factores de escorrentia

Tema 7: EscorrentíaTema 7: Escorrentía

1.1. Definición y tipos de escorrentía.Definición y tipos de escorrentía.

2.2. Los aforos.Los aforos.

3.3. El hidrograma y su El hidrograma y su descomposición.descomposición.

22

1. DEFINICIÓN Y TIPOS DE 1. DEFINICIÓN Y TIPOS DE ESCORRENTÍAESCORRENTÍA

Se denomina escorrentía superficial a la precipitación que alimenta los Se denomina escorrentía superficial a la precipitación que alimenta los cursos superficiales. Se trata del agua que alcanza la red de drenaje y se cursos superficiales. Se trata del agua que alcanza la red de drenaje y se desplaza sobre la superficie del terreno bajo la acción de la gravedad. Es el desplaza sobre la superficie del terreno bajo la acción de la gravedad. Es el único término del balance hidrológico de una cuenca que se puede medir en único término del balance hidrológico de una cuenca que se puede medir en su conjunto con precisión.su conjunto con precisión.

Por tanto, se considera escorrentía (Por tanto, se considera escorrentía (EE) al total del agua que circula por los ) al total del agua que circula por los cauces superficiales: cauces superficiales:

E = ES + EH + PS + PDE = ES + EH + PS + PD

Escorrentía superficialEscorrentía superficial ( (ESES):): fracción de la precipitación que no se infiltra fracción de la precipitación que no se infiltra y discurre libremente sobre la superficie del terreno hasta alcanzar los y discurre libremente sobre la superficie del terreno hasta alcanzar los cursos de agua superficiales.cursos de agua superficiales.

Escorrentía hipodérmicaEscorrentía hipodérmica ( (EHEH)) parte del agua infiltrada puede quedar a parte del agua infiltrada puede quedar a escasa profundidad y volver a la superficie, alcanzando un curso de escasa profundidad y volver a la superficie, alcanzando un curso de agua.agua.

Escorrentía subterráneaEscorrentía subterránea ( (PSPS)) parte del agua que se infiltra y alcanza la parte del agua que se infiltra y alcanza la zona saturada y que, eventualmente, puede llegar a un curso de agua zona saturada y que, eventualmente, puede llegar a un curso de agua superficial.superficial.

PDPD:: precipitación que cae directamente sobre la superficie de agua libre precipitación que cae directamente sobre la superficie de agua libre del cauce.del cauce.

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1. DEFINICIÓN Y TIPOS DE 1. DEFINICIÓN Y TIPOS DE ESCORRENTÍAESCORRENTÍA

Componentes de la escorrentía

E = ES + EH + PS + PDE = ES + EH + PS + PD

EH

ESPD

PS

ES

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2. CUENCA HIDROGRÁFICA Y CUENCA 2. CUENCA HIDROGRÁFICA Y CUENCA HIDROGEOLÓGICA HIDROGEOLÓGICA

Cuenca hidrográfica:Cuenca hidrográfica: superficie total drenada por un río y sus afluentes superficie total drenada por un río y sus afluentes aguas arriba (o lo que es igual, la cuenca topográfica). Queda definida aguas arriba (o lo que es igual, la cuenca topográfica). Queda definida topográficamente por la línea de crestas (divisoría de aguas topográficamente por la línea de crestas (divisoría de aguas superficiales).superficiales).

Cuenca hidrogeológica:Cuenca hidrogeológica: se refiere a la cuenca de aguas subterráneas, se refiere a la cuenca de aguas subterráneas, que puede no coinicidir con la cuenca topográfica. Queda definida por la que puede no coinicidir con la cuenca topográfica. Queda definida por la divisoría de los sistemas de flujo subterráneo.divisoría de los sistemas de flujo subterráneo.

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3. FACTORES CONDICIONAN LA 3. FACTORES CONDICIONAN LA ESCORRENTIAESCORRENTIA

a. Morfologíaa. Morfología

Las cuencas con formas circulares provocan un aumento brusco del Las cuencas con formas circulares provocan un aumento brusco del caudal en poco tiempocaudal en poco tiempo

Coeficiente de Gravelius (Kc)Coeficiente de Gravelius (Kc): consiste en comparar el perímetro de la : consiste en comparar el perímetro de la cuenca con un círculo que tuviera su misma superficie. El valor de cuenca con un círculo que tuviera su misma superficie. El valor de este coeficiente es adimensional.este coeficiente es adimensional.

PP: perímetro cuenca (km);: perímetro cuenca (km); AA: superficie cuenca : superficie cuenca (km(km22))

Para un círculo:Para un círculo:

Por tanto, cuanto más alargada sea la cuenca, mayor será el valor de Por tanto, cuanto más alargada sea la cuenca, mayor será el valor de Kc.Kc.

A

PKc 2

12

2

)(2

22

r

r

r

rKc

a. Morfologíab. Relievec. Red hidrográficad. Geologíae. Vegetación

66


b. Relieveb. RelieveCurva hipsométricaCurva hipsométrica: se traza representando en ordenadas la : se traza representando en ordenadas la altitud y en abscisas la superficie cuya cota es igual o mayor a la altitud y en abscisas la superficie cuya cota es igual o mayor a la altitud considerada.altitud considerada.

Altitud mediaAltitud media

PendientePendiente

77


c. Red hidrográficac. Red hidrográfica

Se denomina red hidrográfica o de drenaje al conjunto de todos los Se denomina red hidrográfica o de drenaje al conjunto de todos los cursos naturales de agua, permanentes o estacionales, por donde cursos naturales de agua, permanentes o estacionales, por donde discurren las aguas de escorrentía.discurren las aguas de escorrentía.

La densidad de drenaje, La densidad de drenaje, DDdd, (km/km, (km/km22):):

LLii:: longitud curso de agua (km); longitud curso de agua (km); S:S: superficie de la cuenca (km superficie de la cuenca (km22))LLii:: suma de la longitud, en km, de todos los cursos de agua de la cuenca, permanentes o suma de la longitud, en km, de todos los cursos de agua de la cuenca, permanentes o

no, cualquiera que sea su importancia.no, cualquiera que sea su importancia.

Cuenca pobremente drenada:Cuenca pobremente drenada: DDdd = = 0.6 km/km 0.6 km/km22

Cuenca bien drenada:Cuenca bien drenada: DDdd > 3 km/km > 3 km/km22

S

LD i

d

88


c. Red hidrográficac. Red hidrográfica

d. Geologíad. Geología

- Litología- Litología

- Estructura- Estructura

e. Vegetacióne. Vegetación

- Transpiración - Transpiración

- Infiltración- Infiltración

- Circulación superficial- Circulación superficial

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4. ESTACIÓN DE AFORO Y CURVA DE 4. ESTACIÓN DE AFORO Y CURVA DE GASTOSGASTOS

Una estación de aforo es un punto situado en el cauce de un río donde se Una estación de aforo es un punto situado en el cauce de un río donde se mide el mide el caudal del río (caudal del río (QQ).).

La medida directa en forma continua de los caudales es técnicamente La medida directa en forma continua de los caudales es técnicamente complicada, por lo que se busca la medida de una complicada, por lo que se busca la medida de una variable auxiliarvariable auxiliar cuyo cuyo conocimiento permita a través de una conocimiento permita a través de una función intermediafunción intermedia la la determinación determinación del caudal.del caudal.

La La variable auxiliarvariable auxiliar idónea será el idónea será el nivel de las aguas en el cauce (nivel de las aguas en el cauce (hh), ), medida con un medida con un limnímetro o limnígrafolimnímetro o limnígrafo,, y la y la función intermedia (f)función intermedia (f) se se denomina denomina curva de gastoscurva de gastos, de modo que para cada valor instantáneo de h , de modo que para cada valor instantáneo de h podemos obtener el valor del caudal Q en el mismo instante.podemos obtener el valor del caudal Q en el mismo instante.

Para determinar la curva de gastos que establece una correspondencia Para determinar la curva de gastos que establece una correspondencia entre los niveles h y los caudales que circulan por la estación de aforo, se entre los niveles h y los caudales que circulan por la estación de aforo, se parte de aforos directos que permiten obtener pares de valores (hparte de aforos directos que permiten obtener pares de valores (h ii, Q, Qii).).

La estación de aforo debe situarse en un sector del cauce del río que se La estación de aforo debe situarse en un sector del cauce del río que se encuentre en encuentre en régimen de semimódulorégimen de semimódulo: cuando el caudal que circula por un : cuando el caudal que circula por un cauce sólo depende del nivel de las aguas dentro del tramo que lo limita, cauce sólo depende del nivel de las aguas dentro del tramo que lo limita, pero no del nivel aguas abajo, se dice que está en régimen de semimódulo.pero no del nivel aguas abajo, se dice que está en régimen de semimódulo.

1010

4. ESTACIÓN DE AFORO Y CURVA DE 4. ESTACIÓN DE AFORO Y CURVA DE GASTOSGASTOS

Curva de gastos

1111

LIMNÍMETROS

1212

LIMNÍGRAFROS

1313

CaudalesCaudales (m (m33/s, L/s). /s, L/s). Aunque se trata de un dato instantáneo, Aunque se trata de un dato instantáneo, pueden referirse al valor medio de distintos periodos de tiempo:pueden referirse al valor medio de distintos periodos de tiempo:

Caudales diariosCaudales diarios: pueden corresponder a la lectura diaria de : pueden corresponder a la lectura diaria de una escala limnimétrica o corresponder a la ordenada media una escala limnimétrica o corresponder a la ordenada media del gráfico diario de un limnígrafo.del gráfico diario de un limnígrafo.

Caudales mensuales, mensuales medios:Caudales mensuales, mensuales medios: para un año concreto para un año concreto es la media de todos los días de ese mes, para una serie de es la media de todos los días de ese mes, para una serie de años se refiere a la media de todos los “octubres”, años se refiere a la media de todos los “octubres”, “noviembres”, etc. de la serie estudiada.“noviembres”, etc. de la serie estudiada.

Caudal anual, anual medio (módulo):Caudal anual, anual medio (módulo): para un año concreto es para un año concreto es la media de todos los días de ese año, para una serie de datos la media de todos los días de ese año, para una serie de datos se refiere a la media de todos los años de la serie considerada.se refiere a la media de todos los años de la serie considerada.

Aportación anual o mensualAportación anual o mensual. . Es el volumen de agua aportado Es el volumen de agua aportado por el cauce en el punto considerado durante año o un mes (Hmpor el cauce en el punto considerado durante año o un mes (Hm33).).

4.1. PRESENTACIÓN DE DATOS DE 4.1. PRESENTACIÓN DE DATOS DE AFOROAFORO

1414


Caudal específicoCaudal específico Caudal por unidad de superficie. Representa Caudal por unidad de superficie. Representa el caudal aportado por cada kmel caudal aportado por cada km22 de cuenca. de cuenca.

Permite comparar el caudal de diversas zonas, p.e. las áreas de Permite comparar el caudal de diversas zonas, p.e. las áreas de montaña proporcionan más de 20 L/s·kmmontaña proporcionan más de 20 L/s·km22, mientras que en las , mientras que en las partes bajas de la misma cuenca se generan sólo 4-5 L/s·kmpartes bajas de la misma cuenca se generan sólo 4-5 L/s·km22..

Lámina de agua equivalenteLámina de agua equivalente. Es el espesor de la lámina de . Es el espesor de la lámina de agua que se obtendría repartiendo sobre toda la cuenca el agua que se obtendría repartiendo sobre toda la cuenca el volumen de la aportación anual:volumen de la aportación anual:

Es útil para comparar la escorrentía con las precipitaciones.Es útil para comparar la escorrentía con las precipitaciones.

)·((cuenca superficie

(anual) caudal Específico Caudal 2kmsL

);(sup

... mmmcuencaerficie

anualaportaciónEAL

(L / s · km2)

1515


1616

5. EL HIDROGRAMA Y SU DESCOMPOSICIÓN5. EL HIDROGRAMA Y SU DESCOMPOSICIÓN

CONCEPTO DE HIDROGRAMACONCEPTO DE HIDROGRAMA

Gráfico que relaciona el caudal o cualquier otro parámetro Gráfico que relaciona el caudal o cualquier otro parámetro hidrológico con el tiempo hidrológico con el tiempo relaciones precipitación - escorrentía relaciones precipitación - escorrentía

Partes de un hidrograma

Tiempo base

T respuesta

T crecida

Curva deconcentración Curva de descenso

Curva de agotamiento

Punta del hidrograma

Tiempo

Q (

m3/s

)

Yetograma

1717

Curva de concentración. Tramo comprendido desde que se inicia el aumento de caudal en el río como consecuencia de la lluvia hasta llegar al máximo. Se debe a la creciente acumulación de escorrentía, mayoritariamente escorrentía superficial.

Punta del hidrograma. Valor de caudal máximo que ha generado el aguacero.

Curva de descenso. Pasada la punta se inicia una disminución rápida de caudal hasta que cesa la escorrentía superficial.

Curva de agotamiento. Tramo del hidrograma en que todo el caudal se debe al aporte de las aguas subterráneas.

Los parámetros de tiempo son:

Tiempo de crecida. El transcurrido entre el inicio de la crecida y la punta del hidrograma.

Tiempo de respuesta o lag. El transcurrido entre el centro de gravedad del yetograma y la punta del hidrograma.

Tiempo base. El transcurrido entre el inicio de la crecida y el final de la escorrentía superficial.


1818

CURVA DE AGOTAMIENTO

Tras la punta del hidrograma se inicia la curva de descenso que corresponde al aporte conjunto de las escorrentías. Pasado un cierto tiempo se anula la escorrentía superficial, el aporte recibido sobre el cauce y la escorrentía hipodérmica, quedando el caudal reducido únicamente a los aportes de la escorrentía subterránea (curva de agotamiento). Esta parte del hidrograma representa la disminución del agua almacenada en los acuíferos.

Se han establecido varios modelos para interpretar el proceso físico de vaciado de un acuífero; quizás el más conocido sea el modelo de Maillet. Su modelo argumenta una disminución exponencial del caudal en función del tiempo.

Qt = Q0 · -t

Qt: caudal en el instante t en m3/s. Q0:caudal de base o caudal inicial al comienzo del agotamiento (instante t0); m3/se : 2,718, la base de los logaritmos neperianos. : es el coeficiente de agotamiento, igual a 1/t, donde t es el tiempo necesario para que el caudal inicial decrezca en relación de 1 a 1/e=0,368e parte de su valor inicial. Valor en días-1.t : tiempo transcurrido desde el comienzo del agotamiento en días.


1919

La función exponencial de Maillet puede escribirse en forma de logaritmos decimales:

Log Qt = Q0 - ( Log e) t siendo:

Log e = Log 2.718 = 0,4343luego:

Log Qt = Q0 - (0,4343) t

Representando la curva de agotamiento en papel semilogarítmico, representando en abscisas el tiempo (días) y en el eje logarítmico de ordenadas los caudales diarios (m3/s):


2020


2222

Hidrograma de escorrentía superficial

Hidrograma de escorrentía hipodérmica

Hidrograma de escorrentía superficial + hipodérmica

Hidrograma de escorrentía subterráneaHIDROGRAMA OBSERVADO

A

D

E

C

B

DESCOMPOSICIÓN DEL HIDROGRAMA: MÉTODO DE BARNESDESCOMPOSICIÓN DEL HIDROGRAMA: MÉTODO DE BARNES

factores de escorrentia

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