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HIDROLOGIA RESUMEN 1.- Generalidades y aspectos bsicos de la Hidrologa. Lahidrologaversasobreelaguadelatierra,suexistenciaydistribucin,suspropiedades fsicas y qumicas y su influencia sobre el medio ambiente, incluyendo su relacin con los seres vivos. Laingenierahidrolgicaincluyeaquellaspartesdelcampoqueataenaldiseoyoperacin de proyectos de ingeniera para el control y el uso del agua. El concepto de ciclo hidrolgico es un punto til, aunque acadmico, desde el cual comienza el estudiodelahidrologa.Esteciclosevisualizainicindoseconla evaporacin delaguadelos ocanos. El vapor de agua resultante es transportado por las masas mviles de aire. parte del aguaquesemueveenloscanalesnaturalespuedefiltrarsehaciaelaguasubterrnea, mientrasqueelaguasubterrneapuedellegaraserenciertasocasionesunafuentedela escorrenta superficial que fluye en los canales naturales. El ciclo hidrolgico es un medio apropiado para describir el alcance de la hidrologa, la cual se limitaalapartedelcicloquecubredesdelaprecipitacindelaguasobrelatierrahastael regreso de sta bien sea a la atmsfera o a los ocanos. El ciclo hidrolgico sirve para destacar cuatrofasesbsicasdeintersparaelhidrlogo:precipitacin,evaporacinytranspiracin, escorrenta superficial yagua subterrnea. El movimiento del agua durante las diferentes fases del ciclo es errtico tanto temporal .como espacialmente. La hidrologa en la ingeniera La hidrologa es utilizada en ingeniera principalmente en relacin con el diseo y ejecucin de estructurashidrulicas.Qucaudalesmximospuedenesperarseenunvertedero,enuna alcantarilladecarreteraoenunsistemadedrenajeurbano?Qucapacidaddeembalsese requiereparaasegurarelsuministroadecuadodeaguaparairrigacinoconsumomunicipal durante las sequas? Qu efecto producen los embalses, diques y otras obras de control sobre lasavenidasdelascorrientes?Estassonpreguntastpicasqueseesperadeberesolverel hidrlogo. Las grandes organizaciones, tales como los organismos nacionales y departamentales, pueden mantenerpersonalcompetentepararesolversusproblemas,perolaspequeasoficinasa menudo carecen de suficiente trabajo para disponer de especialistas de tiempo completo. Por lotanto,muchosingenieroscivilesnoespecializadosenelreasonutilizadospararealizar ocasionalmente estudios hidrolgicos. Es probable que estos ingenieros civiles deban ocuparse de un mayor nmero de proyectos por un costo mayor que el de los especialistas. Por lo tanto, parecequeelconocimientodelosfundamentosdelahidrologaesunaparteesencialdela preparacin del ingeniero civil. Materia de que trata la hidrologaLahidrologaversasobrediversostpicos.Lamateriadequetratalahidrologa,talcomose presentaenestelibro,puedeserclasificadaenformaampliaendosfases:recoleccinde datos y mtodos de anlisis. Los captulos 2 a 6 tratan los datos bsicos de la hidrologa. Disponer de datos bsicos adecuados es esencial en todas las ciencias y la hidrologa no es una excepcin.Dehecho,lascaractersticascomplejasdelosprocesosnaturalesquetienen relacin con los fenmenos hidrolgicos hacen difcil el tratamiento de muchos de los procesos hidrolgicosmedianteunrazonamientodeductivoriguroso.Nosiempreesposiblepartirde una ley bsica y determinar con base en sta el resultado hidrolgico que se espera. Ensulugar,esnecesariopartirdeunconjuntodehechosobservados,analizarlos,yconeste anlisisestablecerlasnormassistemticasquegobiernantaleshechos.As,elhidrlogose encuentra en una difcil posicin cuando no cuenta con los datos histricos adecuados para el reaparticulardelproblema.Lamayoradelospasesdisponendeunaomsagencias gubernamentales que tienen la responsabilidad de la recoleccin de los datos hidrolgicos. Esimportantequeelestudianteconozcalaformacomoestosdatossonrecolectadosy publicados,laslimitacionesdeprecisinqueellostienenylosmtodospropiosparasu interpretacin y ajuste. Los problemas tpicos de hidrologa implican clculos de extremos que noseobservanenunamuestradedatosdecortaduracin,caractersticashidrolgicasen lugaresdondenosehallevadoacaborecoleccindeinformacin(taleslugaressonmucho msnumerososqueaquellosdondesedisponededatos),oclculosdelaaccinhumana sobre las caractersticas hidrolgicas de un rea. Generalmente, cada problema hidrolgico es nicoencuantotratacon unconjuntodiferentedecondicionesfsicasdentrodeunacuenca hidrogrfica especfica. Porlotanto,lascondicionescuantitativasdeunanlisisnosonsiempretransferiblesaotros problemas. Sin embargo, la solucin general a la mayora de los problemas puede desarrollarse a partir de la aplicacin de unos pocos conceptos bsicos. Los captulos 6 a 14 describen estos conceptosyexplicancmoseaplicanpararesolverlasfasesespecficasdeunproblema hidrolgico. 2.- Geomorfologa de cuencas hidrogrficas Parmetros fsicos de la forma de la cuenca Nmero de orden de un cauce Horton sugiri la clasificacin de cauces de acuerdo al nmero deordendeunrocomounamedidadelaramificacindelcauceprincipalenunacuenca hidrogrfica.Unrodeprimerordenesuntributariopequeosinramificaciones.Unrode segundo orden es uno que posee nicamente ramificaciones de primer orden. Un ro de tercer ordenesunoqueposeesolamenteramificacionesdeprimeroysegundoorden.Elordende una cuenca hidrogrfica est dado por el nmero de orden del cauce principal. Elnmerodeordenesextremadamentesensitivoalaescaladelmapautilizado.Unestudio cuidadosodefotografasareasdemuestra,generalmente,laexistenciadeunbuennmero decaucesdeordeninferior(engeneralcrcavas,zanjasyotroscanalesintermitentes)muy superior a los que aparecen en un mapa estndar de escala 1:24.000. Los mapas a esta escala, por otra parte, muestran dos o tres rdenes ms que la escala siguiente de 1:62.500. Hortontambinintrodujoelconceptodelarelacindebifurcacinparadefinirlarelacin entre el nmero de ros de cualquier orden de magnitud y el nmero de cauces en el siguiente orden inferior. Las relacionesdebifurcacin dentro deuna cuenca tienden a ser de la misma magnitud; generalmente, valores entre 2 y 4 con un valor promedio de 3,5. Densidad de drenaje La longitud total de los cauces dentro de una cuenca, dividida por el rea total de drenaje, define la densidad de drenaje o longitud de canales por unidad de rea. Una densidadaltareflejaunacuencamuybiendrenadaquedeberaresponderrelativamente rpido al influjo de la precipitacin; una cuenca con baja densidad refleja un rea pobremente drenadaconrespuestahidrolgicamuylenta.Losvaloresobservadosdeladensidadde drenajevaran desde3 en algunas regionesdelos Apalaches (EE. UU.)Hasta 400 o ms en el Monumento Nacional de Badlands, Dakota del Sur (EE.UU.). En sitios donde los materiales del suelosonresistentesalaerosinomuypermeablesydondeelrelieveesbajo,ocurren densidades de drenaje bajas. Los valores altos de la densidad reflejan generalmente reas con suelos fcilmente erosionables o relativamente impermeables, con pendientes fuertes y escasa cobertura vegetal. Longitud de flujo de superficie La longitud promedio del flujo de superficie Lo puede obtenerse de manera aproximada por medio de la ecuacin: = 12 Donde D es la densidad de drenaje. Esta ecuacin ignora los efectos de las pendientes del terreno y de los cauces que tienden a alargar la trayectoria real del flujo de superficie. El error posiblemente tiene poca importancia. Relaciones del rea Las observaciones en un buen nmero de cauces alrededor del mundo parecen comprobar la existencia de una relacin de la forma: = 1,270,6 Donde L es la longitud del canal principal en km y A es el rea de drenaje en kilmetros cuadrados. El exponente vara generalmente entre 0,6 y 0,7, y sugiere que a medida que las cuencas se hacen ms extensas tienden tambin a ser ms alargadas. El coeficiente de la ecuacines igual a 1,4cuando las dimensiones se toman en millas. Forma de la cuenca La forma de la cuenca hidrogrfica afecta los hidrogramas de escorrenta y las tasas de flujo mximo. Parmetros del relieve de una cuenca Latopografaorelievedeunacuencapuedetenermsinfluenciasobrelarespuesta hidrolgica que la forma de la misma. Numerosos parmetros para describir el relieve de una cuenca han sido desarrollados por varios autores; algunos de los ms tiles sern discutidos en la presente seccin. Pendiente del canal La pendiente de un canal influye sobre la velocidad de flujo, y debe jugar unpapelimportanteenlaformadelhidrograma.Losperfilestpicosdeloscaucesnaturales soncncavoshaciaarriba;adems,todaslascuencas,conexcepcindelasmspequeas, tienenvarioscanalescadaunoconunperfildiferente.Porestarazn,ladefinicindela pendiente promedio de un cauce en una cuenca es muy difcil. Por lo general slo se considera la pendiente del cauce principal. Pendiente del terreno La pendiente del terreno es mi factor importante en el proceso de flujo de superficie y es por lo tanto un parmetro hidrolgico de inters, particularmente en hoyas pequeasdondelosprocesosdeflujodesuperficiepuedenserelfactordominanteenla determinacin de la forma del hidrograma. Dada la variacin considerable de la pendiente del terreno en una hoya tpica, es necesario definir un ndice promedio que la represente. Ladistribucindelapendientedelterrenopuededeterminarseestableciendounaredoun conjuntodepuntoslocalizadosalazarsobreelmapadelahoya.Sedeterminaluegola pendientedeuna lneanormal a los contornos derelieve en cada interseccin dela red o en cadapuntoalazar.Esposibleentoncescalcularlamedia,lamedianaylavarianzadela distribucinresultante.Enesteproceso,laprecisindelosresultadosdependedelacalidad del mapa utilizado. Informacin de rea-elevacin Cuando uno o ms factores de inters en la hoya dependen de la elevacin, es til saber cmo est distribuida la hoya en funcin de la elevacin. Una curva derea-elevacin(ocurvahipsomtrica)sepuedeconstruirmidiendoconunplanmetroel reaentrecontornosdeunmapatopogrficoyrepresentandoenunagrficaelrea acumulada por encima o por debajo de una cierta elevacin, eri funcin de dicha elevacin. En algunos casos es conveniente utilizar el porcentaje del rea total en vez desu valor absoluto, particularmente cuando se desea una comparacin entre varias cuencas. Aspecto El aspecto de un talud es la direccin que confronta ese talud; en otras palabra