. Aplicaciones.

Tem

pera

tura

de

la a

tmós

fera

Medición de la temperatura y la humedad.

Evolución diaria de las variables meteorológicas

0

20

40

60

80

100

120

0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00

tiempo 24 al 26 marzo 2004

%

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

ºC

HR % temp

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

0:00 5:00 10:00 15:00 20:00 1:00 6:00 11:00 16:00 21:00 2:00 7:00 12:00 17:00 22:00

Tiempo 24 al 26 marzo 2004

KPa

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

ºC

es e T

Temperatura de la atmósfera

•

Gradientes verticales de temperatura

•

Estabilidad e inestabilidad atmosférica

•

Diagramas aerológicos

•

Medición de la temperatura. Aplicaciones.

GRADIENTE VERTICAL DE TEMPERATURA (dT/dz)

PROCESO ADIABATICO “SECO”

PROCESO ADIABATICO “SATURADO”

FORZAMIENTO OROGRAFICO

DIAGRAMAS AEROLOGICOS

ESTADO DE LA ATMOSFERA

PROCESOS EN LA ATMOSFERA

ADIABATICO SECO

ADIABATICO SATURADO

Estabilidad e inestabilidad atmosfEstabilidad e inestabilidad atmosfééricarica

Diagramas Diagramas aerolaerolóógicosgicos

––

Ejemplos de estabilidad e inestabilidad atmosfEjemplos de estabilidad e inestabilidad atmosfééricarica

"Introducción a la Meteorología " Sverre

Petterssen; Mc

Graw

-

Hill; 1970

Problema

Se han graficado los perfiles verticales de temperatura (T) y punto de rocío (Td) registrados por una radiosonda de una zona costera de Brasil donde se presume se formarán nubes convectivas

y su evolución como nubes de tormenta cumulonimbus.

Responder en forma conceptual, en base al gráfico adjunto, al estudiar el ascenso de una parcela a nivel del suelo:

a) Cual es el nivel de convección libre

b) Cual es el nivel de condensación por ascenso (NCA)

c) Nivel del tope de la nube?

Circulación General –

Movimientos atmosféricos

Carrera: Ingeniería Civil.

Asignatura:

H-504 -

Hidrología. Curso 2014

Trabajo Práctico Nº

1: Estudio de variables meteorológicas

A partir de los datos de temperatura del aire (T), punto de rocío (Td), presión (P), velocidad del viento (V) y radiación solar realizar los siguientes cálculos:

a.

Obtener los valores medios horarios.

b.

Graficar la variación temporal de la Temperatura y la Humedad Relativa durante 24 horas.

c.

Determinar los valores medios, máximos y mínimos diarios.

d.

Superponer la variación de la Presión de Vapor del aire “e”

y de la Humedad Específica “S”

con las mismas variables del punto a).

e.

Evaluar las variables graficadas y otras que considere de interés, con el objeto de efectuar un breve informe sobre el estado del tiempo registrado ese día.