CAP 1 INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA 10oct2014.pdf

2012

DR. NESTOR LANZA MEJIA

FAMILIA LANZA MEITCHOUK

9/5/2012

CAP. 1: INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA

NELAME

HIDROLOGIA PARA INGENIEROS CIVILES CAPITULO 1: INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA

DR. NSTOR JAVIER LANZA MEJIA martes, 21 de abril de 2015 6:00:00 PM Pgina 1

Contenido

1 INTRODUCCION A LA INGENIERIA CIVIL .................................................................................................... 2

1.1 GENERALIDADES ............................................................................................................................... 2

1.1.1 DEFINICION Y OBJETIVO DE LA HIDROLOGIA ........................................................................... 2

1.1.2 BREVE RESEA HISTORICA ....................................................................................................... 3

1.1.3 CIENCIA EN QUE SE APOYA LA HIDROLOGIA ............................................................................ 4

1.1.4 APLICACIONES DE LA HIDROLOGIA .......................................................................................... 5

1.2 CICLO HIDROLOGICO ......................................................................................................................... 5

1.2.1 CONCEPTUALIZACIN DE LAS COMPONENTES DEL CICLO HIDROLGICO .............................. 6

1.2.2 ESQUEMATIZACIN DEL CICLO HIDROLGICO ........................................................................ 7

1.3 DESCRIPCIN GEOGRFICA DE NICARAGUA .................................................................................... 7

1.3.1 REGIN DEL PACFICO .............................................................................................................. 7

1.3.2 LA DEPRESIN NICARAGENSE................................................................................................ 8

1.3.3 TIERRAS ALTAS DEL INTERIOR .................................................................................................. 8

1.3.4 REGIN DEL ATLNTICO........................................................................................................... 8

1.4 CARACTERISTICAS CLIMATICAS DE NICARAGUA ............................................................................... 9

1.4.1 CLASIFICACIN CLIMTICA SEGN KOOPEN. .......................................................................... 9

1.4.2 MAPA DE LAS REGIONES CLIMATICAS DE NICARAGUA .......................................................... 10

1.5 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................................. 11



1 INTRODUCCION A LA INGENIERIA CIVIL

1.1 GENERALIDADES

El agua es uno de nuestros ms valiosos recursos naturales. Sin ella ninguna forma de vida es posible. No solo proporciona el sustento diario de animales y plantas, sino que tambin provee vas de transporte, es fuente de energa y desempea muchos otros servicios tiles.

Sin embargo, a causa de tormentas e inundaciones, este elemento, normalmente til, se

transforma por un tiempo en factor muy destructivo y arrasa medios muy valiosos, destruye un

nmero considerable de vidas y erosiona y arrastra al mar millones de toneladas de tierra frtil.

Los caminos y construcciones, se encuentran bajo la influencia de corrientes formados por

precipitaciones que caen sobre la tierra.

1.1.1 DEFINICION Y OBJETIVO DE LA HIDROLOGIA

Hidrologa es la ciencia natural que estudia al agua, su ocurrencia, circulacin y distribucin en la superficie terrestre, sus propiedades qumicas y fsicas y su relacin con el medio ambiente, incluyendo a los seres vivos.

La hidrologa se puede definir como la ciencia que estudia al ciclo hidrolgico. Desde el punto de vista de la Ingeniera Civil, la hidrologa tiene como objetivo fundamental la estimacin del evento de diseo, o sea el caudal, cuando se proyecta la construccin de una obra hidrulica. Es decir, puede ser la estimacin de la avenida mxima para un vertedor de una presa o puede ser el caudal mximo que circula a travs de una alcantarilla en carretera o la estimacin del almacenamiento por un ro para la instalacin de un equipo de bombeo o de un sistema de regados. En fin, podran mencionarse una gran cantidad de ejemplos, ya que en todo proyecto debe pensarse siempre cul es la fuente donde se tomar el agua.

El anlisis hidrolgico exhaustivo es, pues, el primer paso fundamental en la planeacin, diseo y operacin de proyectos hidrulicos. En la fase de planeacin y diseo se dirige bsicamente a fijar la capacidad y seguridad de estructuras hidrulicas.

HID

RO

LOG

IA G

ENER

AL HIDROLOGIA DE OCEANO Y MARES

HIDROMETEOROLOGIA

HIDROLOGIA TERRESTRE

HIDROLOGIA SUPERFICIAL

HIDROLOGIA SUBTERRANEA



1.1.2 BREVE RESEA HISTORICA

Cualquiera que sea la prehistoria de la hidrulica, existe evidencia abundante que nos indica que los constructores entendan poco de hidrologa. Los proyectos de regado abandonados en todo el mundo, incluidas las obras de los indios en el sudoeste de Estados Unidos hacia fines del siglo XI, son evidencia de desarrollos inadecuados para sostener una civilizacin permanente.

Los antiguos escritores griegos y romanos indican que esos pueblos aceptaban los ocanos como el origen primario de todas las aguas, pero no llegaron a comprender la compensacin de la precipitacin o las corrientes excesivas. Una de las ideas tpicas de aquella poca era que el agua del mar avanzaba subterrneamente hasta la base de las montaas. All por destilacin natural, el agua perda la sal y el vapor ascenda por conductos hasta las cimas donde se condensaba y se originaban los manantiales.

Leonardo de Vinci (1500 d. de J. C.), parece que fue uno de los primeros en reconocer el ciclo hidrolgico como lo aceptamos hoy da; pero el francs Perrault fue el que dej la primera prueba documental hacia el 1650. Empleando instrumentos toscos midi la corriente del Sena y observ que era solo la sexta parte de la precipitacin. Hacia 1700 el astrnomo ingls Halley confirm que la evaporacin ocenica era una fuente adecuada de humedad para la precipitacin.

La precipitacin se midi en la India en el siglo IV a. de J. C., pero los mtodos satisfactorios para medir las corrientes se desarrollaron mucho ms tarde. Frontinuos, comisario del agua de Roma en el ao 97 d. de Jesucristo, basaba la estimacin de la corriente en el rea de la seccin transversal, solamente, sin tener en cuenta la velocidad.

En Estados Unidos, las mediciones organizadas de la precipitacin comenzaron bajo la direccin del Jefe de Sanidad Militar en 1819, siendo continuadas por el Cuerpo de Transmisiones (Signal Corps) en 1870 pasando por ltimo al U.S. Weather Bureau (Oficina Meteorolgica en el Ministerio de Agricultura de Washington) en 1891. Se hicieron aisladas mediciones de corriente en el Mississippi, en 1848 pero hasta 1888 no se inici un programa sistemtico, al hacerse cargo de este trabajo el U.S. Geological Survey (Levantamientos geolgicos). No es, por tanto, de extraar que se hiciese tan escaso trabajo cuantitativo en hidrologa antes de principios del siglo XX, en que hombres como Horton, Mead y Sherman empezaron a explorar este terreno.

La gran actividad desarrollada en control de inundaciones, regado, conservacin del suelo vegetal, y otros campos relacionados con ella, que empez hacia 1930, dio el primer impulso real a la investigacin organizada en hidrologa, al hacerse evidente la necesidad de datos ms precisos. La mayora de los conceptos de hidrologa actuales datan de 1930. La hidrologa es, por consiguiente, una ciencia joven, con muchos problemas importantes solo imperfectamente comprendidos y mucha investigacin por realizar en el futuro.



1.1.3 CIENCIA EN QUE SE APOYA LA HIDROLOGIA

Las ciencias en que se apoya la hidrolgica son bsicamente: La geografa fsica, la meteorologa, la geologa, la hidrulica, las matemticas y la estadstica. Tambin es fcil encontrar relacin con la fsica, qumica, biologa, investigacin de operaciones y otros.

Los lmites que separan la hidrologa de estas ciencias no estn determinados y no tiene objeto tratar de definirlos rigurosamente.

La hidrologa es una parte interesante de la ingeniera, pero en algunos aspectos resulta notablemente diferente de la mayora de las disciplinas integrantes de sta. Los fenmenos naturales con los cuales se relaciona no se prestan al menos hasta ahora, a los anlisis rigurosos de la mecnica; por esta razn existe una mayor variedad de mtodos, mayor latitud para el criterio y una aparente falta de precisin en la solucin de los problemas.

Una parte importante del trabajo en la hidrologa es la recoleccin y anlisis de datos. De hecho, las caractersticas de los fenmenos naturales con que tiene que ver la hidrologa hacen que este punto sea especialmente delicado. Es difcil tratar muchos de los problemas hidrolgicos mediante un razonamiento deductivo riguroso o comenzar con una ley bsica y determinar a partir de sta el resultado hidrolgico deseado. Con frecuencia es necesario partir de un conjunto de hecho observados y mediante un anlisis emprico, establecer las normas sistemticas que gobiernan tales hechos.

La mayora de los pases en el mundo disponen de una o ms agencias gubernamentales que tienen la responsabilidad de recolectar y difundir datos hidrolgicos. En Nicaragua, el organismo principal de recolectar y publicar estos datos es el servicio hidrometeoro lgico nacional del Instituto Nicaragense de Estudio Territoriales (INETER) tambin estn el INE, MARENA, MAG, ALMA, INAA, CIRA, CIEMA, etc. Es importante conocer la forma en que estos datos son recopilados y publicados, las limitaciones de precisin que tienen y los mtodos propios para su interpretacin y ajuste.

HIDROLOGIA

METEOROLOGIA

CLIMATOLOGIA

GEOLOGIA

HIDRAULICA

OCEANOGRAFIA

ESTADISTICA Y PROBABILIDADES



La hidrologa no es dogmtica, es un reto intelectual sistemtico, es un ejercicio de la imaginacin y de la inteligencia, de la prudencia y el sentido de la observacin.

1.1.4 APLICACIONES DE LA HIDROLOGIA

La hidrologa se utiliza en ingeniera, principalmente, en relacin con proyectos y funcionamiento de las estructuras hidrulicas. Qu caudal mximo puede esperarse en un aliviadero o en una alcantarilla de autopista, o en el sistema de desages de una ciudad? Qu capacidad de agua embalsada se requiere para asegurar el agua necesaria para el regado o el abastecimiento de aguas durante las sequas? Qu efectos ejercern los depsitos, diques y otras obras de control en las crecidas de una corriente? Estas son preguntas tpicas que la hidrologa debe contestar.

De aqu que muchos ingenieros civiles sean solicitados para estudios hidrolgicos ocasionales. Es probable que estos ingenieros civiles intervengan en un mayor nmero de proyectos que los especialistas En todo caso, parece que el conocimiento de los principios fundamentales de hidrologa, es una parte esencial de la enseanza del ingeniero civil.

1.2 CICLO HIDROLOGICO

El agua existe en la Tierra en tres estados: slido (hielo, nieve), lquido y gas (vapor de agua). Estos estados cambian total o parcialmente, a travs del flujo constante de un medio fsico a otro, denominado Ciclo hidrolgico, o sea, es la circulacin y conservacin de agua en la Tierra.

Ocanos, ros, nubes y lluvia estn en constante cambio: el agua de la superficie se evapora, el agua de las nubes precipita, la lluvia se filtra por la tierra, etc. Sin embargo, la cantidad total de agua en el planeta no cambia.

Si tomamos el mar como punto de partida, el agua, en estado lquido, el ciclo hidrolgico comienza con la evaporacin del agua desde la superficie del ocano. A medida que se eleva, el aire humedecido se enfra y el vapor se transforma en agua: es la condensacin. Las gotas se juntan y forman una nube. Luego, caen por su propio peso: es la precipitacin. Si en la atmsfera hace mucho fro, el agua cae como nieve o granizo. Si es ms clida, caern gotas de lluvia.

Una parte del agua que llega a la tierra ser aprovechada por los seres vivos; otra escurrir por el terreno hasta llegar a un ro, un lago o el ocano. A este fenmeno se le conoce como escorrenta. Otro poco del agua se filtrar a travs del suelo, formando capas de agua subterrnea. Este proceso es la percolacin. Ms tarde o ms temprano, toda esta agua volver nuevamente a la atmsfera, debido principalmente a la evaporacin.

Al evaporarse, el agua deja atrs todos los elementos que la contaminan o la hacen no apta para beber (sales minerales, qumicos, desechos). Por eso el ciclo del agua nos entrega un elemento puro. Pero hay otro proceso que tambin purifica el agua, y es parte del ciclo: la transpiracin de las plantas.



Las races de las plantas absorben el agua, la cual se desplaza hacia arriba a travs de los tallos o troncos, movilizando consigo a los elementos que necesita la planta para nutrirse. Al llegar a las hojas y flores, se evapora hacia el aire en forma de vapor de agua. Este fenmeno es la transpiracin.

El ciclo hidrolgico no tiene principio ni fin, entonces su descripcin puede comenzar en cualquier punto.

1.2.1 CONCEPTUALIZACIN DE LAS COMPONENTES DEL CICLO HIDROLGICO

A. EVAPORACIN

Es el fenmeno por el cual el agua que se encuentra sobre la superficie terrestre o muy cerca de ella se evapora bajo el efecto de la radiacin solar y el viento.

B. CONDENSACIN

El vapor de agua, que se forma con la evaporacin, sube y se transporta por la atmsfera en forma de nubes hasta que se condensa.

C. PRECIPITACIN

Es el fenmeno que sucede a la condensacin. El vapor de agua altamente condensado se precipita.

D. INTERCEPCIN

Es la cantidad de agua que se retiene en las plantas y construcciones y puede evaporarse de nuevo.

E. ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL

Es el flujo de agua en el terreno sin cauce definido, junto con el escurrimiento en corriente a travs de los cauces.

F. ESCORRENTA

Es la parte de la precipitacin que fluye por la superficie del terreno con cauce definido o en el interior del mismo.

G. ESCURRIMIENTO SUB-SUPERFICIAL

Es la parte de la precipitacin infiltrada que no ha pasado al nivel fretico y que reaparece como flujo a travs de canales de corrientes.

H. INFILTRACIN

Es el flujo de agua a travs de la superficie del suelo, a travs sus medios porosos.

I. PERCOLACIN

Es el flujo de agua en zonas muy profundas del suelo, se almacena como agua subterrnea y aflora en manantiales, ros o el mar.



1.2.2 ESQUEMATIZACIN DEL CICLO HIDROLGICO

1.3 DESCRIPCIN GEOGRFICA DE NICARAGUA

1.3.1 REGIN DEL PACFICO

La regin del Pacfico Nicaragense est situada entre las coordenadas geogrficas 10 45' y 13 05' de Latitud Norte y entre 83 15' y 87 40' de Longitud Oeste, con una extensin territorial de 18,429 kilmetros cuadrados.

Esta Regin geomorfolgicamente se encuentra dividida en tres provincias que son:

A. LA PLANICIE O LLANURA COSTERA DEL PACFICO

Es una franja estrecha delimitada a lo largo de la costa del Pacfico y que se extiende en direccin NO - SE, desde el volcn Cosigina en el Norte hasta el istmo de Rivas en el Sur; con elevaciones topogrficas entre 0 y 200 metros en el Norte y de 0 a 500 metros en el Sur.

B. LA CORDILLERA VOLCNICA DEL PACFICO

Es el rasgo geomorfolgico ms importante del Occidente de Nicaragua. Est constituida por una cadena de volcanes con orientacin NO-SE, de 300 Km. de longitud. Se extiende, desde el Volcn Cosigina hasta el volcn Maderas (Isla de Ometepe) en el Lago de Nicaragua. La parte de la cadena volcnica que est comprendida entre el volcn San Cristbal y el



Momotombo, es llamada Cordillera de los Maribios, con una elevacin mxima de 1745 metros, que corresponde al volcn San Cristbal. Entre la escarpa de Mateare y el volcn Maderas, la cadena es llamada Cordillera del Pacfico, con una elevacin mxima de 934 metros, ubicada en la meseta de Carazo.

1.3.2 LA DEPRESIN NICARAGENSE

Es un valle de relieve suave de 30 a 45 CMS de ancho que se extiende desde el NO (Golfo de Fonseca) hasta la frontera con Costa Rica en el SE. Dentro del valle, cerca del Golfo de Fonseca, la elevacin del terreno es de unos pocos metros, aumentando suavemente hasta alcanzar aproximadamente 100 metros.

1.3.3 TIERRAS ALTAS DEL INTERIOR

Abarcan el 33 % de la superficie total del pas y estn ubicadas en el centro de Nicaragua, entre las coordenadas geogrficas 11 56'y 14 30' de Latitud Norte y entre 84 y 86 30' de Longitud Oeste. Topogrficamente es la regin ms elevada, caracterizndose por un relieve montaoso y accidentado. Esta zona se extiende desde el borde Noroccidental de la Depresin Nicaragense, hasta la llanura Atlntica, presentando elevaciones topogrficas entre 500 y 2107 msnm.

En la regin del Norte, se encuentran numerosos valles intramontaosos. Las formas del relieve predominante son altiplanicies, cordilleras, serranas, colinas aisladas y terrenos montaosos quebrados, con pendientes que varan de 15 % a 75 % o ms. En general, el relieve dominante es fuertemente accidentado. Las elevaciones ms importantes son: el Mogotn (2107 m), cerro el Volcn (1867 m), Kilamb (1793 m) y el macizo de Peas Blancas con 1745 m.

1.3.4 REGIN DEL ATLNTICO.

La regin del Atlntico comprende una superficie de aproximadamente 67,039 Km, (Censo de 1995), abarca una periplanicie que desciende casi imperceptiblemente desde la meseta Central hacia el litoral. Se divide en dos sub-regiones: La Llanura Aluvional y El Litoral Pantanoso.



1.4 CARACTERISTICAS CLIMATICAS DE NICARAGUA

Nicaragua por su ubicacin en latitudes tropicales, posee las caractersticas propias de la zona tropical, sin embargo, por su orografa y su posicin entre el ocano Pacfico y el Mar caribe, cuenta con una serie de microclimas, que permiten la existencia de una gran variedad de vida flora y fauna; as mismo abarca algunos tipos de clima segn la clasificacin internacional de Koopen.

1.4.1 CLASIFICACIN CLIMTICA SEGN KOOPEN.

De acuerdo con la clasificacin de Koopen, en el pas se presentan cuatro tipos o categoras de clima:

A. CLIMA TROPICAL DE PLUVIOSELVA,

Se presenta en la regin Sur oriental del pas, desde Bluefields hasta Ro San Juan. Se caracteriza por ser muy uniforme a lo largo del ao, con altas pluviosidades y temperaturas. La precipitacin generalmente es arriba de los 4,000 mm. La temperatura media del aire oscila entre los 25 C en los meses menos calientes y 29 en los meses ms clidos.

B. CLIMA MONZNICO DE SELVA,

Se presenta en la llanura del Caribe. Se caracteriza por tener un perodo lluvioso de 9 o 10 meses, con una precipitacin promedio que vara entre 2,000 y 4,000 mm anuales. La temperatura media mensual es de 27C, con pocas variaciones entre el mes ms clido y el ms templado.

C. EL TROPICAL DEL SABANA,

Abarca a toda la regin del Pacfico y a las estribaciones occidentales de la cordillera central, desde el nivel del mar hasta los 1,000 m. de altura aproximadamente. Se caracteriza por presentar una marcada estacin seca, de entre 4 y 6 meses de duracin, confinada principalmente entre noviembre y abril. La precipitacin anual vara desde un mnimo de 500 mm en los Llanos ridos, hasta un mximo de 2,000 mm en las alturas de la cordillera central. La temperatura del aire tiene un promedio de 29C en las clidas costas del Pacfico y de 21C en los lugares elevados de las montaas centrales.

D. EL CLIMA SUBTROPICAL SECO

Se presenta en el macizo central, con una estacin seca de 4 a 6 meses de duracin, con temperaturas del aire promedios menores a las zonas mencionadas en el prrafo anterior, debido que corresponde a lugares situados arriba de los 1,000 m. La temperatura media del aire oscila entre los 10C y 20C entre el mes ms fro y el ms templado respectivamente. La precipitacin siempre es mayor a 1,000 mm pero menor a 2,000 mm anuales.

El lugar ms hmedo de Nicaragua es la regin del Ro San Juan, considerado entre los lugares de mayor pluviosidad en el mundo.



1.4.2 MAPA DE LAS REGIONES CLIMATICAS DE NICARAGUA

La informacin hidrometeoro lgica es la base principal para una evaluacin optima de los recursos climticos e hdricos, tanto temporal como espacialmente. Durante el registro y proceso de los datos, stos se ven afectados por diversos factores que causan la falta de homogeneidad en la informacin, provocando en forma general errores de tipo aleatorio o sistemtico.

MAPA DE ESTACIONES METEOROLOGICA DE NICARAGUA



1.5 BIBLIOGRAFIA

1. APARICIO MIJARES, Francisco J. Fundamentos de Hidrologa de Superficie. Limusa. Grupo Noriega Editores, 1992.

2. CHOW, Ven Te; MAIDMENT, David R; MAYS, Larry W. Hidrologa Aplicada. McGraw-Hill, 1994.

3. FERRO BERNAL, Froilan. Hidrologa General. Editorial Cientfico Tcnico, ciudad de la Habana, 1985.

4. MONSALVE SAENZ, German. Hidrologa en la ingeniera. 2da edicin, Alfa omega, 1999.

Documents

CAP 1 INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA 10oct2014.pdf