TEMA No 1

Definición de Hidrología: Es la ciencia que estudia el agua sobre la tierra, su ocurrencia, su circulación y distribución, sus propiedades físicas y químicas y su relación con el medio ambiente, incluyendo a la vida económica del hombre.

División de la Hidrología: Básicamente las áreas de la hidrología que interesan a este curso son:

a) Hidrología superficial: Corresponde a la circulación del agua en la superficie del terreno.

b) Hidrología subterránea: Corresponde a la circulación del agua bajo la superficie del terreno.

Servicios hidrológicos nacionales:

a) MPPpA : Ministerio del Poder para El Ambiente. b) SEMETAVIA : Servicio de Meteorología de las Fuerzas Aéreas. c) Observatorio Naval J. M. Cajigal. d) CORPOELEC e) HIDROCAPITAL f) SAS: Ministerio de Sanidad y Asistencia Social. g) IAN: Instituto Agrario Nacional. h) MEM: Ministerio de Energía Y Minas. i) Central El Palmar j) Fundación La Salle.

Necesidades de la hidrología en los proyectos de ingeniería civil: La hidrología fija los requerimientos para la planificación, el diseño, construcción y operación de proyectos relacionados con el agua. Algunas aplicaciones específicas están relacionadas con las estructuras hidráulicas, el abastecimiento y disposición de aguas, así como la generación hidroeléctrica. Ejemplos: a) Drenaje urbano.

b) Drenaje vial c) Abastecimiento de agua d) Obras hidráulicas e) Etc.

ATMOSFERA

PRECIPITACION

ESCORRENTIA

OCEANO

INFILTRACION EVAPORACION

TRANSPIRACIONHUMEDAD

DELSUELO

AGUASUBTERRANEA

ESQUEMA ELEMENTAL DEL CICLO HIDROLOGICO

Ciclo hidrológico: Definición: Es el conjunto de diferentes caminos a través de los cuales circula el agua en la

naturaleza, experimentando transformaciones a través de sus tres fases, y es parte constitutiva de la atmosfera, hidrosfera y litosfera.

La hidrología de una región está determinada por la topografía, la geología y la

vegetación.

Existen muchas formas de representar esta circulación, siendo una de las más elementales la que se muestra a continuación.

Los procesos más resaltantes del ciclo hidrológico son los siguientes:

La intercepción o retención: Constituyen las primeras perdidas a la cual la lluvia esta sujeta, y como se explica en el diagrama. Retención superficial: Lo constituye el almacenamiento en las pequeñas depresiones del terreno, que no se convierten es escurrimiento superficial. Infiltración: es la penetración del agua hacia en interior del terreno y siguiendo el perfil del suelo. Esta tiene varios movimientos el que es paralelo a la superficie del terreno y que termina aflorando nuevamente en tierras bajas, y el que se queda en los intersticios de los medios porosos. El escurrimiento superficial: es el movimiento del agua por encima del terreno, y puede ser a través de cauces definidos o por las laderas del mismo.

Los fenómenos hidrológicos son sumamente complejos, es probable que aún no se entienda en la totalidad, sin embargo el análisis hidrológico esta relacionado con leyes físicas y termodinámicas, pero el problema fundamental es la aplicación de estos principios en un ambiente natural irregular y de los cuales la mayoría de los procesos regidos por estas leyes se conocen parcialmente.

En síntesis, en ausencia de un conocimiento perfecto pueden representarse estas conexiones y relaciones de una manera simplificada por medio de un concepto de sistema.

Distribución del agua existente en el globo terrestre:

(a) (b) (c)

1 Océanos 97,39 93,93 97,2

2 Aguas continentales

Casquetes polares y glaciales 1,83 1,65 2,15

Lagos 0,0156 0,015 0,017

Promedio del gasto de los ríos 0,00002 0,0001 0,0001

Agua subterranea total 0,763 4,12 0,62

Zona de Raices en el suelo 0,00094 0,27 0,005

3 Aguas atmosféricas 0,0011 0,001 0,001

(a)

(b)

(c)

Según Raymond L. Nace - 1958 U.S.A.

Según bibliografía soviética. Mark Lvovich, 1975

Según U.S.Geological Survey

% del volumen total

La Estación Climatológica:

Definición: Es un área en donde se instalan una serie de aparatos medidores de parámetros climatológicos. La estación climatológica debe cumplir con ciertas normas para estandarizar las mediciones y minimizar los errores de las mismas. Las normas más generales son las siguientes

a) El área de ubicación de la estación debe ser representativa del clima de la zona en estudio.

b) No debe existir interferencia de la vegetación, topografía y

construcciones vecinas, en las mediciones climatológicas.

c) No debe existir interferencia entre los mismos aparatos, en la realización de las mediciones climatológicas.

d) Implantación de las normas de la Organización Meteorológica

Mundial (OMM), para estandarizar las mediciones de acuerdo al parámetro a medir y al fin a que se destine la información.

Para este curso de hidrología es de principal importancia los aparatos medidores de:

a) Precipitación: Pluviómetro de Cántaro. Pluviógrafo de Balancín Pluviógrafo de Sifón

PRECIPITACION

PLUVIOMETRODE

CANTARO(CROQUIS)

P R E C I P I T A C I O NPLUVIOGRAFO DE BALANCIN(CROQUIS)

EMBUDO RECOLECTORBALANCIN

GRAFICA DE LA LLUVIA

PLUMILLA

SISTEMA DE ENGRANAJES

DESAGUE

DEPOSITO

b) Evaporación: Tina Evaporimétrica

Conceptos fundamentales: Durante el curso se utilizara con mucha frecuencia las palabras

- PRECIPITACION - EVAPORACION - CAUDAL - HIDROGRAMA

Por lo que es conveniente aclarar su significado, aun cuando cada uno de estos términos será tratado en forma independiente en los diferentes temas de la asignatura.

P R E C I P I T A C I O N

EMBUDO RECOLECTOR

GRAFICA DE LA LLUVIA

PLUMILLA

SIFON

FLOTANTE

DEPOSITO

PLUVIOGRAFO DE SIFON

(CROQUIS)

TINA EVAPORIMETRICA CILINDRODE REPOSO

TINA

LISTONES DE MADERA

1234

9012345

TORNILLO PARAMEDICION DEEVAPORACION

(CROQUIS)

- PRECIPITACION

Definición: Corresponde al agua proveniente de la lluvia y que cae sobre una superficie determinada.

Agrupa todas las aguas meteóricas, tanto en forma liquida como sólida.

Representación: Se expresa en altura o lámina de agua (mm).

Si la superficie sobre la cual ocurre la lluvia fuese horizontal, impermeable y sin escapes por sus contornos, la lámina de agua precipitada representaría la altura de agua que se acumula sobre dicha superficie.

Cuando ocurre una lluvia, la lámina de agua observada en un aparato medidor de precipitación, es constante para las diferentes áreas adyacentes al aparato.

El volumen de agua precipitado, varía con el área receptora de la precipitación.

- EVAPORACION

Definición: En hidrología se refiere a la cantidad de vapor de agua que pasa a la atmósfera.

Representación: Se expresa en lámina de agua evaporada (mm).

La lámina de agua observada en un medidor de evaporación, es constante para las diferentes áreas adyacentes al aparato y que estén bajo las mismas condiciones.

Area = A

Volumen = V

Altura = h

V l 2 V

Area = 2 A

Altura = h

Vh = --------- A

2 V Vh = --------- = ---------- 2 A A

Una misma lluvia y áreas diferentes

El volumen de agua evaporado, varía con el área de la superficie evaporante.

Medición:

La evaporación se calcula por simple diferencia de la altura de la lámina de agua existente dentro de un recipiente diseñado para tales fines (Tina Evaporimétrica), durante un determinado lapso, tomando en consideración la precipitación ocurrida en dicho lapso. E = (h i + P) – hf

E = Evaporación (mm)

hi = Altura del agua en la Tina al inicio del lapso (mm)

hf = Altura de agua en la Tina al final del lapso (mm)

P = Precipitación ocurrida durante el lapso (mm)

- CAUDAL

Definición: Es el volumen de agua que pasa por el área de una sección de un conducto en una unidad de tiempo. En hidrología se refiere al área de una sección de un rió o canal.

E = (h i + P) - h f

P R E C I P I T A C I O N

E V A P O R A C I O N

Ph fh i

Representación: Se expresa en: m3 / seg. ó lts/s.

- HIDROGRAMA Definición: Representación gráfica del caudal en función de tiempo.

Volumen escurrido: El área bajo la curva del hidrograma representa el volumen total escurrido durante el tiempo seleccionado.

SECCION DEL RIO

LAMINA DE AGUA

CAUDAL

C A

U D

A L

E F M A M J J A S O N D

8 22T I E M P O E N M E S E S

H I D R O G R A M A A N U A L

R I O X X E N S I T I O Z ZH I D R O G R A M A D E L A Ñ O 1 9 7 3

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

T I E M P O E N D I A S ( M E S D E A G O S T O )

C A

U D

A L

H I D R O G R A M A D E C R E C I E N T E

R I O X X E N S I T I O Z Z C R E C I E N T E D E L

M E S D E A G O S T O D E 1 9 7 3

Caudal constante de 4 m3/sdurante 6 segundos

0

1

2

3

4

5

0 1 2 3 4 5 6 7Tiempo (segundos)

Ca

ud

al

(m3/s

)

Volumen escurrido =

4 m3/s x 6 seg. = 24 m3

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

TIEMPO (horas)

VOLUMEN ESCURRIDO

La ecuación hidrológica: S = I - O

S = Diferencia de almacenamiento en el reservorio para un determinado intervalo de tiempo seleccionado.

I = Sumatoria de las entradas de agua al reservorio durante el intervalo de tiempo seleccionado.

O = Sumatoria de las salidas de agua al reservorio durante el intervalo de tiempo seleccionado.

Caudal variable durante 6 segundos

0

1

2

3

4

5

0 1 2 3 4 5 6 7Tiempo (segundos)

Ca

ud

al

(m3/

s)Volumen escurrido =

(6 seg. x 4 m3/seg.) / 2 = 12 m3

I

O

I > O

S --> +

Vol i

S = Vol. f - Vol i

Vol f S

Para el caso de un reservorio tal como un embalse, las entradas y salidas de agua son de diversa índole.

I < O

S = Vol. f - Vol i

S --> -

I

O

S

Vol f

Vol i

I = O

S = Vol. f - Vol i

S = 0

I

O

Vol f = Vol i

S = 0

Embalse

Siembra

Población

Precipitación

Evaporacion

Embalse

Q e

Q s

Q ab

Q r

Q t

I = Vol. prec. + Vol. Qe + Vol. Q t

O = Vol. evap.+ Vol. Qs + Vol. Qr + Vol.Q ab