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Escurrimiento Superficial

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HIDROLOGIA

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  • ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL

  • ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL

    Los escurrimientos en una cuenca se dividen de acuerdo al camino que sigue el agua para integrarse a las corrientes, en tres componentes:

    1. Superficial 2. Subsuperficial 3. Subterrneo.

  • ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL El superficial es el que se

    manifiesta por encima del terreno natural, en los primeros instantes es laminar hasta cuando se va concentrando en cauces, y sale finalmente de la cuenca. Se le denomina rpido, porque en Hempo es el primer escurrimiento que se manifiesta en la seccin de control de la cuenca.

  • ESCURRIMIENTO SUBSUPERFICIAL

    El subsuperficial es aqul que l u e g o d e i n fi l t r a d a u n a determinada canHdad en el perfil del suelo, en la profundidad d o n d e l a h u m e d a d e s aprovechable por las races, se manifiesta escurriendo en esa primera capa del suelo, y en algunos casos, vuelve a aparecer en superficie, sumndose al superficial. La canHdad depende de las caractersHcas texturales del suelo. Se da preferentemente en zonas con subsuelos rocosos cubiertos por suelo ms franco, y es en este sector donde se produce. El escurrimiento Hene una velocidad de conduccin lento.

  • ESCURRIMIENTO SUBTERRANEO E l s u b t e r r n e o e s e l

    escurrimiento que se da en las capas saturadas del suelo, ya sea en lo que se considera acufero freHco, como en los a c u f e r o s c a u H v o s o profundos. Los primeros aportan a los cauces del ro, en especial en pocas de esHaje, d r e n a n d o l a s c a p a s subterrneas. Por el proceso que Hene el agua desde la precipitacin, infiltracin profunda a las napas, y de s t a s a l c a u c e , e l escurrimiento es muy lento.

  • FUENTES DEL ESCURRIMIENTO

    Para comprender la marcha del agua en el ciclo hidrolgico de una cuenca, se r e c u r r e a l a visualizacin del s i g u i e n t e d i a g r a m a d e bloque:

  • FACTORES QUE AFECTAN EL ESCURRIMIENTO

    La complejidad del proceso de l e s cu r r im i en to s e encuentra influenciado por numerosos factores que varan de un punto a otro dentro de la cuenca:

    1. Factores fisiogrficos 2. Factores Csicos 3. Factores climEcos

  • FACTORES QUE AFECTAN EL ESCURRIMIENTO

    Factores fisiogrficos:

    a. rea de la cuenca b. Forma de la

    cuenca c. Relieve de la

    cuenca d. Pendiente de la

    cuenca e. Red de drenaje

  • FACTORES QUE AFECTAN EL ESCURRIMIENTO

    Factores Csicos: a. Tipo de suelo b. Permeabilidad c. Homogeneidad d. Composicin e. Geologa, geomorfologa f. Tipo y densidad de

    vegetacin g. Profundidad del sistema

    radicular h. Estado de crecimiento de la

    vegetacin i. CanHdad de rea foliar.

  • FACTORES QUE AFECTAN EL ESCURRIMIENTO

    Factores climatolgicos: CaractersHcas de la

    precipitacin: canHdad y distribucin espacial de l a p r e c i p i t a c i n ; intensidad; frecuencia y duracin.

    C a r a c t e r s H c a s climHcas: temperatura, humedad, vientos, entre otros.

    Evapotraspiracin.

  • VARIABLES QUE CARACTERIZAN LA ESCORRENTA SUPERFICIAL

    Cauda l (Q ) : Vo l umen de escorren[a superficial por unidad de Hempo

    Q=V/t, es la principal variable y se expresa en m3/s, pies3/s l/s.

    Caudal especfico (q): Es el caudal dividido por el rea de drenaje dela hoya y se expresa como m3/s/km2 l/s/km2 .

    Caudales mximos, medios y mnimos.

    Son los caudales mximos, medios y mnimos histricos que se presentan en una corriente.

    Tiempo de concentracin (tc): Es el Hempo que transcurre desde que la lluvia cae en el punto ms distante de la corriente de una ho ya , h a s t a una s e c c i n determinada de dicha corriente. Mide el Hempo que se necesita para que toda la hoya contribuya con la escorren[a superficial en una seccin considerada. Se mide en minutos u horas.

    Perodo de retorno (T): Es el perodo de Hempo promedio, en aos, en que un determinado evento (en este caso caudal), es igualado o superado por lo menos una vez.

  • VARIABLES QUE CARACTERIZAN LA ESCORRENTA SUPERFICIAL

    Niveles de agua (h) : Se refiere a la a l tura alcanzada por el nivel de agua en el cauce en relacin con un nivel de referencia. Es una de las medidas ms fciles de determinar sobre una corriente y se expresa e n m e t r o s o cen[metros.

    Instrumentacin de medida de niveles

    El Limnmetro

  • El Limngrafo

  • DETERMINACIN DE CAUDALES

    Si consideramos la figura N 1 y pretendemos encontrar el gasto que llega al punto "a", bajo la lluvia mxima que se presenta con una frecuencia de te rminada , ap rec i a remos lo siguiente:

    Durante los primeros minutos de la lluvia, la intensidad de sta es muy alta, pero como el Hempo es corto, no se ha alcanzado a drenar toda la cuenca, por lo que el gasto que pasa por el punto a no es muy grande.

    A medida que transcurre el Hempo, la cuenca comienza a aportar ms agua por efecto de que es mayor el rea que se drena, pero por otro lado la intensidad de la lluvia va disminuyendo poco a poco.

  • DETERMINACIN DE CAUDALES Si graficamos el gasto que

    pasa por el punto a en funcin del Hempo de duracin de la l luvia, obtendremos una figura de la siguiente naturaleza:

    E l H e m p o T 1 , correspondiente al gasto mximo y es el Hempo mnimo en el cual se drena toda la cuenca. Valor que coincide con el Hempo de concentracin tc.

  • MTODOS QUE RELACIONAN LA PRECIPITACIN CON EL ESCURRIMIENTO

    MTODO DE CORRELACIN SIMPLE

    Uno de los mtodos ms simples y comunes en la hidrologa est basado en la suposicin de que dos variables se relacionan en forma lineal. En general, el objeHvo de un modelo de esta naturaleza es poder esHmar el valor de una variable, que se denomina variable dependiente, a parHr de la otra, que se llama variable independiente.

    Si denominamos a X (variable independiente) como la precipitacin y a Y (variable dependiente) como el escurrimiento, se desea saber si un modelo de la forma:

    +X

    = (x/y) Coeficiente de correlacin Donde x y y son las desviaciones

    estndares de X y Y

  • EJERCICIO

    Datos de la estacin Altamirano:

    AO y= Escurrimiento anual (m) X= Lluvia anual (m)

    1966 0,557 1,637

    67 0,436 1,665

    68 0,562 1,884

    69 0,776 2,018

    70 0,600 1,536

    71 0,391 1,349

    72 0,359 1,327

    73 0,567 1,555

    74 0,635 1,405

    75 0,495 1,335

    76 0,580 1,391

    1977 0,325 1,133

  • MTODO RACIONAL Tiene las siguientes frmulas: = Donde: Q= Es el caudal mximo probable de escurrimiento

    superficial y se expresa en m3/s C= Es el coeficiente de escurrimiento, es adimensional. I= Es la intensidad mxima de precipitacin en un

    perodo equivalente al Hempo de concentracin y se expresa en mm/hora.

    A= Es el rea de la cuenca zona de aferencia y se expresa en hectreas kilmetros cuadrados.

  • MTODO RACIONAL Clculo del Eempo de concentracin (Tc): Frmula de Kirpich =0,01950,77 Donde: = / = / Tc= Es el Hempo de concentracin, en minutos L= Es la longitud mxima de recorrido del agua, en metros. H= Es la diferencia de altura entre el punto ms remoto y el

    punto de salida del agua, en metros. S= es la pendiente del cauce principal, en metro sobre

    metro.

  • MTODO RACIONAL

    Clculo del Eempo de concentracin (Tc): Frmula de Guaire: T=0.355(/) Donde: Tc= Es el Hempo de concentracin en horas. L= Es la longitud del cauce principal en kilmetros. H= Es la diferencia de cotas de los puntos extremos en

    metros. S= Es la pendiente media de la cuenca en m/Km. A= Es el rea de la cuenca en kilmetros cuadrados.

  • MTODO RACIONAL

    Clculo del Eempo de concentracin (Tc): Mtodo del Bureau of ReclamaHon (EE.UU) =(0,8863/)0,385 Donde: Tc= Es el Hempo de concentracin en horas. L= Es la longitud del cauce principal en kilmetros.

    H= Es el desnivel en metros.

  • MTODO RACIONAL Clculo de la Intensidad mxima de la lluvia (I) Determinado el Hempo de concentracin Tc, para la cuenca de

    drenaje y seleccionada la frecuencia perodo de retorno Tr, la intensidad mxima de la lluvia se obHene mediante la uHlizacin de las curvas de intensidad frecuencia duracin.

    Tambin las curvas IDF pueden expresarse como ecuaciones de la forma siguiente:

    Donde: I= Es la intensidad mxima de la lluvia en mm/hora. Tr= Es el perodo de retorno en aos. Tc= Es el Hempo de concentracin en minutos a,b,c, d y n, constantes parHculares de estacin, son

    adimensionales.

  • Ejercicio N 1 Calcular el caudal para el diseo de un dique urbano de proteccin contra

    inundaciones, a parHr de la siguiente informacin del rea: Longitud del cauce: 390 m Pendiente: 51,7 m/Km. Perodo de retorno de 100aos La ecuacin de las curvas IDF:

    = 1,5(+90)1,25/(+18)1.19 reas C rea (Km2)

    1 O,30 0.284

    2 0,175 0,389

    3 0,60 0,171

  • Ejercicio N 2 Calcular el caudal mximo y el rea hidrulica del box culvert ; para un perodo de

    retorno de 10 aos, en la cuenca del arroyo Venado, en el siHo justamente antes de cruzar la carretera Cinaga de Oro La Y . El arroyo Hene una longitud de 750 m y la diferencia de elevacin entre el punto ms remoto y el cruce de la carretera es de 20 m.

    UHlice la siguiente ecuacin de la estacin climatolgica El salado localizada en el

    municipio de Cinaga de Oro para calcular la intensidad mxima: = 11(+100)1,2/(+20)1.1

    El rea de drenaje es de 60 Ha., distribuidas en la siguiente forma: Cobertura vegetal rea (Ha.) Pendiente % Textura del suelo Bosque 25 5 - 10 Arcillo pesado

    PasHzales 15 5 -10 Arcillo limoso

    CulHvos 20 0 - 5 Limo arenoso