PRESENTADO A:Ing. Pabel Batista

ESCURRIMIENTO

ESCURRIMIENTO

La expresin escurrimiento superficial suele referirse al volumen de las precipitaciones que caen sobre una cuenca, menos la retencin superficial y la infiltracin. El escurrimiento superficial o directo es funcin de la intensidad de la precipitacin y de la permeabilidad de la superficie del suelo, de la duracin de la precipitacin, del tipo de vegetacin, de la extensin de la cuenca hidrogrfica considerada, de la profundidad del nivel fretico y de la pendiente de la superficie del suelo.

La aportacin de una cuenca se representa comnmente en una grfica llamada "hidrograma", que consiste en una curva que representa las oscilaciones, respecto el tiempo, del nivel del agua de un ro en una seccin dada del mismo. En el caso de un ro con un tiempo de descarga muy largo, los caudales que por l circulan al cabo de un tiempo, son el resultado de la acumulacin del escurrimiento superficial con la aportacin subterrnea.

Ciclo del EscurrimientoEl estudio del escurrimiento de los ros como parte del ciclo hidrolgico, incluye la distribucin del agua y su trayectoria desde que se precipita sobre la tierra hasta que alcanza la red hidrogrfica o vuelve directamente a la atmsfera a travs de la evapotranspiracin. La distribucin del volumen total de agua cada durante una precipitacin dada, depende tanto de las caractersticas y condiciones fsicas -naturales o artificiales- de la cuenca, como de las caractersticas de la propia precipitacin.

Al comienzo de una precipitacin fuerte, una gran cantidad de agua es interceptada por la vegetacin; el agua as almacenada sobre la superficie de la capa vegetal se encuentra muy expuesta al viento y ofrece una enorme rea de evaporacin, de tal forma que las precipitaciones de corta duracin y poca intensidad pueden llegar a ser completamente consumidas por la intercepcin de las plantas, por la pequea cantidad de agua que se infiltra a travs del suelo y por el agua que llena los charcos y pequeas depresiones de la superficie del suelo.

Para que el agua llegue a infiltrarse, la superficie del suelo debe presentar una serie de condiciones adecuadas. Cuando a lo largo de una precipitacin, el poder de intercepcin y de almacenamiento en la superficie del suelo han sido ya agotados, y cuando la precipitacin es tal que su intensidad excede la capacidad de infiltracin del suelo, comienza ya el escurrimiento superficial propiamente dicho. La superficie del suelo se cubre en ese momento con una fina pelcula de agua llamada pelcula de retencin superficial. Una vez que el agua corre sobre la superficie del suelo y alcanza los cauces de la red hidrogrfica, comienza a aparecer el escurrimiento superficial en los cauces.

Figura 1. Tipos de escurrimiento o escorrenta

Parte del agua que se infiltra en el suelo contina fluyendo lateralmente como un flujo hipodrmico, que tiene lugar a pequeas profundidades debido a la presencia de horizontes relativamente impermeables situados muy cerca de la superficie del suelo, avanzando de este modo los cauces de la red sin haber sufrido una percolacin profunda. Otra parte de esta agua se percola hacia la zona de saturacin de las aguas subterrneas y eventualmente, alcanza la red hidrogrfica para suministrar el escurrimiento base de los ros. Existe todava otra porcin del agua infiltrada, que no llega a alcanzar el nivel de saturacin de las aguas subterrneas y queda retenida encima del nivel fretico, sta es la llamada zona de saturacin incompleta.

Hidrograma de escurrimiento

Es una grfica que nos muestra la descarga, caudal o gasto de un ro en funcin del tiempo. Durante un perodo de sequa la descarga estar compuesta enteramente de contribuciones subterrneas, como se observa en la Figura 5. A medida que el ro o arroyo drena agua de la reserva subterrnea, el nivel fretico decae, dejando cada vez menos agua para alimentarlo. Si no hay una recarga del agua subterrnea, el escurrimiento ser cero.

Figura 5. Hidrograma mostrando la recesin del flujo base en estacin de verano seco

El escurrimiento va a depender de la topografa, el clima, la geologa y el tipo de suelo. El flujo base del escurrimiento decrece en un perodo de sequa debido a que el agua subterrnea se drena hacia el ro o arroyo, y as el nivel fretico desciende.

La recesin del flujo base es igual a:

Q = Q0 e atDonde:Q = flujo al mismo tiempo t despus de que la recesinempez (ft3/s o m3/s)Q0 = flujo al inicio de la recesin (ft3/s o m3/s)a = constante de recesin para la cuenca ( d-1)t = tiempo desde que la recesin empieza (d)

Partes de un hidrograma

Si se mide el gasto (volumen de escurrimiento por unidad de tiempo; m3/s) que pasa de manera contnua durante todo un ao por una determinada seccin transversal de un ro y se grafican los valores obtenidos contra el tiempo, se obtendra una grfica como la de la Figura 6.

Aunque la forma de los hidrogramas producidos por tormentas particulares vara no solo de cuenca a cuenca, sino tambin de tormenta a tormenta, es posible, en general distinguir las siguientes partes en cada hidrograma.

El escurrimiento superficial esta afectado por dos factores q son:

factores metereologicosfactores fisiogrficos

1.- Factores metereologicos.Forma y tipo de la precipitacin.- La manera como se origina la precipitacin y la forma que adopta la misma tiene una gran influencia en la distribucin de los escurrimientos de la cuenca.Intensidad de precipitacin.- Cuando la intensidad de lluvia excede a la capacidad de infiltracin del suelo, se presenta el escurrimiento superficial.Duracin de la precipitacinLa capacidad de infiltracin del suelo disminuye durante la precipitacin, por lo que puede darse el caso, que tormentas con intensidad de lluvia relativamente baja, produzcan un escurrimiento superficial considerable, si su duracin es extensa. En algunos casos, particularmente en las zonas bajas de la cuenca, para lluvias de mucha duracin el nivel fretico puede ascender hasta la superficie del suelo, llegando a nulificar la infiltracin, aumentado por lo tanto, la magnitud del escurrimiento.Se ha observado, que los caudales que se presentan en la descarga de una cuenca, son mximos cuando el tiempo que tardan en concentrarse (tiempo de concentracin), es similar a la duracin de la tormenta que los origina.

Distribucin de la lluvia en la cuencaEs muy difcil, sobre todo en cuencas de gran extensin, que la precipitacin se distribuya uniformemente, y con la misma intensidad en toda el rea de la cuenca.El escurrimiento resultante de cualquier lluvia, depende de la distribucin en tiempo y espacio de sta. Si la precipitacin se concentra en la parte baja de la cuenca, producir caudales mayores, que los que se tendran si tuviera lugar en la parte alta, donde el efecto regulador de los caudales, y el retardo en la concentracin, se manifiesta en una disminucin del caudal mximo de descarga.Direccin y velocidad de la tormentaLa direccin y velocidad con que se desplaza la tormenta, respecto a la direccin general del escurrimiento, en el sistema hidrogrfico de la cuenca, tiene una influencia notable en el caudal mximo resultante y en la duracin del escurrimiento superficial. En general, las tormentas que se mueven en el sentido de la corriente, producen caudales de descarga mayores, que las que se desplazan hacia la parte alta de la cuenca.Otras condiciones meteorolgicasAunque la lluvia es el factor ms importante que afecta y determina la magnitud de un escurrimiento, no es el nico que debe considerarse. Existen condiciones meteorolgicas generales que influyen, aunque de una manera indirecta en el escurrimiento superficial, como es el caso de la temperatura, la velocidad del viento, la humedad relativa, la presin baromtrica, etc.

2.- Factores fisiogrficos Superficie de la cuencaDebido a que la cuenca, es la zona de captacin de las aguas pluviales que integran el escurrimiento de la corriente, su tamao tiene una influencia, que se manifiesta de diversos modos en la magnitud de los caudales que se presentan. Se ha observado que la relacin entre el tamao del rea y el caudal de descarga no es lineal. A igualdad de los dems factores, para cuencas mayores, se observa una disminucin relativa en el caudal mximo de descarga, debido a que son mayores, el efecto de almacenaje, la distancia recorrida por las aguas, y por lo tanto, el tiempo de regulacin en los cauces naturales.Otro factor importante, que afecta la relacin entre el caudal y la superficie de la cuenca, es que la mxima intensidad de lluvia, que puede ocurrir con cualquier frecuencia, decrece conforme aumenta la superficie que cubre la tormenta, por lo que para cuencas mayores, se tendrn intensidades de precipitacin (referidas a la superficie de la cuenca), y caudales especficos de descarga menores.

Forma de la cuenca

Para tomar en cuenta, cuantitativamente la influencia que la forma de la cuenca, tiene en el valor del escurrimiento, se han propuesto ndices numricos, como es el caso del factor de forma y el coeficiente de compacidad.El factor de forma, expresa la relacin entre el ancho promedio y la longitud de la cuenca, medida esta ltima desde el punto mas alejado hasta la descarga. El ancho promedio se obtiene, a su vez, dividiendo la superficie de la cuenca entre su longitud. Para cuencas muy anchas o con salidas hacia los lados, el factor de forma puede resultar mayor que la unidad.Los factores de forma inferiores a la unidad, corresponden a cuencas mas bien extensas, en el sentido de la corriente. El coeficiente de compacidad, es indicador de la regularidad geomtrica de la forma de la cuenca. Es la relacin entre el permetro de la cuenca, y la circunferencia de un crculo con igual superficie que el la de la cuenca.

Elevacin de la cuenca.

La elevacin media de la cuenca, as como la diferencia entre sus elevaciones extremas, influye en las caractersticas meteorolgicas, que determinan principalmente las formas de la precipitacin, cuyo efecto en la distribucin se han mencionado anteriormente. Por lo general, existe una buena correlacin, entre la precipitacin y la elevacin de la cuenca, es decir, a mayor elevacin la precipitacin es tambin mayor.PendienteLa pendiente media de la cuenca, es uno de los factores que mayor influencia tiene en la duracin del escurrimiento, sobre el suelo y los cauces naturales, afectando de manera notable, la magnitud de las descargas; influye as mismo, en la infiltracin, la humedad del suelo y la probable aparicin de aguas subterrnea al escurrimiento superficial, aunque es difcil la estimacin cuantitativa, del efecto que tiene la pendiente sobre el escurrimiento para estos casos.

Tipo y uso del sueloEl tamao de los granos del suelo, su ordenamiento y comparacin, su contenido de materia orgnica, etc, son factores ntimamente ligados a la capacidad de infiltracin y de retencin de humedad, por lo que el tipo de suelo, predominante en la cuenca, as como su uso, influye de manera notable en la magnitud y distribucin de los escurrimientos.Estado de humedad antecedente del sueloLa cantidad de agua existente en las capas superiores del suelo, afecta el valor del coeficiente de infiltracin. Si la humedad del suelo, es alta en el momento de ocurrir una tormenta, la cuenca generar caudales mayores debido a la disminucin de la capacidad de infiltracin.Explicar la curva Q = F(t)Es la parte del hidrograma en que el caudal procede solamente de la escorrenta bsica. Es importante notar que la curva de agotamiento, comienza ms alto que el punto de inicio del escurrimiento directo (punto de agotamiento antes de la crecida), eso ese debido a que parte de la precipitacin que se infiltr est ahora alimentando el cauce.Indique cual corresponde a un suelo arcilloso y cual a un arenoso.Si se tiene una densidad de drenaje alta que puede decirse de la cuenca.Llamamos densidad de drenaje a la relacin entre la longitud total de todos los cauces de agua y la superficie total de la cuenca.D = L/SD = Densidad de drenaje L = Longitud total de todos los cauces de agua en km S = Superficie total de la cuenca en km2Entonces podemos decir que la cuenca tiene una superficie pequea.

El mtodo racional se utiliza en hidrologa para determinar el Caudal Instantneo Mximo de descarga de una cuenca hidrogrfica.La frmula bsica del mtodo racional es:Qp=C.ic.AdDonde: Qp= Caudal mximo expresado en m3/sC= Coeficiente de escurrimiento (o coeficiente de escorrenta) ver tabla con valores numricos en ese artculo principal ic= Intensidad de la precipitacin concentrada en m/s en un perodo igual al tiempo de concentracin tcAd = rea de la cuenca hidrogrfica en m2.

ic=i.Tc/TiDonde: i= Intensidad de la precipitacin en m/sTc= Tiempo de concentracin en segundosTi= Tiempo durante el que se midi la Intensidad de la precipitacin en segundos

Esta frmula emprica, por su simplicidad, es aun utilizada para el calculo de alcantarillas, galeras de aguas pluviales, estructuras de drenaje de pequeas reas, a pesar de presentar algunos inconvenientes, superados por procedimientos de clculo ms complejos. Tambin se usa en ingeniera de carreteras para el clculo de caudales vertientes de la cuenca a la carretera, y as poder dimensionar las obras de drenaje necesarias, siempre que la cuenca vertiente tenga un tiempo de concentracin no superior a 6 horas.

El mtodo del hidrograma unitario es uno de los mtodos utilizados en hidrologa, para la determinacin del caudal producido por una precipitacin en una determinada cuenca hidrogrfica.

Si fuera posible que se produjeran dos lluvias idnticas sobre una cuenca hidrogrfica cuyas condiciones antes de la precipitacin tambin fueran idnticas, sera de esperarse que los hidrogramas correspondientes a las dos lluvias tambin fueran iguales. Esta es la base del concepto de hidrograma unitario. En la realidad es muy difcil que ocurran lluvias idnticas; esta pueden variar su duracin; el volumen precipitado; su distribucin espacial; su intensidad.

Un hidrograma unitario es un hidrograma (Q = f (t)) resultante de un escurrimiento correspondiente a un volumen unitario (1 cm, mm, plg,... de lluvia por la cuenca) proveniente de una lluvia con una determinada duracin y determinadas caractersticas de distribucin en la cuenca hidrogrfica. Se admite que los hidrogramas de otras lluvias de duracin y distribucin semejantes presentarn el mismo tiempo de base, y con ordenadas de caudales proporcionales al volumen defluido.

Se puede construir un hidrograma unitario a partir de los datos de precipitacin y de caudales referentes a una lluvia de intensidad razonablemente uniforme y sin implicaciones resultantes de lluvias anteriores o posteriores. El primer paso es la separacin del escurrimiento subterrneo del escurrimiento superficial directo. Se calcula el volumen defluido (representada por el rea ABCD de la figura) y se determinan las ordenadas del hidrograma unitario dividiendo las ordenadas del hidrograma directo, por la altura de escurrimiento distribuido sobre la cuenca, hdistribuido, expresado en cm.

El hidrograma unitario resultante corresponde al volumen de un centmetro de escurrimiento. El paso final es la seleccin de la duracin especfica de una lluvia, con base en el anlisis de los datos de la precipitacin. Perodos de baja intensidad de precipitacin en el comienzo y al final de la lluvia deben ser despreciados, ya que no contribuyen sustancialmente al escurrimiento.