Instituto Universitario Politécnico

“Santiago Mariño”

Sede: Barcelona

Cátedra: Hidrología

Especialidad: Ing. Civil

HIDROLOGIA

Profesora: Bachilleres:

Jiménez Yonetzy C.I: 20.632.415

González joselyn C.I: 21.436.028

Soto Rosangela C.I: 20.053.581

Lastra Maholi C.I: 24.225.458

Cabrera Héctor C.I: 19.963.348

Pérez Withneidy C.I 21.035.328

Gómez José CI:

Sección: CN

Barcelona, Noviembre 2013

INTRODUCCION

El ciclo del agua, o Ciclo Hidrológico, explica el campo de aplicación de la Hidrología y

su relación con otras disciplinas como son la Meteorología, la Oceanografía, la Hidráulica,

la Geotecnia, y las Ciencias naturales, etc.

Las personas interfieren el ciclo del agua para sus propias necesidades, el agua es

desviada temporalmente de una parte del ciclo, ya sea extrayéndola del suelo o

tomándola de un río o lago, esa agua es usada para diversas actividades en el hogar, los

negocios y en las industrias; para el transporte de los desechos a través de las cloacas;

para la irrigación de fincas y plazas; y para la producción de energía eléctrica.

DESARROLLO

Fenómenos Hidrológicos

Los fenómenos hidrológicos son aquellos que tienen una relación directa

con el agua líquida, evaporada o sólida; estos tipos de fenómenos naturales

pueden tomar lugar en los lagos, ríos, lagunas, mares y en los océanos; estos

tipos de fenómenos naturales si se presentan en altamar, pueden voltear las

embarcaciones o navíos enormes; pero la fuerza es mucho más destructiva en las

costas de las playas o bahías de un país o estado; estos desastres no solo

devastan la vida humana, también la vida marina y la terrestre.

Desastres generados por fenómenos hidrológicos

Inundación : Invasión lenta o violenta de aguas de río, lagunas o lagos, debido a

fuertes precipitaciones fluviales o rupturas de embalses, causando daños

considerables. Se pueden presentar en forma lenta o gradual en llanuras y de

forma violenta o súbita en regiones montañosas de alta pendiente.

Sequías : Deficiencia de humedad en la atmósfera por precipitaciones pluviales

irregulares o insuficientes, inadecuado uso de las aguas subterráneas, depósitos

de agua o sistemas de irrigación.

Heladas : Producida por las bajas temperaturas, causando daño a las plantas y

animales.

Tormentas : Fenómeno atmosférico producido por descargas eléctricas en la

atmósfera.

Granizada : Precipitación de agua en forma de gotas sólidas de hielo.

Tornados : Vientos huracanados que se producen en forma giratoria a grandes

velocidades.

Huracanes : Son vientos que sobrepasan más 145 mph como consecuencia de la

interacción del aire caliente y húmedo, que viene del océano o Atlántico, con el

aire frío.

Ciclo hidrológico

El ciclo hidrológico o ciclo del agua es el proceso de circulación agua entre

los distintos compartimentos de la hidrósfera, se trata de un ciclo en el que hay

una intervención de reacciones químicas, y el agua se traslada de unos lugares a

otros o cambia de estado físico.

El agua de la hidrósfera procede de la desgasificación del manto, donde

tiene una presencia significativa, por los procesos del vulcanismo. Una parte del

agua puede reincorporarse al manto con los sedimentos oceánicos de los que

forma parte cuando éstos acompañan a la litosfera en subducción.

La mayor parte de la masa del agua se encuentra en forma líquida, sobre

todo en los océanos y mares y en menor medida en forma de agua subterránea o

de agua superficial por ejemplo en los ríos y arroyos, el segundo compartimento

por su importancia es el del agua acumulada como hielo sobre todo en

los casquetes glaciares antártico y groenlandés, con una participación pequeña de

los glaciares de montaña, sobre todo de las latitudes altas y medias, y banquisa.

Por último, una fracción menor está presente en atmósfera como vapor o,

en estado gaseoso, como nubes, esta fracción atmosférica es sin embargo muy

importante para el intercambio entre compartimentos y para la circulación del

agua, de manera que se asegura un suministro permanente a las regiones de la

superficie continental alejadas de los depósitos principales.

Fases del ciclo hidrológico:

El ciclo del agua tiene una interacción constante con el ecosistema ya que

los seres vivos dependen de esta para sobrevivir, y a su vez ayudan al

funcionamiento del mismo. Por su parte, el ciclo hidrológico presenta cierta

dependencia de una atmósfera poco contaminada y de un grado de pureza del

agua para su desarrollo convencional, y de otra manera el ciclo se entorpecería

por el cambio en los tiempos de evaporación, condensación.

Los principales procesos implicados en el ciclo del agua son:

Evaporación : El agua se evapora en la superficie oceánica, sobre la superficie y

por los organismos, en transpiración en plantas y sudoración en animales.

Los seres, especialmente las plantas, contribuyen con un 10 % al agua que se

incorpora a la atmósfera. En el mismo capítulo podemos situar la sublimación,

cuantitativamente muy poco importante, que ocurre en la superficie helada de los

glaciares o la banquisa.

Condensación : El agua en forma de vapor sube y se condensa formando

las nubes, constituidas por agua en pequeñas gotas.

Precipitación : Se produce cuando las gotas de agua que forman las nubes se

enfrían acelerándose la condensación y uniéndose las gotitas de agua para formar

gotas mayores que terminan por precipitarse a la superficie terrestre en razón a su

mayor peso. La precipitación puede ser sólida (nieve o granizo) o líquida (lluvia).

Infiltración : Ocurre cuando el agua que alcanza el suelo, penetra a través de

sus poros y pasa a ser subterránea. La proporción de agua que se infiltra y la que

circula en superficie (escorrentía) depende de la permeabilidad del sustrato, de la

pendiente y de la cobertura vegetal. Parte del agua infiltrada vuelve a la atmósfera

por evaporación o, más aún, por la transpiración de las plantas, que la extraen con

raíces más o menos extensas y profundas. Otra parte se incorpora a los acuíferos,

niveles que contienen agua estancada o circulante. Parte del agua subterránea

alcanza la superficie allí donde los acuíferos, por las circunstancias topográficas,

intersecan (es decir, cortan) la superficie del terreno.

Escorrentía : Este término se refiere a los diversos medios por los que el agua

líquida se desliza cuesta abajo por la superficie del terreno. En los climas no

excepcionalmente secos, incluidos la mayoría de los llamados desérticos, la

escorrentía es el principal agente geológico de erosión y de transporte

de sedimentos.

Circulación subterránea : Se produce a favor de la gravedad, como la escorrentía

superficial, de la que se puede considerar una versión. Se presenta en dos

modalidades:

a) Primero, la que se da en la zona vadosa, especialmente en rocas certificadas,

como son a menudo las calizas, y es una circulación siempre pendiente abajo.

b) Segundo, la que ocurre en los acuíferos en forma de agua intersticial que llena

los poros de una roca permeable, de la cual puede incluso remontar por

fenómenos en los que intervienen la presión y la capilaridad.

Fusión : Este cambio de estado se produce cuando la nieve pasa a estado líquido

al producirse el deshielo.

Solidificación : Al disminuir la temperatura en el interior de una nube por debajo

de 0 °C, el vapor de agua o el agua misma se congelan, precipitándose en forma

de nieve o granizo, siendo la principal diferencia entre los dos conceptos que en el

caso de la nieve se trata de una solidificación del agua de la nube que se presenta

por lo general a baja altura, al irse congelando la humedad y las pequeñas gotas

de agua de la nube, se forman copos de nieve, cristales de hielo polimórficos (es

decir, que adoptan numerosas formas visibles al microscopio), mientras que en el

caso del granizo, es el ascenso rápido de las gotas de agua que forman una nube

lo que da origen a la formación de hielo, el cual va formando el granizo y

aumentando de tamaño con ese ascenso.

Cuando sobre la superficie del mar se produce una manga de agua (especie de

tornado que se produce sobre la superficie del mar cuando está muy caldeada por

el sol) este hielo se origina en el ascenso de agua por adherencia del vapor y agua

al núcleo congelado de las grandes gotas de agua.

El proceso se repite desde el inicio, consecutivamente por lo que nunca se

termina, ni se agota el agua.

Una estación hidrológica

Es el lugar donde se efectúan observaciones hidrológicas o climatológicas

para fines hidrológicos.

Una estación meteorológica es una instalación destinada a medir y

registrar regularmente diversas variables meteorológicas. Estos datos se utilizan

tanto para la elaboración de predicciones meteorológicas a partir de modelos

numéricos como para estudios climáticos.

Cómo funciona:

La mayor parte de la estación meteorológica está automatizada requiriendo

un mantenimiento ocasional. Existen observatorios meteorológicos sinópticos, que

cuentan con personal (observadores), de forma que además de los datos

anteriormente señalados se pueden recoger aquellos relativos a nubes, visibilidad

y tiempo presente y pasado. La recogida de estos datos se denomina

observaciones sinópticas.

Para la medida de variables en mares y océanos se utilizan sistemas

dispuestos en boyas meteorológicas.

Otras instalaciones meteorológicas menos comunes disponen de

instrumental de sondeo remoto como radar meteorológico para medir la

turbulencia atmosférica y la actividad de tormentas. Estas y otras variables pueden

obtenerse mediante el uso de globos sonda.

Los instrumentos comunes y variables de una estación hidrológica

Termómetro: Instrumento que mide la temperatura en diversas horas del día.

Termómetros de subsuelo (geotermómetro) para medir la temperatura a 5, 10, 20,

50 y 100 cm de profundidad.

Termómetro de mínima junto al suelo, mide la temperatura mínima a una distancia

de 15 cm sobre el suelo.

Termógrafo: registra automáticamente las fluctuaciones de la temperatura.

Barómetro: medida de presión atmosférica en la superficie.

Pluviómetro: medida de la cantidad de agua caída sobre el suelo en forma de

lluvia, nieve o granizo.

Psicrómetro o higrómetro: medida de la humedad relativa del aire y la del punto

de rocío.

Piranómetro: medida de la radiación solar global (directa + difusa).

Heliógrafo: medida de las horas de luz solar.

Anemómetro: medida de la velocidad del viento.

Veleta: indica la dirección del viento.

Nefobasímetro: medida de la altura de las nubes, pero sólo en el punto donde

éste se encuentre colocado.

Limnígrafo

Pluviógrafo

Higrógrafo

Evaporímetro

Lisímetro

Relación entre la hidrología y construcción civil

Se acepta que la Ingeniería Hidráulica es la rama de la Ingeniería Civil que se

ocupa de planificar, proyectar y construir las obras hidráulicas, entendiéndose que

son éstas las que cumplirán la función de captar, conducir, regular y protegernos

de las aguas. Cualquier obra civil, cuyas dimensiones y características hayan sido

establecidas atendiendo principalmente a criterios y normas hidráulicas e

hidrológicas, es una obra o proyecto hidráulico.

De esta forma, el uso de la Hidrología en la Ingeniería Civil, es fundamental para

el planeamiento, diseño y operación de los proyectos hidráulicos, pues es el que

se orienta hacia los parámetros hidrológicos de diseño. Sin embargo, dada la

dependencia de esta ciencia de los aspectos meteorológicos y ambientales, los

resultados deberán ser considerados como estimados en muchos casos y por lo

tanto será necesario complementar las incertidumbres con métodos

probabilísticos.

Si el diseño en Ingeniería Civil se orienta al uso del agua con fines de

Aprovechamiento, la Hidrología es empleada, por ejemplo, para estimar la

posibilidad o no de realizar el abastecimiento de demandas de agua en una

población, desde fuentes superficiales (Ríos, lagos) o Subterráneas.

Entre los usos más comunes del agua con fines

de Aprovechamiento se destacan

Abastecimiento Urbano: Es el uso asociado a la satisfacción de los

requerimientos futuros de Demanda de agua para consumo doméstico, uso

público, comercial, e industrial, principalmente. Una vez que se ha determinado el

valor de la Demanda de agua, los métodos de la Hidrología permiten realizar el

análisis de la fuente que va a suministrarla. El estudio hidrológico incluye aquí el

análisis de Caudales Medios y Mínimos en la fuente, entre otros.

Riego Agrícola: Mediante el aprovechamiento del agua se garantiza la oferta de

agua necesaria en el suelo para garantizar el crecimiento de las plantas

empleadas en la producción agrícola (consumo consuntivo). Los estudios

hidrológicos en este uso se centran en el análisis del Clima, Evapotranspiración y

Lluvia en períodos cortos.

Hidroelectricidad: Este es el caso en que se captan caudales de corrientes

superficiales (ríos) y se aprovechan las diferencias de cota para generar energía

eléctrica a través de la transformación de la energía hidráulica. Para este tipo de

Proyectos de Ingeniería Civil, los estudios hidrológicos determinan la capacidad

que tiene la fuente para suministrar la demanda de energía, analizan las

magnitudes de las crecientes que pueden atacar a las obras civiles y cuantifican

los procesos de sedimentación y determinan las condiciones de la descarga.

Otro de los usos del agua es cuando se realizan obras de Protección,

entre las que podríamos mencionar

Control de Crecidas: Comprende las obras y acciones encaminadas a impedir

los daños que ocasionan los desbordamientos de aguas en los ríos u otros

cuerpos superficiales en centros urbanos, plantaciones, etc.

Control de Erosión: Consiste en impedir la acción erosiva del agua, tanto en

cauces como en el suelo.

Con las obras de Protección, la Hidrología da a la Ingeniería Civil los métodos que

analizan los regímenes de caudales medios y extremos (máximos) de las

corrientes de agua en los tramos de influencia de las obras viales, en las zonas

que requieren de alcantarillados de aguas lluvias, y en las zonas inundables

adyacentes a los cauces.

Finalmente, sean Obras de Aprovechamiento o de Protección, podremos pensar

que los métodos de la Hidrología recolectan y procesan información histórica,

programan y ejecutan actividades de campo en topografía, batimetrías, aforos

líquidos y sólidos, toma y análisis de muestras de sedimentos, entre otros. Los

resultados de éstos producen información sobre los siguientes aspectos:

Características climatológicas y morfométricas de las zonas: que tienen

influencia sobre el área del proyecto Civil.

Selección y capacidad de la fuente que suministrará el caudal: que se

entregará a los beneficiarios del proyecto.

Magnitud de los eventos extremos (Crecientes y Sequías): que pueden poner

en peligro la estabilidad de las obras civiles, o a los procesos de navegación o el

suministro confiable de agua a los usuarios.

Transporte de sedimentos hacia las obras de captación y almacenamiento, o

erosión de cauces naturales.

El Tiempo Atmosférico y la Hidrología

•La atmósfera

•Radiación solar y terrestre

•La temperatura

•Vientos

•Circulación General de la atmósfera

•Humedad atmosférica

•Agua Precipitable

Definición de precipitación

La precipitación es cualquier forma de hidrometeoro que cae de la atmósfera y

llega a la superficie terrestre, cualquier tipo de agua que cae sobre la superficie de

la tierra. Las diferentes formas de precipitación incluyen lloviznas, lluvia, nieve,

granizo, agua nieve, y lluvia congelada.

Es una parte importante del ciclo hidrológico, responsable del depósito de agua

dulce en el planeta y, por ende, de la vida en nuestro planeta, tanto de animales

como de vegetales, que requieren del agua para vivir, esta es generada por

las nubes, cuando alcanzan un punto de saturación; en este punto las gotas de

agua aumentan de tamaño hasta alcanzar el punto en que se precipitan por la

fuerza de gravedad.

Es posible inseminar nubes para inducir la precipitación rociando un polvo fino o

un químico apropiado (como el nitrato de plata) dentro de la nube, acelerando la

formación de gotas de agua e incrementando la probabilidad de precipitación,

aunque estas pruebas no han sido satisfactorias, prácticamente en ningún caso.

Tipos de precipitación

Precipitación ciclónica: es la que esta asociada al paso de una perturbación

ciclónica.

Precipitación frontal: ocurre cuando dos masas de aire de distintas presiones,

tales como la fría (más pesado) y la cálida (más liviana) chocan una con la otra.

Precipitación convectiva : se produce generalmente en regiones cálidas y masas

de aire cálidas, al ascender en altura, se enfrían, generándose de esta manera la

precipitación.

Precipitación orográfica :  es la que se genera durante el ascenso de una nube

sobre un relieve como lo son las montañas y las cordilleras. Esto ocurre porque el

vapor de agua se eleva demasiado y su temperatura baja lo suficiente como para

precipitar en forma liquida

Distribución espacial y temporal de la precipitación

Temporal: la variación anual de las precipitaciones se da en el ámbito de un año,

en efecto siempre hay meses en que las precipitaciones son mayores que en

otros. Para evaluar correctamente las características objetivas del clima, las

precipitaciones mensuales deben haber sido observadas por un periodo de por lo

menos 20  a 30 años, lo que se llama un periodo de observación largo.

Espacial: la distribución espacial de la precipitación sobre los continentes es muy

variada, donde las precipitaciones son extremadamente escasas y otras muy

húmedas; la orografía del terreno influye fuertemente en las precipitaciones. Una

elevación del terreno provoca muy frecuentemente un aumento local de las

precipitaciones, al provocar la ascensión de las masas de aire saturadas de vapor

de agua.

Medición de la precipitación

La precipitación se mide mediante instrumentos diseñados para calcular la

precipitación llamados pluviómetros o nivómetros.

La precipitación líquida se mide utilizando pluviómetros, el vapor medido es la

profundidad de agua producida por una precipitación. Se calcula midiendo el agua

que cae sobre un metro cuadrado de superficie durante 24 horas y expresando

esa cantidad en litros por metro cuadrado.

Un sencillo pluviómetro sería un cilindro con un embudo para recoger el agua. El

embudo no se coloca en la parte superior del cilindro ya que además de recoger el

agua debe estar colocado de manera que dificulte la evaporación del agua

recogida.

Curvas de doble masa

Análisis de doble masa: el método de doble masa considera que en una

zona meteorológica homogénea, los valores de precipitación que ocurren en

diferentes puntos de esa zona en periodos anuales o estacionales, guardan una

relación de proporcionalidad que puede representarse gráficamente.

Con el método de doble masas además de detectar inconsistencias en la

información permite corregirlas, se analiza la consistencia de una serie de valores

de algún elemento hidrometeorológico medido en la estación "X". Con base en los

datos tomados en otra estación o grupo de estaciones "Y", situadas en una zona

climática similar y cuya homogeneidad haya sido verificada. Este. Sistema de

homogeneización de series se utiliza cuando puede suceder un cambio relativo en

la variable observada, medida o registrada en una estaci6n meteorológica.

El método puede ser aplicado también, con mucho éxito en la interpelación

para el relleno de datos faltantes y la extrapolación para extender una serie

incompleta al periodo de comparaci6n (normalmente de 30 años).

Métodos para la determinación de la precipitación media sobre un área

Método de la Media Aritmética:

Consiste en realizar la suma del valor registrado en cada una de las estaciones

pluviométricas y/o pluviográficas del área en estudio y dividirla por el número total

de estaciones analizadas, siendo el valor así hallado la lluvia media.

Se trata de un método de resolución rápida de que conlleva un grado de

precisión muy relativo, el cual depende de: el número de estaciones pluviométricas

y/o pluviográficas, la forma en que estén localizadas y la distribución de la lluvia

estudiada. Es el único método que no requiere de un conocimiento previo de la

ubicación de cada estación. El valor buscado se calcula haciendo:

Método de los Polígonos de Thiessen:

Para aplicar este método se requiere conocer la ubicación de cada estación

dentro o en la periferia de la cuenca, identificando el área de influencia de cada

pluviómetro. Así se van formando triángulos entre las estaciones más cercanas

uniéndolas con segmentos rectos sin que éstos se corten entre sí y tratando que

los triángulos sean lo más equiláteros posibles.

A partir de allí se trazan líneas bisectores perpendiculares a todos los lados de

los triángulos, las que al unirse en el baricentro de cada triángulo conforma una

serie de polígonos que delimitan el área de influencia de cada estación. El área de

influencia de cada estación considerada (polígono) está comprendida

exclusivamente dentro de la cuenca.

Método de las Curvas Isohietas:

Para aplicar este criterio se debe contar con un plano de curvas isohietas de la

tormenta en estudio. Las isohietas son curvas que unen puntos de igual valores de

lluvia y para trazarlas se requiere un conocimiento general del tipo de tormentas

que se producen en las zonas de precipitaciones orográficas. Primeramente, se

utilizan los mismos segmentos que unen las estaciones en estudio, según

Thiessen; y para cada uno de ellos, en función de los montos de lluvia de dichas

estaciones, se van marcando sobre los mismos, los valores de lluvia con el cual se

irán formando las isohietas.

Análisis de altura, duración, y área

Intensidad – Duración – Frecuencia (IDF) de tormentas se utiliza para el diseño

de estructuras hidráulicas, en zonas con escasa información hidrológica, como la

Región Central de Venezuela (Estados Aragua, Carabobo y Cojedes), hay que

hacer uso del análisis regional.

Esta investigación tiene por objeto establecer modelos regionales que

reemplacen al análisis IDF tradicional para estimar dichas intensidades. Se utilizan

los registros pluviográficas disponibles de 14 estaciones distribuidas sobre la

región en conexión con modelos de correlación y regresión, y la Ecuación General

de Frecuencias, los resultados se presentan como expresiones matemáticas para

calcular la intensidad I en función del período de retorno T y la duración D y

expresiones lineales para calcular los parámetros μ y σ (de la ecuación general de

frecuencias).

La correlación obtenida es muy buena, con coeficientes de correlaciones

mayores que 0.99, indicando que los modelos se pueden utilizar como una

herramienta útil y confiable para estudios preliminares en la región Central de

Venezuela.

Ciertos análisis hidrológicos requieren de la estimación de intensidades o alturas

de precipitación para duraciones y frecuencias preestablecidas. Dichos datos

generalmente se encuentran disponibles en forma de tablas, gráficos o mapas.

Una tormenta o lluvia de diseño se especifica a través de sus parámetros

Intensidad, Duración y Frecuencia, ya sea expresadas como magnitudes o

relacionadas en un modelo matemático.

Procesamiento de datos

Se ha elaborado un sistema para el procesamiento de datos hidroclimatologicos

que permite en primer lugar, obtener y ordenar en bases de datos la información

primaria, calcular distintos parámetros y recuperar datos faltantes; y por otra parte,

correlacionar e integrar dicha información con parámetros hidroquimicos,

obteniendo diversos estadígrafos, gráficos en función del tiempo; así como la

determinación de la denudación química y el balance hídrico.

El sistema resulta útil para el manejo de grandes volúmenes de información

periódica y no periódica de la red nacional hidrometeorológico y de estaciones

experimentales y permite reducir en más de un 90% el tiempo de trabajo y los

errores que generaba el procesamiento manual,

Pluviometría en Venezuela

En Venezuela, existen dos períodos bien diferenciados, uno lluvioso de mayo

hasta octubre y uno seco desde noviembre hasta abril. Generalmente, los meses

de noviembre y abril son de transición entre estas épocas, durante la temporada o

período seco, la mayor parte del Norte de Venezuela, está bajo la influencia de la

zona de los alisios del Noreste, con sus campos anticiclónicos en la altura.

La divergencia del flujo resultante origina subsidencia de las masas de aire,

provocando fuertes inversiones de temperatura en la altura, las llamadas

“inversiones de los alisios”. En las últimas décadas se ha venido observando en el

país la frecuencia de ocurrencia de eventos extremos lluviosos durante la época

seca, los cuales han generado pérdidas significativas de vidas y bienes.

Históricamente se reconoce que las regiones Central (especialmente en los

estados Vargas y Miranda), Centro Occidental y Los Andes, son las más afectadas

por estos fenómenos pluviométricos, registrándose como desastres más

prominentes en cuanto a pérdidas materiales y humanas, el de diciembre 1999

(estado Vargas) y el de febrero 2005 (Santa Cruz de Mora- estado Mérida).

Corriente Superficial

Son las corrientes que se ven afectadas por los vientos predominantes, que les

transmiten gran cantidad de energía, y por la acción giratoria de la Tierra,

generando corrientes circulares o en forma de espiral.

Estas corrientes influyen mucho en el clima regulando las temperaturas de las

regiones por donde pasan.

Definición de caudal

Es el volumen de agua que circula por el cauce de un río en un lugar y tiempo

determinados, se refiere fundamentalmente al volumen hidráulico de la escorrentía

de una cuenca hidrográfica concentrada en el río principal de la misma.

Medición:

Suele medirse en m³/seg lo cual genera un valor anual medido en m³ o en Hm³

(hectómetros cúbicos: un Hm³ equivale a un millón de m³) que puede emplearse

para planificar los recursos hidrológicos y su uso a través de embalses y obras de

canalización.

Patrón de Drenaje:

Los patrones de drenajes son configuraciones en las redes hídricas que

presentan ciertos arreglos geométricos o irregulares, que permiten reaccionar con

sus propiedades hidrológicas o geohidrologicas (superficial o subterráneo).

Tipos de patrones de drenajes:

Dendrítico: Sugiere un arreglo de las nervaduras de una hoja de árbol, puedes

estar asociado con propiedades del material muy heterogéneas.

Pinado: En forma de pino, los drenes rectos o semirrectos pueden ocurrir donde

hay presencia de materiales limo-arcillosos.

Paralelo: Son redes hídricas muy ligadas a fracturas o a estratos duros muy

rectos.

Rectangular: Por lo general ocurre en rocas muy duras y compactas, afectadas

por fracturas o fallas. (Granitos, gneises, basaltos en bloques, cuarcitas.).

Angular: Ocurre algo parecido a la anterior en la intersección de fracturas, pero

en este caso el material es mas frágil y quizás circundado por material ligeramente

mas resistente.

Subparaleló: Aquí tiene que ver con paquetes de rocas sedimentarias plegadas y

alineadas en largos tramos por una tendencia regional de plegamiento. Arenisca y

Lutitas.

Anular: En forma de anillos concéntricos, estos drenajes tienen su origen en

levantamientos de tierra o abombamientos por efectos tectónicos y hacen que los

arroyos y ríos se vayan desviando y juntando con otros de mayor grado.

Están se presentan en rocas ígneas intrusivas, aunque también en zonas de

depósitos recientes afectadas por diapiros de sal o yesos.

Trellis: Semejan el arreglo de una planta de vid, se forman a ángulos casi rectos

pero con menor alineación preferencial. Se presentan en rocas más bien suaves y

moderadamente consolidadas.

Artificial: Es el arreglo debido a la intersección de canales de riesgo.

Hidrógrama

El Hidrógrama es un gráfico que muestra la variación en el tiempo de alguna

información hidrológica tal como: nivel de agua, caudal, carga de sedimentos,

entre otros. Para un río, arroyo, rambla o canal, si bien típicamente representa el

caudal frente al tiempo; esto es equivalente a decir que es el gráfico de la

descarga (L3/T) de un flujo en función del tiempo. Éstos pueden ser Hidrógrama

de tormenta e Hidrógrama anuales, los que a su vez se dividen en perennes y en

intermitentes.

Hidrógrama

de tormenta debido a la lluvia recibida en la cuenca.

Permite observar:

- Las variaciones en la descarga a través de una tormenta, o a través del año

hidrológico:

- El pico de escorrentía (caudal máximo de la avenida);

- El flujo de base o aporte de las aguas subterráneas al flujo; o,

- Las variaciones estacionales de los caudales si se grafica un período de

uno o varios años.

Un mm de precipitación significa que en una superficie de un m² ha caído un

litro de agua de lluvia (1L/m²).

Los hidrógrama son útiles, entre otras cosas, para comparar los tiempos de

descarga y caudales pico de varias corrientes o cuencas hidrográficas, para así

conocer las diferencias entre sus capacidades de respuesta ante avenidas.

Hidrógrama Unitario: Curva básica de respuesta a una unidad de precipitación

que describe la forma en que una cuenca devuelve un ingreso de lluvia distribuido

en el tiempo. Se basa en el principio de que dicha relación entrada-salida es lineal,

es decir, que pueden sumarse linealmente. Se construye con base en un

"Hidrógrama en S" que a su vez se construye desglosando varias tormentas y sus

Hidrógrama reales producidos.

Hidrógrama Sintético: Hidrógrama unitario estimado de acuerdo con fórmulas

que incluyen parámetros físicos de la cuenca en estudio como área, longitud del

cauce principal, pendiente promedio y otros. Son los hidrógrama sintéticos más

conocidos: el Triangular del USDA, el de Schneider, el de Clark.

Análisis de Hidrógrama

La forma de un hidrógrama depende de la intensidad, duración y

distribución de la lluvia que lo produce, y de factores geométricos y geológicos

propios del área que contribuye a alimentar el caudal de la corriente. Veamos

cuales son las componentes de la precipitación que tienen efecto sobre la forma

del Hidrógrama antes de estudiar las características del área vertiente.

Distribución de la   Precipitación sobre un suelo

La precipitación total (P) que cae sobre un área determinada en un tiempo t estima

a partir de registros pluviométricos utilizando los métodos que se explican en el

Capítulo de Precipitaciones. El valor de P puede considerarse como constituido de

diferentes componentes cuya importancia se analiza enseguida con ayuda de la

Figura No. II-11.

Figura No. II-11Diagrama esquemático de la distribución de la precipitación sobre

un suelo

 

Supóngase, para mayor claridad, que la intensidad de

precipitación (i) es constante durante el tiempo t, y que la escala de

tiempos en la Figura No. II-11 puede dividirse en2 partes limitadas por

los valores ta, t b, tc. Sea t = ta la hora de comienzo de la lluvia.

Entre  lluvia que cae se consume totalmente en intercepción, detención almacena

miento en depresiones, humedad del suelo y precipitación directa la corriente de

que sirve de drenaje al área considerada.

1. Intercepción: Comprende el volumen de lluvia que no alcanza a llegar al suelo

porque cae sobre las hojas de los árboles, edificios, etc. de donde se evapora

posteriormente.

2. Detención   Superficial : Es volumen de agua que se almacena en charcos y

luego se evapora.

3. Humedad   del   suelo: Se refiere al volumen de agua que se infiltra y, antes de

alcanzar al nivel freático es removido del suelo por las raíces de las plantas o por

evaporación.

En   un   suelo   deben   distinguirse   2   zonas:

La zona saturada, la cual el volumen ocupado por los poros o vacíos que

existen entre los granos componentes del suelo está completamente lleno de

agua, y la zona no saturada en la cual ese volumen está ocupado por agua y aire.

La capa de suelo comprendida entre la superficie del terreno y un estrato

impermeable, o entre aquella y la superficie de un depósito de agua subterránea

no confinado es una zona no saturada en la cual la humedad se presenta en las

siguientes formas:

• Humedad higroscópica: Corresponde a la humedad que se adhiere firmemente

ala superficie de las partículas del suelo formando una película delgada. En

general, no es humedad disponible para las plantas.

• Humedad capilar: Una parte muy pequeña del agua que pertenece a la zona

saturada sube por efecto de capilaridad a través de los poros del suelo no

saturado. La humedad que se presenta en esta forma constituye la mayor fuente

de suministro de agua para las plantas porque puede ser extraída fácilmente

por las raíces.

• Humedad gravitacional: Se refiere al agua que se mueve verticalmente desde

la superficie del terreno hasta la zona saturada. Permanece en el suelo por algún

tiempo relativamente corto.

Existen algunos índices que se utilizan como guías por Geólogos, Agrónomos e

Ingenieros para determinar el contenido de humedad de un suelo

Método de Medición para hidrógrama unitario

Métodos de Solución de la programación lineal

  Luego de la etapa de diseño del modelo de optimización lineal es necesario

solucionar el mismo. Para ello se utilizan diferentes métodos de solución.

Para llegar a la solución de un problema de Programación Lineal se utilizan

diferentes métodos de solución. Los más difundidos son: el método gráfico y

el Método Simplex. La solución de un problema de Programación Lineal utilizando

un procedimiento gráfico es posible si se tienen no más de dos variables.

El Método Simplex fue el primer método surgido para solucionar problemas

de Programación Lineal, por lo que se le considera el método de solución clásico

por excelencia. Teniendo en cuenta la filosofía de este método han surgido otros

métodos cuyas ventajas fundamentales se concentran en las posibilidades de los

mismos para ser programados por computadoras.

Método gráfico: El procedimiento gráfico comienza elaborando una gráfica que

muestre las soluciones posibles (valores X1 y X2). La gráfica tendrá valores los

valores X1 en el eje horizontal y los valores X2 en el eje vertical. El procedimiento

para hallar la solución gráfica consiste en lo siguiente:

Para cada inecuación del sistema de restricciones (medio espacio cerrado) se

toma la recta correspondiente y se determinan los interceptas con la gráfica. Si

la recta pasa por el origen del eje de coordenadas, el término independiente es

cero, entonces se traza la recta tomando el origen y otro punto determinado

dando un valor arbitrario a una de las variables.

Para determinar los puntos que satisfacen cada inecuación se sustituye un

punto cualquiera del espacio (se recomienda el origen cuyas coordenadas son

(0,0)), y de esta forma se determina si los puntos que satisfacen la misma

están hacia el lado que está el origen o hacia el lado contrario, señalando con

una flecha ese lado. Cuando la recta pasa por el origen entonces se toma otro

punto cualquiera pero que sean sencillos los valores de sus coordenadas, por

ejemplo, ( 0,1) , (1,0 ), (1,1), etc.

Luego se determina la región solución que es la región del plano que satisface

todas las restricciones al mismo tiempo y que debe estar en el primer

cuadrante. La figura formada es un poliedro convexo que tiene un conjunto de

puntos extremos.

Se busca el punto óptimo entre el conjunto de puntos extremos. Para eso se

sustituye cada par de puntos (X1, X2) de los puntos extremos en la función

objetivo y se calcula el valor de Z. Si se está maximizando el valor de la misma,

el punto óptimo será aquel que proporcione el valor mayor para Z y si el criterio

de optimización es de minimizar, entonces el punto óptimo será aquel que

proporcione el valor mínimo de Z.

Método Simplex

Constituye un procedimiento iterativo algebraico que resuelve cualquier

problema en un número finito de pasos. Fue elaborado por George

Dantzing en 1947.La concepción de este método ha facilitados que otros

especialistas del tema desarrollen otros métodos de solución con la misma

filosofía, pero más adecuados para la programación por computadoras. Para

explicar el método simplex es necesario definir un conjunto de conceptos básicos

necesarios para la comprensión del mismo.

Método de Medición para hidrógrama Sintético

Método del servicio de conversión de suelos

Este método, también llamado “número de curva” consta de dos partes. En

la primera de ellas se hace una estimación del volumen de escorrentía resultante

de una precipitación - escurrimiento directo, en la segunda se determina el tiempo

de distribución del escurrimiento, incluyendo el caudal de punta.

La estimación del escurrimiento

correspondiente a una lluvia, se hace con el

siguiente procedimiento:

Los datos de lluvia más

generalmente disponibles son los

totales medidos en pluviómetros y para tales datos se ha desarrollado la relación

lluvia - escorrentía. Esos datos son los totales de una o más tormentas que

ocurren en un día del calendario, y nada se sabe acerca de su distribución en el

tiempo, por eso es que la relación excluye al tiempo como la variable explícita.

Relacionando el escurrimiento con la lluvia se obtiene generalmente una relación

como la que indica la figura siguiente:

Para precipitaciones (P) menores que Ia, no tiene lugar el escurrimiento

superficial (Q). Ia consiste principalmente en pérdidas por intercepción,

almacenamiento en depresiones e infiltración, antes de que se produzca el

escurrimiento.

Para cantidad de lluvia en aumento, la curva Q en relación con P se

aproxima asintóticamente a una línea recta paralela (S) se llama retención

potencial máxima, que es la máxima cantidad de lluvia que la cuenca puede

absorber. Como hay muchas curvas que cumplen la condición de pasar por el

punto (Ia, Q) y aproximarse asintóticamente a Q = P - S, se necesita definir otra

condición para establecer la forma de la curva.

Esto se hace estableciendo que la relación entre la retención real (P - Ia -

Q), y la retención potencial máxima (S) es igual a la relación entre la escorrentía

real (Q) y la escorrentía potencial máxima (P - Ia):

La experiencia práctica ha demostrado que Ia es aproximadamente el 20%

de la retención potencial máxima, así Ia = 0.2 S, por lo que la ecuación de

escurrimiento puede escribirse como:

El valor de S (en pulgadas) se relaciona con el número de curva de

escorrentía (CN) por la definición:

De lo cual se deduce que para zonas pavimentadas S será igual 0 y CN =

100, mientras que las condiciones en que no se produce escurrimiento superficial

S se hace infinito y CN = 0. La figura 1 presenta la ecuación de escorrentía en

forma gráfica para diferentes curvas

Para determinar el volumen de escurrimiento, debe hacerse una estimación

del valor de CN, el cual depende de características de la cuenca tales como uso

de la tierra, condiciones del suelo y condiciones de humedad de la cuenca en el

momento de ocurrir, la precipitación.

Relaciones nivel-caudal

La relación nivel de agua-caudal se utiliza para convertir registros de niveles de

agua en caudales. Estas relaciones deben revisarse periódicamente para asegurar

que la relación entre los caudales y los niveles de agua permanece constante. La

socavación del lecho del cauce o el depósito del sedimento en éste pueden causar

cambios en la curva de calibración, de tal manera que para un determinado nivel

de agua se tendrá un caudal diferente al registrado antes de producirse los

cambios morfológicos en la sección hidrométrica.

Las curvas de caudales (Q vs h) o curvas de calibración de las estaciones

hidrométricas ubicadas sobre un rio son calculadas para diferentes períodos de

vigencia, en los cuales las condiciones hidráulicas de la sección de aforo

permanecen sin una marcada variación.

Para hacer posible la determinación de estas curvas de calibración, la CVC realiza

periódicamente aforos líquidos, que sirven para establecer las condiciones

hidráulicas y así determinar los períodos de vigencia cada vez que cambien

significativamente las condiciones en el río.

Estudios que se realizan:

a) Histogramas de caudales medios mensuales multianuales.

b) Variación de caudales medios a lo largo del cauce.

c) Variación anual de caudales máximos, medios y mínimos.

d) Caudales mínimos y máximos históricos.

e) Variación anual de niveles de agua máximos, medios y mínimos.

f) Variación estacional de caudales.

g) Curvas de duración de caudales medios diarios.

Las curvas de duración de caudales básicamente indican el período en términos

de porcentaje del tiempo en que un determinado caudal es excedido o igualado en

magnitud.

Nivel de agua:

El nivel de agua es la altura 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 su lecho.

En general, debe ser medida con una exactitud de un centímetro, mientras que en

las estaciones de aforo que efectúan registros continuos la exactitud debe ser de

tres milímetros.

Importancia de medir el nivel del agua:

Las mediciones de los niveles de agua de los ríos, lagos o algún cuerpo de agua,

se usan directamente para la predicción de crecidas (máximas alturas de agua),

definir o delinear zonas con riesgo de inundación y para proyectar estructuras

(puentes u otras obras hidráulicas).

Cuáles son los instrumentos o equipos que miden el nivel del agua:

En las estaciones hidrométricas se cuenta con el limnímetro y limnígrafo.

Limnímetro:

El limnímetro es una regla graduada que permite medir las fluctuaciones del nivel

del agua.

Cuáles son las principales características que se debe cumplir en el

diseño del:

Limnímetro:

a) Deben ser precisos y estar claramente graduados.

b) Deben ser resistentes a la corrosión y de fácil mantenimiento.

c) Deben ser fáciles de instalar y utilizar.

d) Las graduaciones deberán ser claras y permanentes. Los números deberán ser

claramente legibles y estar situadas de tal manera que no haya ninguna

posibilidad de ambigüedad.

e) Para dar conformidad a su construcción, se deberá constatar que las

marcaciones de las subdivisiones tendrá una precisión de ± 0,5 mm y el error

acumulado de longitud no será superior al mayor de dos valores siguientes: 0,1

por ciento ó 0,5 milímetros.

f) Las miras limnimétrica que se tiene instalada en el SENAMHI tienen las

siguientes dimensiones, un espesor de 7 milímetros, 10 centímetros de ancho y 1

metro de largo como longitud adecuada (7mmx10cmx1m). Estas medidas son

estándares en la red del SENAMHI y las más recomendables.

Limnígrafo mecánico:

El limnígrafo es un aparato inscriptor provisto de un mecanismo de relojería y de

dispositivos que permiten registrar las alturas de agua de forma continua. A

continuación se describe en forma sencilla al limnígrafo:

Está conformado por: Un flotador (1) y contrapeso (2) los cuales con un cable (3)

son

Conectados al dispositivo de reducción (4), el que acciona el husillo con ranuras

helicoidales (5), sobre el cual juega el dispositivo porta plumilla con plumilla (6) y

un tambor (7), que está colocado sea horizontalmente o verticalmente.

Características funcionales del limnígrafo

a) Deberá funcionar satisfactoriamente en las condiciones ambientales

predominantes de temperatura y humedad relativa, correspondiente a las

condiciones locales.

b) Todas las partes del limnígrafo estarán fabricadas en material resistente a la

en condiciones de utilización a la intemperie.

El limnígrafo estará colocado dentro de una caseta resistente a la humedad, al

polvo y a la intemperie. La caja tendrá una ventana que permita el control visual

del limnígrafo sin necesidad de abrirla.

d) La tapa tendrá una ventana que permita el control visual del limnígrafo sin

necesidad de abrirla.

e) El error límite de las mediciones del tiempo no debe pasar ± 30 segundos por

día (s/d) en promedio, durante un periodo de 30 días por lo menos.

f) Habrá un sistema de ajuste del movimiento para permitir la regulación con las

condiciones de precisión.

g) El papel utilizado deberá mantenerse estable dentro de unos límites

relativamente estrechos en toda la gama de condiciones previstas de temperatura

y humedad.

h) Si se utiliza una pluma con tinta ésta deberá producir un trazo fácilmente legible

sin corrimiento. Si se utiliza un lápiz tendrá la dureza adecuada para producir un

trazo legible.

i) El reloj del limnígrafo debe ser intercambiable, con un sistema fácil para ser

desmontado y transportado.

j) Errores de funcionamiento: generalmente, es causada por una variación de la

profundidad de flotación del flotador cuando el nivel cambia con rapidez y con él

cambia el peso del cable del flotador; también la falla puede darse por expansión y

contracción del papel, y cuando se utiliza cable de flotador que no reúne las

Características de diseño.

Limnigrama:

Glosario Hidrológico Internacional de la OMM/UNESCO (1994), define al

limnigrama como:

a) Registro continúo del nivel de agua por medio de un limnígrafo,

b) Representación gráfica o no, de la variación del agua en función del tiempo.

Estación hidrológica

Es el lugar donde se efectúan observaciones hidrológicas o climatológicas para

fines hidrológicos.

Clasificación las estaciones hidrológicas de observación

a) Estaciones hidrométricas

b) Estaciones climatológicas para fines hidrológicos

c) Estaciones de agua subterránea

d) Estaciones hidrológicas para propósitos específicos

Estación hidrométrica

El Glosario Hidrológico Internacional (1994), define a la estación hidrométrica

como el lugar de observación en la cual se obtienen datos sobre el agua de ríos,

lagos o embalses. En una estación hidrométrica se deberá observar uno o más de

los elementos que se citan a continuación se detalla:

a) El nivel de agua de los ríos, lagos y embalses;

b) El caudal o flujo de las corrientes;

c) Transporte o depósito de sedimentos o ambos;

d) La temperatura y otras propiedades físicas del agua de un río, lago y embalses;

e) Las características y extensión de la capa de hielo de los ríos, lago o embalse;

f) Las propiedades químicas del agua de los ríos, lagos y embalses.

Aforo de caudales

Es el conjunto de operaciones para determinar el caudal en un curso de agua

para un nivel de observación.

Estación de aforos

Es el lugar en un curso de agua en el que se hacen con regularidad mediciones

del nivel y caudal. Se debe conseguir que todas las estaciones hidrométricas sean

de aforos.

Estación hidrológica automática

Una estación automática es aquella que consta de sensores que registran

automáticamente variables hidrometeorológicas (precipitación, niveles, entre otras)

y que son transmitidos vía satélite a una estación codificadora específica.

Criterios se debe tener para seleccionar un emplazamiento o sitio para

su instalación

La selección de un sitio ideal para una estación de aforo, debe basarse en los

siguientes criterios:

a) El tramo a escoger deberá tener en lo posible en un tramo recto unos 100

metros aguas arriba y debajo de la estación de aforo.

b) La corriente total debe estar confinada en un solo cauce para todos los niveles y

pueden existir corrientes subterráneas.

c) El lecho del río no debe estar sujeto a socavaciones ni a rellenos y debe estar

libre de plantas acuáticas.

d) Las orillas deben ser permanentes, lo suficientemente altas para contener las

crecidas y deben estar libres de arbustos.

e) Deben haber controles naturales inalterables: afloramiento de rocas en el fondo

o un cañón estable durante el estiaje, y un cauce encajonado para las crecientes

caídas o cascadas, insumergible en todos los niveles de manera de tener una

relación estable entre el nivel y el caudal. Si no hay condiciones naturales

satisfactorias para un control de aguas bajas, se debe prever la instalación de un

control artificial.

f) Se debe disponer de un sitio conveniente para alojar el limnígrafo,

inmediatamente aguas arriba del control, y protegerlo contra posibles daños por

los escombros llevados por las aguas durante las crecidas del río. El limnígrafo

debe estar por encima de toda crecida probable que pueda ocurrir durante el

período de vida de la estación; g) el sitio de aforo debe estar lo suficientemente

aguas arriba de la confluencia con otro río o de los efectos de la marea, para evitar

toda influencia variable que puedan ejercer sobre el nivel en el sitio de la estación.

g) Se debe disponer de una longitud de tramo suficiente para medir el caudal a

todos los niveles dentro de una razonable proximidad de la estación de aforo. No

es necesario que las mediciones para aguas altas y bajas se efectúen en la misma

sección transversal del río.

h) El sitio debe ser fácilmente accesible para facilitar la instalación y el

funcionamiento de la estación de aforo.

i) El sitio debe disponer de instalaciones de telemetría o transmisión por satélite, si

se requieren.

j) La formación de hielo en el área no debe interrumpir el registro de los niveles y

las mediciones del caudal.

k) Muy pocas veces se encontrará un sitio que satisfaga todos esos criterios; por

lo tanto, se deberá seleccionar el sitio que más convenga y sobre todo que sea

accesible para las mediciones y contar con un Observador hidrológico.

Formas de instalar el limnímetro

a) Vertical : Este tipo de escala es instalado en nuestros ríos de costa y sierra.

b) Escalas por secciones: Son instaladas en nuestros ríos amazónicos, por los

diferentes niveles de agua y que no puede ser medido con una sola escala vertical

c) Escalas inclinadas: Generalmente se utilizan en canales, se fabrican para

taludes específicos y de tal forma que su lectura se obtiene directamente de la

regla vertical.

Consideraciones generales para la instalación de limnígrafos

a) El limnígrafo, sin escala inmediata para fijación de las referencias, es

normalmente inútil, por lo que siempre se contará con la instalación de las reglas o

limnímetros.

b) El limnígrafo estará instalado dentro de una caseta estándar el cual se fijará

sobre una plancha de madera de 1” de espesor.

c) La caseta se unirá al tubo estándar mediante pernos sobre un tubo que será la

conexión entre el limnígrafo y el agua del río.

d) La caseta deberá quedar más elevada que el nivel reconocimiento de campo. El

flotador no deberá estar emergido directamente en aguas corrientes o agitadas,

sino dentro de un tubo o de un pozo en el que se reflejen las variaciones de nivel

de las aguas sin movimientos ondulatorios.

Existen dos posibilidades básicas para su instalación: toma directa: Cuando el

tubo del limnígrafo es colocado en el mismo río. En ríos que acarrean troncos y

otras materias flotantes el tubo debe colocarse en una ensenada protegida (roca,

etc.);

Toma indirecta: En este caso la estructura con el limnígrafo está fuera del cauce

natural del río y el ingreso del agua es por medio de uno más tubos horizontales.

En el caso de emplearse un solo tubo de comunicación, este debe estar por

debajo del nivel correspondiente al gasto nulo, de tal modo que puedan registrarse

los mínimos tirantes.

g) El tubo limnigráfica estándar (16“de diámetro), se recomienda que esté

conformado por módulos de 1 m ó 2 m cada uno, debe tener en su parte inferior

un cono de reducción, con su correspondiente mecanismo de limpieza.

h) El tubo se empotrará a una columna, la que contendrá los anclajes –

abrazaderas para sujetar los módulos del tubo limnigráfica. Estos tubos de 1 m ó 2

m (módulos) serán unidos entre sí por las bridas mediante pernos, cuidando que el

conjunto quede vertical. Entre brida y brida deberá colocarse una empaquetadura

de jebe, para evitar la corrosión y salida de agua.

Los tubos y la caseta deberán ser confeccionados en fierro galvanizado

para evitar la corrosión. Los pernos de sujeción deberán ser de material

anticorrosivo.

Funciones del observador hidrológico

El observador se procederá a realizar las siguientes actividades:

a) Antes de iniciar las mediciones, se debe iniciar con la limpieza en el área

circundante y con la limpieza de la regla.

b) Se verificará el cero del limnímetro, el mismo que debe perdurar todo el periodo

de registro.

c) Realizar las observaciones durante las 06:00 h; 10:00h; 14:00 y 18:00 hora local

diariamente y de forma interrumpida.

d) El nivel debe ser medido con una exactitud de + 1 cm.

e) Anotar los datos obtenidos en la Planilla de Lectura de Mira En observaciones,

se deberá incluir algún evento extraordinario sucedido (desbordes, etc.

Estudio de la descarga hidrométrica

Metodología

Se ha empleado el método indirecto para la evaluación del potencial de recurso

hídrico, debido a la poca información hidrométrica disponible en el área de estudio,

obteniéndose resultados válidos a nivel de reconocimiento. El método se basa en

los estudios sobre los movimientos de agua en la atmósfera del Dr. L. R.

Holdridge, sistematizados en el Diagrama para la Clasificación de Zonas de Vida

en el Mundo y en el Nomograma de Movimientos de Agua en Asociaciones

Climáticas.

El Diagrama de Zonas de Vida se fundamenta en la relación que existe entre las

condiciones bioclimáticas (precipitación, temperatura, humedad y

evapotranspiración), la vegetación natural y el suelo dentro de una Zona de Vida,

puesto que estas definen áreas homogéneas desde los puntos de vista

topográficos, climáticos, edáficos, de fauna y flora e hídricos. El Nomograma de

Movimientos de Agua establece las características de los movimientos del agua en

cada provincia de humedad, en función de la evapotranspiración potencial. Se

determinó las zonas de vida existentes en el área de estudio empleando el

Diagrama de Zonas de Vida del Mundo, y con el Nomograma de Movimientos de

Agua, se determinó el coeficiente de escurrimiento y la lámina de escurrimiento

Media anual de cada formación ecológica. La información pluviométrica e

hidrométrica se utilizó para ajustar los valores obtenidos.

De esta forma se obtienen zonas de escurrimiento, elaboradas para el área de

estudio, que consignan para cada una la siguiente información: zona de vida,

precipitación media anual en mm, coeficiente de escurrimiento a dimensional y

escurrimiento superficial medio anual en mm. Por lo tanto para obtener la

descarga media anual de cualquier punto de la red hidrográfica, se procede de la

siguiente manera:

1. Ubicar sobre el Mapa de Escurrimiento, el punto del río cuya descarga media

anual se desea conocer.

2. Delimitar el área de drenaje o cuenca colectora de dicho punto.

3. Planimetría cada una de las zonas de escurrimiento, ubicadas dentro de la

cuenca delimitada.

4. Calcular la descarga parcial de cada zona de escurrimiento, para lo cual se

multiplicará el área determinada anteriormente por la lámina de escurrimiento

correspondiente.

5. La descarga media anual es la sumatoria de las descargas parciales

determinadas para cada una de las zonas de escurrimiento.

La base para el cálculo de escurrimiento medio anual fue la siguiente ecuación

General:

E = K x PP

Donde:

E = Escurrimiento superficial medio anual en mm;

K = Coeficiente de escorrentía (a dimensional)

PP = Precipitación media anual en mm.

Métodos de aforo de aguas superficiales

El conocimiento de la variación del caudal que fluye por una determinada

sección de un cauce natural es de suma importancia en los estudios hidrológicos.

De acuerdo con la calidad y la cantidad de los registros de caudales necesarios en

un estudio hidrológico, las mediciones se pueden hacer de una manera continua o

permanente o de una manera puntual o instantánea, las mediciones continuas de

caudales requieren de la instalación de una estación medidora (limnimétrica) o de

una estación registradora (limnigráfica).

Las mediciones aisladas, puntuales o instantáneas, se realizan en determinados

momentos en que se desee conocer la magnitud de una corriente en particular

(Ing. Ramiro Pérez. Universidad Nacional).

La mayoría de los métodos de aforo se basan en la ecuación de continuidad:

Donde:

Q = Caudal, m3/s

V = Velocidad, m/s

A = Área, m2

Los métodos de aforo de corrientes naturales de agua más utilizados:

Aforo volumétrico:

Se aplica generalmente en los laboratorios de hidráulica, ya que solo es funcional

para pequeños caudales; sin embargo se pueden implementar también en

pequeñas corrientes naturales de agua, el método consiste en tomar el tiempo que

demora en llenarse un recipiente de volumen conocido. Posteriormente se divide

el volumen en litros entre el tiempo promedio en segundos, obteniéndose el caudal

en L/s.

Figura 11. Método volumétrico

Los   aforos con vertederos y canaletas :

Se utilizan principalmente en la medición de caudales en pequeñas corrientes, en

canales artificiales y de laboratorio; su uso en corrientes naturales es muy

restringido. El método consiste en interrumpir el flujo del agua en la canaleta y se

produce una depresión del nivel, se mide el tamaño de la lámina de agua y su

altura. El agua cae por un vertedero durante cierto tiempo, se mide la altura de la

lámina y se calcula la cantidad de agua que se vertió en ese tiempo.

Figura 12. Secciones de control artificiales para aforar corrientes naturales

El   aforo con flotadores:

Son los más sencillos de realizar, pero también son los más imprecisos; por lo

tanto, su uso queda limitado a situaciones donde no se requiera mayor precisión.

Con este método se mide la velocidad del agua superficial que discurre de la

fuente tomando el tiempo que demora un objeto flotante en llegar de un punto a

otro en una sección uniforme.

Figura 13. Método de velocidad – área o aforo con flotadores

Fuente: Guía de orientación en saneamiento básico para alcaldías de Municipios

rurales y pequeñas comunidades 2009

En éste método, se toma un trecho de la corriente; se mide el área de la sección;

se lanza un cuerpo que flote, aguas arriba de primer punto de control, y al paso del

cuerpo por dicho punto se inicia la toma del tiempo que dura el viaje hasta el punto

de control corriente abajo. El resultado de la velocidad se ajusta a un factor de 0.8

a 0.9 

El   aforo con trazadores fluorescentes o colorantes:

El empleo de colorantes para medir la velocidad del flujo en corrientes de agua

es uno de los métodos más sencillos y de mayor éxito, una vez elegida la sección

de aforo, en la que el flujo es prácticamente constante y uniforme se agrega el

colorante en el extremo de aguas arriba y se mide el tiempo de llegada al extremo

de aguas abajo. Conocida la distancia entre los dos extremos de control, se puede

dividir esta por el tiempo de viaje del colorante, obteniéndose así la velocidad

superficial o subsuperficial de la corriente liquida.

La velocidad media de flujo se obtendrá dividiendo la distancia entre los dos

extremos o puntos de control, por el tiempo medio de viaje.

El   aforo con trazadores químicos y radioactivos :

Es un método muy adecuado para corrientes turbulentas como las de montañas.

Estos trazadores se utilizan de dos maneras: como aforadores químicos, esto es,

para determinar el caudal total de una corriente y como medidores de velocidad de

flujo.

En los aforos químicos y radioactivos, se inyecta una tasa constante qt, de la

sustancia química, radioactiva o trazador, de concentración conocida, Cti, a la

corriente cuyo caudal, Q, desee determinarse y cuya concentración de la

sustancia, Ca, en la corriente.

También se conoce. A una distancia corriente abajo, suficientemente grande para

asegurar que se han mezclado totalmente el trazador y el agua, se toman

muestras de ésta, y se determina la concentración de la sustancia química o

radioactiva, Ct. El caudal de la corriente se puede determinar, empleando la

siguiente ecuación:

 

  En su empleo como medidores de velocidad, los trazadores químicos y

radioactivos se inyectan aguas arriba del primer punto de control de la corriente.

Se calcula el tiempo de paso del prisma de agua que contiene el trazador entre

dicho punto de control y otro situado aguas abajo a una distancia previamente

determinada. El cociente entre esta distancia y el tiempo de paso es la velocidad

media de la corriente.

Cuando se emplea la sal común (NaCl) como trazador químico, se mide el

tiempo de paso entre los dos puntos de control, utilizando electrodos conectados a

un amperímetro, esto es, un conductivímetro. Este método de medición es posible

debido a que la sal inyectada aumenta la concentración de sólidos disueltos y, por

lo tanto, la conductividad del agua.

El   aforo con molinete o correntómetro :

El principio de la medición de velocidad con molinete es el siguiente: supóngase

un molinete puesto en un punto de una corriente que tiene una velocidad V. La

longitud S, es el recorrido de una partícula fluida moviéndose a lo largo del

contorno completo de la línea que determina una vuelta de la hélice.

La situación es análoga al suponer quieta el agua y el molinete desplazándose a

través de ésta con velocidad V. Para un desplazamiento S, la hélice también dará

una vuelta. Para un movimiento uniforme:

 

El espacio, S, recorrido por la hélice, o por la partícula líquida a través de ésta, se

representa por el número de rotaciones, N, que da el molinete en t segundos.

Entonces:

Y haciendo: 

 

La frecuencia de giro, se tiene:

Con la sensibilidad del aparato se hace sentir a partir de determinada velocidad

mínima, a, que en general, es del orden de 1 cm/s, por debajo de la cual el

aparato no se mueve, la ecuación del aparato se transforma en:

Ecuación que corresponde a una línea recta. Los aparatos vienen con su

respectiva ecuación de calibración, dependiendo del tipo de molinete y de la casa

productora, o tabuladas las velocidades en función del número de revoluciones por

minuto.

Aforos de caudales circulantes

El aforo de una corriente de agua es la medida del caudal circulante que pasa

por una sección en un momento determinado: Q = v·S, donde v es la velocidad de

la corriente y S es la sección que es atravesada por la corriente.

Los distintos métodos para calcular el aforo son:

- Aforo por medida de velocidades (molinetes);

- Aforo por medida del nivel de agua;

- Aforo en una sección de control;

- Aforo por trazadores;

Aforo por medida de velocidad

El problema principal que se plantea en el aforo es la diferencia de velocidades

entre los distintos puntos de la sección.

Este método exige la medida de la velocidad mediante unos aparatos

denominados molinetes, constituidos por una hélice o aspa que gira en función de

la velocidad del agua.

La velocidad lineal del agua queda entonces en función del número de vueltas

dividido por el tiempo, cociente que se mide mediante un dispositivo contador

electrónico. La ecuación que relaciona el número de vueltas con la velocidad es v

= a·n + b , donde a y b son constantes del aparato y n es el nº de vueltas partido

por el tiempo. La sección total de un cauce se divide en pequeñas secciones y de

cada una de ellas se obtiene una vi, de forma que Q = Vi·Si.

Aforo por medida del nivel de agua

En una determinada sección el caudal circulante es función de la altura de la

lámina, es decir Q = Q(h) , función denominada curva de capacidad. Si se conoce

esta curva y se mide la altura del agua, se puede calcular inmediatamente el

caudal, esta medida de la altura se hace por medio de una mira graduada llamada

limnímetro.

Las medidas realizadas por este método son baratas, pero su principal problema

es la existencia de errores por cambio en las condiciones de la sección, bien por

variación de la sección, bien por variación de la rugosidad, o bien del propio

régimen del río, esto exige un tarado y control periódico de las curvas de

capacidad, unido a medidas para garantizar la estabilidad de la sección evitando

erosiones, sedimentaciones y cambios de rugosidad.

Aforos en una sección de control

En puntos donde el caudal no es muy alto se pueden realizar obras de fábrica

que generan una sección donde el caudal sea calculable por medio de

formulación. Por ejemplo, en un vertedero de pared delgada el caudal viene dado

por Q = Ca·2/3· (2·g·L)1/2·H3/2 , que con coeficiente de contracción Ca " 0,60

queda Q = 1,8·L·H3/2 .

Nótese que H debe ser medido en la zona que no se considere la contracción de

la lámina por velocidad.

Aforo por trazadores

Se basan en la inyección de una sustancia detectable, colorante o sustancia

radiactiva que es medida aguas abajo del punto de inyección.

Existen 2 métodos:

Método de inyección continua

En una determinada sección 1 de la corriente hidráulica, se inyecta un trazador

con caudal q1 y concentración c1, y se mide en la sección 2 la

concentración c2 del trazador cuidando que esta concentración alcance un valor

estable. De esta forma queda que Q = (q1·c1) / c2 .

Las precauciones que es preciso adoptar son:

a) El trazador no debe de ser destruido ni retenido entre las dos secciones.

b) La concentración c2 debe ser uniforme y estable.

c) La distancia entre las dos secciones debe ser suficiente para que se uniformice

el trazador y no muy larga para ahorrar trazadores.

El principal problema con este método es la gran cantidad de trazador necesario

para estabilizar la concentraciónc2.

Método de inyección puntual 

Consiste en inyectar en la sección 1 una masa M conocida de trazador y medir

en 2 la concentración del trazador en función del tiempo, de modo que Q = M / "

c·dt .

Este método tiene la ventaja de ahorrar trazador pero exige la medida continua

de la concentración en la sección 2.

Las características que los trazadores deben cumplir son:

- Ser inalterables durante el período de medidas.

- No ser ni tóxicos ni contaminantes para las personas y el medio ambiente.

- Ser solubles o miscibles en agua.

- Fáciles de medir en cuanto a su concentración.

- Ser baratos.

Dentro de los trazadores químicos más utilizados de encuentran el Cloruro

Sódico, el Bicromato Sódico y la Rodamina B.

Dentro de los trazadores radiactivos destacan el Sodio 24, el Fósforo 32, el

Cromo 51 y el Bromo 82.

Estaciones de aforo

La medida de los caudales de realiza de forma sistemática en estaciones de

aforo que se sitúan en los principales ríos, en España existen del orden de 500

estaciones controladas por la Comisaría de Aguas, que es un departamento que

depende de las Confederaciones Hidrográficas.

Los aforadores se encargan de medir los caudales en ciertos puntos y del

mantenimiento de estas estaciones de aforo.

CONCLUSION

En la actualidad la hidrología tiene un papel muy importante en el planeamiento

del uso de los Recursos Hidráulicos, y ha llegado a convertirse en parte

fundamental de los proyectos de ingeniería que tienen que ver con suministro de

agua, disposición de aguas servidas, drenaje, protección contra la acción de ríos y

recreación.

Las inundaciones son eventos hidrológicos extremos que pueden prevenirse

mediante el estudio de la hidrología.