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HIDROLOGÍA SUPERFICIAL INSTITU TO TECNOLÓGIC O DE OAX ACA INSTITUTO TECNOLÓGICO DE OAXACA INGENIERÍA CIVIL HIDROLOGÍA SUPERFICIAL “LA H IDROLOGÍA EN LA HISTORIA” MONROY DE JESÚS JORDI ALUMNO DEL INSTITUT O T ECNOLÓGICO DE OAXACA SEMESTRE 6 hr.:7-8 ING. C ARLOS ESP INOZA NÁJERA CATEDRÁ TICO DEL INSTITUTO TE CNOLÓGICO DE OAXACA FEBRERO 2015
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HIDROLOGA SUPERFICIAL
INSTITUTO TECNOLGICO DE OAXACA
INSTITUTO TECNOLGICO DE OAXACA
INGENIERA CIVIL
HIDROLOGA SUPERFICIAL
LA HIDROLOGA EN LA HISTORIA
MONROY DE JESS JORDI
ALUMNO DEL INSTITUTO TECNOLGICO DE OAXACA
SEMESTRE 6
hr.:7-8
ING. CARLOS ESPINOZA NJERA CATEDRTICO DEL INSTITUTO TECNOLGICO DE OAXACA
FEBRERO 2015
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HIDROLOGA SUPERFICIAL
INSTITUTO TECNOLGICO DE OAXACA
HIDROLOGA
Introduccin
La hidrologa proviene de las races hidro- y -logia que pueden expresarse como el
estudio del agua o de las aguas. Sin embargo una de las definiciones ms completas ha sido la
suministrada por el ingeniero Chino Ven Te Chow fundador y editor en jefe de Handbook of
Applied Hidrology (1964), quien dijo que la hidrologa es la ciencia que estudia el agua en cuanto
a su origen, distribucin y circulacin sobre la superficie terrestre, teniendo en cuenta sus
propiedades, fsicas, qumicas y su relacin con el medio ambiente.
La hidrologa en su conjunto depende del clima, ya que es la resultante de la influencia
que ejercen los factores humedad, temperatura, luz solar, viento, presin atmosfrica y cuya
manifestacin diaria constituye el tiempo. En cualquier lugar las variables atmosfricas o
factores del clima varan, de acuerdo, con la regin geogrfica, la topografa, la proximidad a
las cordilleras, los mares, los suelos, la vegetacin, el hombre y el tiempo. De lo anterior surgen
los macro y los microclimas.
El macro clima incluye variables atmosfricas en la masa del aire libre, encima de la
superficie de la tierra y se miden a unos cuantos metros sobre el nivel del mar registrado en las
estaciones meteorolgicas y que se refieren a temperatura, precipitacin, humedad relativa,
vientos, presin atmosfrica, luz solar y evaporacin.
En cuanto al microclima se refiere al clima del espacio cercano al suelo donde crecen los
cultivos, y depende de la actividad fotosinttica, la transpiracin, el sombreado mutuo de las
plantas, cubierta del suelo, humedad, aireacin y otros factores que lo diferencian del macro
clima, hacindolo ms importante para el agricultor y el ganadero.
La hidrologa en la historia
El agua es el requisito primordial para la existencia de la vida y por lo tanto ha sido una
de las primeras necesidades del hombre desde tiempos inmemoriales. Por ello la hidrologa ha
sido un tema de la investigacin y de la ingeniera por milenios. Por ejemplo, alrededor del 4000
A.C. el Nilo fue contenido para mejorar la productividad agrcola de tierras previamente estriles.
Las ciudades de Mesopotamia fueron protegidas de los desbordamientos con altas paredes de
tierra. Los acueductos fueron construidos por los antiguos griegos y romanos, mientras que en
China se construyeron obras para controlar las inundaciones y la irrigacin. Los cingaleses
usaron la hidrologa para construir las complejas obras de irrigacin de Sri Lanka, e inventaron
vlvulas que permitieron la construccin de grandes embalses, presas y canales que todava
funcionan. Tambin civilizaciones tan antiguas como la Griega, trataron de explicar el porqu
de la lluvia porqu los ros fluan; fu el filsofo griego Anaxgoras quien dio una explicacin
al proceso, donde intuyo que las lluvias provenan de la evaporacin del agua de mar por parte
del sol. Marcus Vitruvius, en el siglo I d.C., describi una teora filosfica del ciclo hidrolgico,
en la cual se deca que la precipitacin que cae en las montaas se infiltra en la superficie de
la tierra y provoca corrientes y brotes en las tierras bajas. Con la adopcin de un acercamiento
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HIDROLOGA SUPERFICIAL
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ms cientfico, Leonardo da Vinci y Bernard Palissy alcanzaron de forma independiente una
representacin exacta del ciclo hidrolgico.
El ciclo hidrolgico es un ciclo cerrado, es decir se repite indefinidamente, en el cual el
agua contenida en los ocanos y en la superficie terrestre es evaporada por la accin del sol y
la respiracin de las plantas y convertida en vapor de agua. Este vapor viaja por la atmsfera
(en forma de nubes) hasta que se eleva lo suficiente para condensarse. En este punto retorna
a la superficie terrestre en forma de lluvia o nieve. El agua que cae en la superficie terrestre
puede tomar varios caminos: Puede ser interceptada por la vegetacin (Hojas y tallos, plantas
epifitas), convertirse en flujo superficial sobre el suelo (escorrenta) hasta llegar a un cuerpo de
agua (Ro, quebrada, lago o laguna) o puede infiltrarse hasta llegar a los acuferos (agua
subterrnea). Es importante anotar que parte de esta agua, sobre todo la retenida en la
vegetacin y la de escorrenta se puede evaporar directamente por accin del sol, con lo que
no regresa al mar.
Las civilizaciones asiticas, generaron una aproximacin ms, de medicin, para lo cual
llevaron registros sistemticos de precipitaciones, cada de nieve y viento, llegando a una teora
sobre el ciclo hidrolgico tal como la conocemos hoy, alrededor del 900 400 A.C., sin embargo
por su poca comunicacin con el occidente, sus teoras no impactaron significativamente en el
conocimiento del resto del mundo.
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HIDROLOGA SUPERFICIAL
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Durante la edad media y el renacimiento el concepto de hidrologa no avanz en gran
medida, hasta que Leonardo da Vinci realiz mediciones sistemticas de velocidades en
diferentes cauces, con lo que lleg a la conclusin que el agua es ms rpida en la superficie
que en el fondo.
En la era moderna algunos cientficos aportaron sus teoras para la consolidacin de lo
que hoy conocemos como hidrologa. Entre ellos tenemos a: Dalton en 1802 que describi un
principio para la evaporacin; Hagen y Poiseuille en 1839, describieron una teora para el flujo
laminar; Darcy en 1856 presento su ecuacin para el flujo en medios porosos; Manning (1891)
present su ecuacin para el flujo en canales abiertos; Hazen en 1914 introdujo el anlisis de
frecuencia para los mximos de una creciente; Horton en 1933 desarrollo una aproximacin a
la infiltracin y en 1945 present su descripcin de las cuencas de drenaje (ndices de Horton)
y finalmente en 1941 Gumbel propuso la ley de valor extremo para estudios hidrolgicos. Todas
estas teoras independientes ayudaron a consolidar la naciente ciencia de la hidrologa. Fue
hasta que a mediados del siglo XX cuando los anlisis racionales comenzaron a sustituir al
empirismo que la hidrologa alcanz un reconocimiento definitivo como disciplina; mientras que
al mismo tiempo las agencias gubernamentales comenzaban sus propios programas de
investigacin hidrolgicos. De particular importancia fue la unidad hidrogrfica de Leroy
Sherman, la teora de la infiltracin de Robert E. Horton y la prueba/ecuacin de los acuferos
de C.V. Theis.
Esta nueva disciplina estudiara entonces la distribucin del agua en la naturaleza, ya
sea en las capas superiores de las atmsfera, en la superficie de la tierra o en los horizontes
subterrneos del suelo, lo mismo que los mtodos o sistemas disponibles para valorar en forma
cualitativa o cuantitativa la magnitud de los fenmenos fsicos asociados con el movimiento y
distribucin de estas aguas.
As entonces, los hidrlogos trabajan en ciencias ambientales o geolgicas, geografa
fsica, e ingeniera civil y ambiental. Los dominios de la hidrologa incluyen la hidrometeorologa,
la hidrologa superficial, la hidrogeologa, la administracin del drenaje y la calidad del agua. La
oceanografa y la meteorologa no estn incluidas porque en ellas el agua es slo uno de
muchos aspectos importantes.
CONCLUSIN
La investigacin hidrolgica es til en cuanto a que nos permite entender mejor la manera
en la que el agua se comporta en el mundo en el que vivimos, y tambin proporciona
conocimientos para la ingeniera ambiental, poltica y la planificacin urbana.
Siendo as de vital importancia las contribuciones empricas que hicieron los antiguos
filsofos en el mbito de esta ciencia.
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HIDROLOGA SUPERFICIAL
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LNEA DEL TIEMPO DE LA HIDROLOGA
ANTIGEDAD
Una presa sobre el ro Nilo en Egipto, 3200 A.C.
Los ros Tigris y Eufrates en Mesopotamia, 3000 A.C.
El ro Yellow en China, 3000 A.C.
El ro Indus en India 2500 A.C.
PERIODO DE ESPECULACIN
Griegos y Romanos (Homero, Tales, Platn, Aristteles; Seneca y
Plinio) especularon sobre la concepcin del ciclo hidrolgico. Sin embargo
alrededor de 100 a.C. quien se acerc ms al concepto fue un Ingeniero
Romano Marcus Vitruvius Pollio que relacion los conceptos de lluvia y nieve
con agua subterrnea.
En ese sentido Homero ya crea que existan grandes almacenes
subterrneos que alimentaban ros, lagos, etc. En cambio Anaxgoras (500-
428 a.C.) y Platn (429-347 a.C.) imaginaban que el interior de la tierra tena
una inmensa cueva llena de agua en movimiento continuo y que de aqu
salan los ros y volvan a l mismo.
Aristteles por su parte (384-323 a.C.) reflexionaba sobre conceptos
como condensacin y precipitacin.
En el siglo I d.C. Marcus Vitruvius en el tratado de Architectura Libri Decem
presentaba la hiptesis de que la lluvia y la nieve que caen se infiltra en las
tierras altas y salen en las tierras bajas en forma de ros y manantiales.
ANTIGEDAD- 1400 d.C.
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PERIODO DE OBSERVACIN
Etapa del renacimiento. En esta etapa se tuvo
un cambio gradual de los conceptos de la
hidrologa a la ciencia observacional de tal
poca.
Leonardo de Vinci y Bernard Palissy ampliaron
la concepcin del ciclo hidrolgico (an por
mera observacin y anlisis) relacionando
lluvia-infiltracin-manantiales como un proceso
continuo.
La ingeniera de ros avanza.
1400 d.C. - 1600 d.C.
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PERIODO DE MEDIDA
La ciencia moderna de la hidrologa
comienza en el siglo XVII con las
mediciones de:
a. Pierre Perrault y Edm Marriotte en el
rio Sena en Paris midiendo su caudal.
b. Edmon Halley en el Mar Mediterrneo.
Inician los primeros estudios sobre los
pozos artesianos.
1600 d.C. - 1700 d.C.
PIERRE PERRAULT
EDMON HALLEY
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HIDROLOGA SUPERFICIAL
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PERIODO DE EXPERIMENTACIN
Durante el siglo XVIII se implement la
experimentacin en hidrulica y como
resultado de ello se obtuvieron diversos
teoremas como:
a. El teorema y piezmetro de Bernoulli .
b. La frmula de Chezy.
c. El principio de DLambert.
d. Los tubos de pitot y borda.
Se desarrolla la hidrologa cuantitativa con
ayuda de los trabajos anteriores.
1700 d.C. - 1800 d.C.
BERNOULLI
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HIDROLOGA SUPERFICIAL
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PERIODO DE MODERNIZACIN
Las contribuciones de esta poca se
obtuvieron a partir de la aplicacin de la
hidrometra y la geo hidrologa, por ejemplo:
a. Ecuacin Hagen-Poiseille del flujo
capilar (1840).
b. Ley de Darcy (1856).
c. Formula del pozo de Dupuit-
Thiem(1863).
d. Principio de Ghyben-Herzberg (1889).
En hidrometra en relacin al aforo de
aguas superficiales, se tuvo un gran
avance, incluyendo el desarrollo de varias
frmulas del flujo e instrumentos de medida
y el comienzo del aforo sistemtico de
corrientes tales como:
a. Ley de Dalton (1802)
b. Ley de Miller (1849).
c. Formula de descarga de los vertedores
de Francis (1855).
d. Determinacin del coeficiente de Chezy
propuesta por Ganguillet y Kutter (1869)
y por Manning (1889).
DARCY
HENRY DALTON
1800 d.C. - 1900 d.C.
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HIDROLOGA SUPERFICIAL
INSTITUTO TECNOLGICO DE OAXACA
PERIODO DE EMPIRISMO
El desarrollo en hidrologa cuantitativa fue
inmaduro en aquel entonces, por lo que esta
ciencia era totalmente emprica; por ello los
coeficientes y parmetros utilizados en las
formulas estaban basadas en la experiencia.
1800 d.C. - 1930 d.C.
MANNING
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HIDROLOGA SUPERFICIAL
INSTITUTO TECNOLGICO DE OAXACA
PERIODO DE RACIONALIZACIN
Se desarrolla el anlisis racional con
ayuda de los grandes hidrlogos de la
poca:
a. Sherman con su concepto del
hidrograma unitario en 1932.
b. Horton con la teora de la infiltracin de
la lluvia en 1953.
c. Theis y el neo equilibrio hidrulico de
pozos en 1935.
d. Adems de Einstein con el anlisis
terico en estudios de sedimentacin.
ALBERT EINSTEIN
1930 d.C. - 1950 d.C.
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PERIODO DE TEORIZACIN
En este periodo los principios propuestos
en el periodo de racionalizacin son sujetos
a un verdadero anlisis matemtico, debido
a los avances tecnolgicos, tomando
medidas especficas del fenmeno
hidrolgico.
1950 d.C. - 1990 d.C.
