escorrentia ii

1

?

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VERTEDERO – VISTA LATERAL

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INFLUENCIA DE LA VENA AGUAS ABAJO

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VERTEDERO DE CRESTA DELGADA Y ANCHA

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PERFIL CREAGER (EN BARRAJE DE BOCATOMAS

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CANAL UCHUSUMA ALTO – ESTACION PUENTE EL AYRO

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ALTITUD : 4885 msnmALTITUD : 4885 msnm

CAPACIDAD : 3.80 MMC CAPACIDAD : 3.80 MMC

PRESA CASIRI

¡ NO CONFUNDIR PRESA DE DERIVACIÓN CON PRESA DE REGULACION ¡

PRESA PAUCARANI (ALIVIADERO MORNING GLORY ENCIMADO)

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MEDIDORES DE HELICE (CORRENTOMETRO)

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AFORO VOLUMÉTRICO (TAMBIEN DIRECTAMENTE DEL BOMBEO DE AGUA SUBTERRANEA)

SUBTERRANEA

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Fig. Comportamiento Hidrológico del río Pisco

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OBLIGATORIO EN CAUDALES GRANDES (SEGURIDAD DEL HIDROMENSOR Y DEL EQUIPO)

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AFORO CON CORRENTOMETRO (OBLIGATORIO SEGURIDAD DEL HIDROMENSOR)

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EL AREA DE LA CUENCA DE APORTE DETERMINA LA CAPACIDAD DE LA OBRA DE DRENAJE VIAL

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PRECISION EN LA DETERMINACION DE LA VELOCIDAD PARA EL CALCULO DEL CAUDAL

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PRECISION EN LA DETERMINACION DE LA VELOCIDAD PARA EL CALCULO DEL CAUDAL

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PRECISION EN LA DETERMINACION DE LA VELOCIDAD PARA EL CALCULO DEL CAUDAL

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MOTIVACIÓN DEL CONOCIMIENTO DE LA ESCORRENTIA O ESCURRIMIENTO

• El conocimiento de las variaciones del escurrimiento y de la magnitud en las crecientes, en diferentes épocas del año es indispensable para la planificación y desarrollo de obras hidráulicas que permitan satisfacer las necesidades de la población.

• La escorrentìa superficial es el parametro del ciclo hidrològico mas importante desde el punto de vista de la ingenierìa y consiste en la ocurrencia y transporte del agua en la superficie terrestre

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OBJETIVO

•Estimación de las características del caudal que drena una cuenca determinada, así como el valor máximo que se espera que ocurra en una crecida.

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CICLO DE LA ESCORRENTIA O ESCURRIMIENTO

Porción del ciclo hidrológico comprendido entre la precipitación incidente sobre el suelo y su descarga subsecuente en los océanos o su retorno a la atmósfera a través de la evapotranspiración. En este ciclo se distinguen cuatro fases.

1. Fase en la que se inicia un período seco hasta el comienzo de la lluvia

2. Fase donde se inicia la lluvia

TT

EE

EE

VV

V

C

S

R

R lluvia

R

E = EVAPORACIÓN

C = INTERCEPCIÓN POR EL CURSO DEL AGUA

T = TRANSPIRACIÓN

R = ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL

V = INTERCEPCIÓN POR LA VEGETACION

3. Fase donde ocurre una lluvia intensa

4. Fase donde la lluvia llega a un nivel máximo de recarga y toda el agua contribuye al aumento del caudal

V

VV

I

R

R lluvia

R

Ie

T

EE

EE

I

Es = ESCURRIMIENTO INTERMEDIO

I = INFILTRACIÓN

T = TRANSPIRACIÓN

R = ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL

V = INTERCEPCIÓN POR LAS SUPERFICIES DE AGUA.

VARIABLES QUE CARACTERIZAN LA ESCORRENTIA SUPERFICIAL

1.CAUDAL : Es el volumen de agua que pasa por la sección transversal del cauce en una estación hidrométrica, por unidad de tiempo, expresado en m3/s. El Q está conformado por cuatro procesos.

1. Escurrimiento superficial.

2. Escurrimiento subsuperficial.

3. Escurrimiento subterráneo.

4. Lluvia que cae sobre el cauce.

2. COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO (Ce )Es la relación entre el volumen escurrido (Ve) y el volumen precipitado (Vp) o la lámina escurrida (Le) y la precipitación (P).

P

L

V

VC e

p

ee

3. TIEMPO DE CONCENTRACION (Tc)

Es el tiempo que la lluvia que cae en el punto mas distante de la corriente de agua de una cuenca toma para llegar a una secciòn determinada. El Tc mide el tiempo que se necesita para que toda la cuenca contriubya con escorrentia superficial en una secciòn considerada.

4. PERIODO DE RETORNO (T): Es el periodo de tiempo promedio, en años , en que un determinado evento (en este caso caudal), es igualado o superado por lo menos una vez.

5. NIVEL DE AGUA (h): es una de las medidas màs faciles de determinar sobre un curso de agua. Se expresa en m. o cms. Y se refiere a la altura alcanzada por el nivel de agua en relaciòn con un nivel de referencia

DESARROLLO TEMPORAL DE RESPUESTA Y DE ESCORRENTIA

PROCESO DE ESCORRENTIA

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RELACIÓN PRECIPITACIÓN – ESCORRENTÍA : Uno de los objetivos principales de la Hidrología Superficial es calcular la escorrentía se va a generar si se produce una precipitación determinada (calcular el hidrograma que va a generar un hietograma). El tema es muy complejo y se plantean actuaciones diversas:

Un evento concreto o el proceso continuo: A veces estudiamos qué caudales generará cierta precipitación, o bien queremos conocer el proceso de un modo continuo, por ejemplo, el funcionamiento de la cuenca a lo largo de un año.

Precipitaciones reales o supuestas: Podemos desear calcular los caudales generados por unas precipitaciones reales o bien trabajamos con una tormenta de diseño para calcular el hidrograma de diseño. Si se va a construir una obra (canal, presa,...) debe hacerse sobre caudales teóricos que calculamos que se producirán por unas precipitaciones teóricas que se producirán una vez cada 100 años.

En el estudio de una cuenca real con datos es necesario utilizar un modelo en ordenador, en el que se introducen las características físicas de la cuenca.

ESCORRENTIA DIRECTAEs el agua producIda durante la precipitación que fluyendo sobre la superficie del suelo llega rápidamente a la red de drenaje natural de una cuenca hidrográfica, saliendo y abandonando el sistema a través del colector común o cauce principal hacia otro sistema de mayor categoría y finalmente llega al mar en cuencas sin regulación o al embalse de las unidades hidrológicas reguladas.

Características de la escorrentía directa

Son características saltantes de la escorrentía directa las siguientes:

•Es la variable prácticamente incontrolable en cuencas no reguladas causante de la degradación hídrica del suelo.

•El tiempo de viaje de la escorrentía directa es relativamente corto, comparado con el tiempo de viaje de la componente de agua subterránea . Puede variar desde escasas horas hasta muchos días dependiendo de las distancia al destino final, a diferencia del tiempo de viaje dela agua subterránea que puede variar desde algunos meses hasta muchos años

• La escorrentía directa provoca ondas de avenidas muy fuertes y bruscas en la red de drenaje natural (ríos, quebradas, arroyos), especialmente en el cauce principal. La geometría del hidrograma de escorrentía, depende de la intensidad y localización.

• La escorrentía directa erosiona y conduce el suelo bajo las formas de solidos en suspensión y de arrastre. Los solidos en suspensión determinan la turbiedad del agua y los solidos de arrastre, luego de ser conducidos a grandes distancias, sedimentan en el cauce cambiando la geometría de la sección transversal. El proceso de sedimentación aumenta al disminuir la pendiente del cauce principal, hacia aguas abajo, determinado importantes, canteras para la explotación de agregados que se emplean en la industria de la construcción.

•La escorrentía directa es prácticamente inaprovechada por el hombre , en cuencas reguladas, y afecta a los embalses, mediante el proceso de sedimentación y su control, define la vida económica o periodo de vida util del represamiento en las cuencas reguladas.

•La componente de escorrentía directa es efímera y puede causar a su paso desastres por inundaciones (FENOMENO DEL NIÑO) en proporciones importantes, que afectan la economía y la vida de los pueblos y comunidades. Esta característica agresiva de la escorrentía es controlada, aguas debajo de los embalses, en los sistemas hidrológicos regulados.

•La geometría del hidrograma de escorrentía directa depende, además de las características de la tormenta de la geometría y otras características intrínsecas de la cuenca hidrográfica. El hidrograma de la escorrentía directa es propio y exclusivo de determinada tormenta; mientras que el hidrograma de un acuífero (flujo base), proviene de muchas tormentas no identificables.

Causas de la Escorrentía Directa

La escorrentía directa es una variable efecto y, como tal, dependerá de las características de la variable causal (Precipitación pluvial) y de la naturaleza intrínseca de la cuenca hidrográfica. Para una misma cuenca hidrográfica, depende de las características de la tormenta y el estado actual de la cuenca, al referirnos a las característica de una tormenta, es obvio que nos referimos a la distribución de la tormenta en el espacio y tiempo.

Son causas de la escorrentía directa y de su comportamiento:

•La intensidad y duración de la tormenta

•La distribución de la tormenta sobre la cuenca receptora colectora

•Cobertura vegetal de la cuenca

•Relieve y topografía de la cuenca

•Forma de la cuenca

•Tipo de suelo y geología

•Nivel de humedad del suelo antes de ocurrir la tormenta.

•Labores realizadas en el suelo, que hayan alterado su cohesión, en el momento de ocurrencia de tormenta.

Estimación de la Escorrentía Directa

Puede estimarse con la precisión adecuada, solo y solo si, se tiene registros históricos en «tiempos hidrológicos» representativos , tanto de la escorrentía directa como la tormenta que lo causo. Es decir, medida de las variables correspondientes causa efecto. Para ello hay necesidad de contar con una red de fluviógrafos y limnigrafos estratégicamente, instalados en la cuenca hidrográfica a estudiar.

Esto constituye un gran problema para los países subdesarrollados, tornándose en un “imposible de solución”

El tiempo hidrológico, se refiere a que debido, a la característica infinita de la población hidrometeorológica, el tamaño de la muestra para ser representativa de su universo no debiera de ser menor que 30 años.

Los métodos de estimación, para la escorrentía directa, son diversos y el uso de cada metodología depende del tipo cualitativo de la información disponible.

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Análisis de Datos de escorrentía Análisis de Datos de escorrentía (Clase) (Clase)

Unidades

(m3/s) ó (l/s)

(m3/s/km2) ó (l/s/ha)

lámina de agua, (cm) ó

(mm)Dimensio-namiento de obras

comparación de regímenes hidrológicos

Estudio de relaciones precipitación-escorrentía o en balances hidrológicos de cuencas

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Análisis de la escorrentía

La EscorrentíaLa Escorrentía varía, en función a las precipitaciones en la cuenca; Las Mediciones generan gran cantidad de datos, que es necesario procesar; Se utiliza la Estadística; Se considera la escorrentía como una variable aleatoria; Se puede adaptar un modelo matemático que represente el comportamiento, en función de la precipitación y características de la cuenca.

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Análisis de la escorrentíaAnálisis de la escorrentía

• Primer paso: chequeo de la confiabilidad; se analizan los registros históricos para probar su consistencia y homogeneidad, y además, completar y extender dicha información;

• El Tratamiento de la información es igual al efectuado para la precipitación.

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Escorrentía superficial - infiltración

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Relación precipitación - escorrentía

Las Características de la cuencaLas Características de la cuenca afectan la escorrentía, para una precipitación dada:

Pendiente:Pendiente: a mayor pendiente, se presentará mayor velocidad de escorrentía;

Forma:Forma: La escorrentía será diferente para cuencas de igual área, pero de diferente forma (alargada, achatada, etc);

densidad de drenaje:densidad de drenaje: a mayor valor, la

respuesta hidrológica de la cuenca será más

rápida cuenca muy bien drenada);

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EscorrentíaEscorrentía = f(Precipitación, propiedades del suelo)

Relación precipitación-escorrentía

Propiedades del suelo

Precipitación (mm)

Escorrentía (mm)

Propiedades del suelo

Precipitación (mm)

Escorrentía (mm)

La Cobertura del terrenoLa Cobertura del terreno, también es un factor muy importante.

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Lluvia (mm/hr)

Flujo (m3/s)

Cuenca

Relación precipitación-escorrentía

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Lluvia (mm/hr)

Flujo (m3/s)

Tiempo

Llu

via

y fl

ujo

Flujo = f(Lluvia, propiedades cuenca hidrográfica)

Relación precipitación - escorrentía

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Modelo precipitación - escorrentía

Exceso

precipitación

Escorrentía

directa

Función

transferencia

Modelo hidrograma

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Hidrograma, es cualquier gráfico que relaciona alguna propiedad del flujo de agua de un cauce con el tiempo.

Estrictamente, es el gráfico que muestra la variación del caudal de un río con el tiempo.

Dicho gráfico muestra el efecto integral de las características físicas y climáticas que gobiernan las relaciones entre la precipitación y escorrentía y escorrentía en una cuenca.

HidrogramasHidrogramas

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HidrogramasRepresentación del caudal en

función del tiempo, expresando las variaciones temporales de caudales o aportes de un río en una sección determinada.

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Hidrogramas

Q

t (días)1 2 3 4 5

(2) Lectura diaria

(5) Flujo medio diario

(1) Lectura ocasional(3) Caudal pico

(4) Registro

contínuo

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• La Variación temporal de la escorrentía superficial, puede visualizarse mejor a través de hidrogramashidrogramas, donde puede apreciarse la variación cíclica estacional, con valores altos o picos en períodos húmedos, o época de lluvias, y valores bajos o nulos en períodos secos o de estiaje.

HidrogramasHidrogramas

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Histograma de caudales medios Histograma de caudales medios mensuales, mensuales, Río Guarapiranga Río Guarapiranga

(Brasil)(Brasil)

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Histograma de caudales medios mensuales

Qnormal = 30.2 m3/s

Comportamiento multianual del Comportamiento multianual del caudal del río Chancay-caudal del río Chancay-

LambayequeLambayeque

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Comportamiento multianual del Comportamiento multianual del caudal del río Rimaccaudal del río Rimac

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Histograma de caudales medios anuales, Río Guarapiranga (Brasil)

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Disponibilidades de agua Análisis de frecuenciasAnálisis de frecuencias de caudales o volúmenes medios

mensuales, obteniéndose curvas de duracióncurvas de duración, en las que se puede determinar caudales a diferentes porcentajes de probabilidad de ocurrencia;

Análisis de frecuencias:Análisis de frecuencias: se ordenan datos, en forma decreciente, se les asigna una frecuencia de ocurrencia, estimada con fórmula de Weibull:

F = m/(n + 1)F = m/(n + 1)

Al graficar datos ordenados y sus respectivas frecuencias, se obtiene curvas de duracióncurvas de duración.

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Curvas de duración• Curva de duración es un procedimiento gráfico para

análisis de frecuencia de datos de caudales.• Representa la frecuencia acumulada de ocurrencia de

un caudal determinado. • Gráfica que tiene caudal (Q) como ordenada y

número de días del año (generalmente expresados en % de tiempo) en que ese caudal es excedido o igualado, como abscisa.

• Ordenada Q para cualquier porcentaje de probabilidad, representa magnitud del flujo en un año promedio, que espera que sea excedido o igualado un porcentaje, P, del tiempo.

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Curvas de duraciónPor medio de estas curvas se definen el :

o Caudal característico máximo: Caudal rebasado 10 días al año.

o Caudal característico de sequía: Caudal rebasado 355 días al año.

o Caudal de aguas bajas: caudal excedido 275 días al año o el 75 % del tiempo.

o Caudal medio anual: altura de un rectángulo de área equivalente al área bajo la curva de duración.

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Curvas de duración, río Guarapiranga (Brasil)

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Curvas de duración, río Ica

QQ7575

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Curvas de duración, río Guarapiranga (Brasil)

Separación del flujo base

Metodos gráficos de separación del flujo base

Metodos gráficos de separación del flujo base

Metodos gráficos de separación del flujo base

La duración del exceso de precipitación es el tiempo que tarda en producirse el exceso de precipitación. No se refiere al tiempo de la respuesta fluvial real en el hidrograma. Los hidrogramas se identifican por medio del período de duración. Por ejemplo, un hidrograma unitario de 6 horas muestra el impacto de 6 horas de exceso de precipitación.

La curva o rama ascendente es la parte del hidrograma entre el punto donde el flujo comienza a ascender y el caudal máximo.

La curva o rama de recesión, o descendente, es la parte del hidrograma entre el caudal máximo y el punto donde el flujo vuelve a un estado relativamente estacionario.

El punto de inflexión es el punto en la curva de recesión del hidrograma donde comienza el descenso de la pendiente del gráfico. Este punto indica el momento en que el caudal base vuelve a cobrar mayor importancia para el flujo total que la escorrentía directa.

TERMINOLOGÍA DE LA TEORÍA DEL HIDROGRAMA UNITARIO