UNIDAD UNIDAD IVIV ESCURRIMIENTO SUPERFICIALESCURRIMIENTO SUPERFICIAL

Continuando con los componentes del ciclo hidrolContinuando con los componentes del ciclo hidrolóógico ahora estudiaremos el gico ahora estudiaremos el escurrimiento el cual lo definimos como escurrimiento el cual lo definimos como el agua que proviene de la precipitaciel agua que proviene de la precipitacióón que n que circula bajo o sobre la superficie terrestre y que llega a una ccircula bajo o sobre la superficie terrestre y que llega a una corriente para finalmente ser orriente para finalmente ser dreanada hasta la salida de la cuenca.dreanada hasta la salida de la cuenca.

Tipos de escurrimientoTipos de escurrimiento

Escurrimiento superficialEscurrimiento superficial: es aquel que proviene de la precipitaciòn no infiltrada y que : es aquel que proviene de la precipitaciòn no infiltrada y que escurre sobre la superficie del suelo y la red de drenaje hasta escurre sobre la superficie del suelo y la red de drenaje hasta salir de la cuenca. La parte salir de la cuenca. La parte de la precipitacide la precipitacióón que contribuye al escurrimientosuperficial se denomina n que contribuye al escurrimientosuperficial se denomina precipitaciòn precipitaciòn en exceso o efectiva y que constituye el escurrimiento directo.en exceso o efectiva y que constituye el escurrimiento directo.

Escurrimiento subsuperficial: Escurrimiento subsuperficial: se debe a la precipitacise debe a la precipitacióón infiltrada en la superficie del suelo, n infiltrada en la superficie del suelo, pero que se mueve lateralmente sobre el horizonte superior del mpero que se mueve lateralmente sobre el horizonte superior del mismo. ismo.

Escurrimiento SubterrEscurrimiento Subterrááneo:neo: es el agua que se infiltra hasta niveles inferiores al frees el agua que se infiltra hasta niveles inferiores al freáático, es tico, es el el úúnico que alimenta a las corrientes cuando no hay lluvias y por enico que alimenta a las corrientes cuando no hay lluvias y por eso se dice que forma el so se dice que forma el escurrimiento baseescurrimiento base..

Hidrogramas y su anHidrogramas y su anáálisislisis

Los hidrogramas son medidos en las estaciones hidromLos hidrogramas son medidos en las estaciones hidroméétricas que se colocan al lado de una tricas que se colocan al lado de una corriente.corriente.

Si se mide el gasto, Q, que pasa de manera continua durante todoSi se mide el gasto, Q, que pasa de manera continua durante todo un aun añño por una determinada o por una determinada secciseccióón transversal de un rn transversal de un ríío y se grafican los valores obtenidos contra el tiempo, se obteno y se grafican los valores obtenidos contra el tiempo, se obtendrdríía a una gruna grááfica como la de la figura:fica como la de la figura:

Hidrogramas anuales de una corrienteHidrogramas anuales de una corriente

Hidrograma aislado de una lluvia en particularHidrograma aislado de una lluvia en particular

El El áárea bajo el hidrograma es el volumen total escurrido; el rea bajo el hidrograma es el volumen total escurrido; el áárea bajo el hidrograma y arriba de la rea bajo el hidrograma y arriba de la llíínea de separacinea de separacióón entre el gasto base y el directo, es el volumen de escurrimienn entre el gasto base y el directo, es el volumen de escurrimiento directo.to directo.

A: A: punto de levantamientopunto de levantamiento. En este punto, el agua proveniente de la tormenta bajo an. En este punto, el agua proveniente de la tormenta bajo anáálisis lisis comienza a llegar a la salida de la cuenca y se produce inmediatcomienza a llegar a la salida de la cuenca y se produce inmediatamente despuamente despuéés de iniciada la s de iniciada la tormenta, durante la misma o incluso cuando ha transcurrido ya atormenta, durante la misma o incluso cuando ha transcurrido ya alglgúún tiempo despues de que n tiempo despues de que ceso de llover, dependiendo del tamaceso de llover, dependiendo del tamañño de la cuenca, su sistema de drenaje y suelo, la o de la cuenca, su sistema de drenaje y suelo, la intensidad y duraciòn de la lluvia, etc. intensidad y duraciòn de la lluvia, etc.

B: B: pico del pico del hidrogramahidrograma.. Es el gasto mEs el gasto mááximo que se produce por la tormenta. Es el punto mximo que se produce por la tormenta. Es el punto máás s importante del importante del hidrogramahidrograma para fines de disepara fines de diseñño.o.

C: C: punto de inflexipunto de inflexióón.n. En este punto es cuando termina el flujo sobre el terreno, y, dEn este punto es cuando termina el flujo sobre el terreno, y, de aque aquíí en en adelante, lo que queda de agua en la cuenca escurre por los canaadelante, lo que queda de agua en la cuenca escurre por los canales y como escurrimiento les y como escurrimiento subterrsubterrááneo.neo.

D: D: final del escurrimiento directo.final del escurrimiento directo. De este punto en adelante el escurrimiento es sDe este punto en adelante el escurrimiento es sóólo de origen lo de origen subterrsubterrááneo.neo.

ttpp: : tiempo pico.tiempo pico. Es el tiempo que transcurre desde el punto de levantamiento hasEs el tiempo que transcurre desde el punto de levantamiento hasta el pico del ta el pico del hidrogramahidrograma..

ttbb: : tiempo base.tiempo base. Es el tiempo que transcurre desde el punto de levantamiento hasEs el tiempo que transcurre desde el punto de levantamiento hasta el punto ta el punto final del escurrimiento directo. Es el tiempo que dura el escurrfinal del escurrimiento directo. Es el tiempo que dura el escurrimiento directo.imiento directo.

Rama ascendenteRama ascendente: Es la parte del : Es la parte del hidrogramahidrograma que va desde el punto de levantamiento hasta el que va desde el punto de levantamiento hasta el pico.pico.

Rama descendente o curva de recesiRama descendente o curva de recesióónn: Es la parte del : Es la parte del hidrogramahidrograma que va desde el pico hasta que va desde el pico hasta el final del escurrimiento directo. el final del escurrimiento directo.

AnAnáálisis de hidrogramaslisis de hidrogramas

Para poder Para poder correlacionar la precipitacicorrelacionar la precipitacióón con los n con los hidrogramashidrogramas que genera es necesario antes que genera es necesario antes separar el gasto base del directo.separar el gasto base del directo.

Existen varios mExisten varios méétodos para separar el gasto base del directo, pero la palabra fitodos para separar el gasto base del directo, pero la palabra final la tiene el nal la tiene el criterio y el buen juicio del ingeniero.criterio y el buen juicio del ingeniero.

a.a.-- Se dibuja una recta horizontal desde el punto de Se dibuja una recta horizontal desde el punto de inflexiinflexióón (punto A) hasta que corte la curva de n (punto A) hasta que corte la curva de recesirecesióón del n del hidrogramahidrograma..

b.b.--Se considera que el escurrimiento directo termina a Se considera que el escurrimiento directo termina a un tiempo fijo un tiempo fijo NN despudespuéés del pico del s del pico del hidrogramahidrograma. El . El escurrimiento base se proyecta hasta el momento del escurrimiento base se proyecta hasta el momento del gasto pico y desde allgasto pico y desde allíí se traza una recta hasta el se traza una recta hasta el instante instante NN, en d, en díías, se aproxima a travas, se aproxima a travéés de la fs de la fóórmula rmula N=0.8AN=0.8A0.20.2 , donde , donde NN=tiempo de vaciado del =tiempo de vaciado del escurrimiento directo en descurrimiento directo en díías y as y AA==áárea de la cuenca en rea de la cuenca en km2.km2.

c.c.-- Se dibuja una recta inclinada entre los puntos A y Se dibuja una recta inclinada entre los puntos A y D. Para encontrar el punto D se requiere la curva de D. Para encontrar el punto D se requiere la curva de vaciado del escurrimiento base. (se explica en la vaciado del escurrimiento base. (se explica en la siguiente diapositiva)siguiente diapositiva)

DD

DD

AA

AA

AA

MMéétodo para determinar la curva de vaciado del escurrimiento basetodo para determinar la curva de vaciado del escurrimiento base

Para este mPara este méétodo se analizan un tren de todo se analizan un tren de hidrogramashidrogramas y se seleccionan aquellos tramos en que y se seleccionan aquellos tramos en que ssóólo exista escurrimiento base. En la figura estos tramos son alo exista escurrimiento base. En la figura estos tramos son a--b, cb, c--d, ed, e--f, gf, g--h, etc. Los tramos h, etc. Los tramos se dibujan en papel se dibujan en papel semilogarsemilogaríítmicotmico de manera que sus extremos inferiores sean tangentes a de manera que sus extremos inferiores sean tangentes a una luna líínea.nea.

HidrogramaHidrograma indicando tramos con escurrimiento baseindicando tramos con escurrimiento base Curva de recesiCurva de recesióón del gasto basen del gasto base

Si uno de los tramos seleccionados estSi uno de los tramos seleccionados estáá formado por escurrimiento directo, se nota de formado por escurrimiento directo, se nota de inmediato que no es tangente a dicha linmediato que no es tangente a dicha líínea; por ello estos tramos se eliminan del annea; por ello estos tramos se eliminan del anáálisis. La lisis. La curva obtenida se llama curva de vaciado del gasto base. El puntcurva obtenida se llama curva de vaciado del gasto base. El punto D del o D del hidrogramahidrograma se localiza se localiza superponiendo la curva de vaciadosuperponiendo la curva de vaciado-- dibujada en papel aritmdibujada en papel aritméético y a la misma escala que el tico y a la misma escala que el hidrogramahidrograma-- ala curva de recesiala curva de recesióón del n del hidrogramahidrograma. El punto D se encuentra en donde ambas . El punto D se encuentra en donde ambas llííneas se separan. neas se separan.

MMéétodo para determinar la curva de vaciado del escurrimiento basetodo para determinar la curva de vaciado del escurrimiento base

Otro mOtro méétodo para encontrar D consiste en lo siguiente: se tiene un todo para encontrar D consiste en lo siguiente: se tiene un hidrogramahidrograma como el como el seseññalado en la columna 4. En la columna 5 se toma el gasto (columnaalado en la columna 4. En la columna 5 se toma el gasto (columna 3) que ocurre 6 horas m3) que ocurre 6 horas máás s tarde, es decir, Q+6h. Posteriormente se realiza el cociente de tarde, es decir, Q+6h. Posteriormente se realiza el cociente de la columna 4 entre 5, es decir, la columna 4 entre 5, es decir, Q/Q+6h (columna 6). Se grafica la columna 3 contra la columna 6Q/Q+6h (columna 6). Se grafica la columna 3 contra la columna 6. En esta gr. En esta grááfica donde ocurre fica donde ocurre un cambio de pendiente se tiene la mayor curvatura de la rama deun cambio de pendiente se tiene la mayor curvatura de la rama descendente y por lo tanto el scendente y por lo tanto el punto D.punto D.

1 2 3 4 5 6Q Q+6h Q/Q+6h

m3/s m3/s m3/s12 0 60.1 47.5 1.26518 6 47.5 39 1.21824 12 39 33.2 1.1756 18 33.2 28.6 1.161

12 24 28.6 25.2 1.13518 30 25.2 22.7 1.11024 36 22.7 20.9 1.0866 42 20.9 19.7 1.061

12 48 19.7 18.9 1.04218 54 18.9 18.2 1.03824 60 18.2

acumuladoDia

5

6

7

hora

0

10

20

30

40

50

60

70

0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66

Tiempo, en horas

Gas

tos,

en m

3/s

1.0001.0501.1001.1501.2001.2501.300

0 6 12 18 24 30 36 42 48 54

Tiempo en horas

Q/Q

+6h

DD

Paquete de computo BANDAS donde se almacena informaciPaquete de computo BANDAS donde se almacena informacióón hidromn hidroméétricatrica

EstaciEstacióón: n: SuchiateSuchiateCorriente: Corriente: SuchiateSuchiateCuenca: Cuenca: SuchiateSuchiateRegiRegióón: Costa de Chiapasn: Costa de ChiapasEstado: ChiapasEstado: Chiapas

RelaciRelacióón entre la precipitacin entre la precipitacióón neta o efectiva y un n neta o efectiva y un hidrogramahidrograma

AforoAforo

Aforar una corriente significa determinar a travAforar una corriente significa determinar a travéés de mediciones el gasto que pasa por una s de mediciones el gasto que pasa por una secciseccióón dada. n dada.

En MEn Mééxico se usan tres tipos de mxico se usan tres tipos de méétodos para aforar corrientes:todos para aforar corrientes:

a).a).-- RelaciRelacióón seccin seccióónn--pendientependienteb).b).-- Secciones de controlSecciones de controlc).c).-- RelaciRelacióón seccin seccióónn--velocidadvelocidad

El criterio a) es el mEl criterio a) es el máás exacto de los tres, pero solo es aplicable a cauces artificials exacto de los tres, pero solo es aplicable a cauces artificiales o res o rííos de os de secciseccióón pequen pequeñña y escaso escurrimiento.a y escaso escurrimiento.

El criterio b) es el mEl criterio b) es el máás usual y es el ms usual y es el máás utilizable en cualquier tipo de corriente.s utilizable en cualquier tipo de corriente.

El criterio c) es empleado para completar los registros que no pEl criterio c) es empleado para completar los registros que no pudieron obtenerse mediante b), udieron obtenerse mediante b), aunque es muy usado para obtener gastos maunque es muy usado para obtener gastos mááximos de corrientes cuando no se dispone de ximos de corrientes cuando no se dispone de aparatos de mediciaparatos de medicióón.n.

a).a).-- RelaciRelacióón seccin seccióónn--pendientependiente

Este mEste méétodo se utiliza para estimar el gasto mtodo se utiliza para estimar el gasto mááximo que se presentximo que se presentóó durante una avenida durante una avenida reciente en un rreciente en un ríío donde no se cuenta con ningo donde no se cuenta con ningúún otro tipo de aforos. Para su aplicacin otro tipo de aforos. Para su aplicacióón se n se requiere contar con topografrequiere contar con topografíía de un tramo del cauce y las marcas del nivel ma de un tramo del cauce y las marcas del nivel mááximo de agua ximo de agua durante el paso de la avenida. durante el paso de la avenida.

Con la siguiente ecuaciCon la siguiente ecuacióón es posible estimar el gasto de pico de una avenida si se conocn es posible estimar el gasto de pico de una avenida si se conocen las en las marcas del nivel mmarcas del nivel mááximo del agua en las mximo del agua en las máárgenes, la rugosidad del tramo y la topografrgenes, la rugosidad del tramo y la topografíía del a del mismo.mismo.

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−

∆=

22

21

21111

/

AAbgLKd

LyQ

i

iididd n

RAKKKKd3/2

21*;* ==

donde b = 2 si Adonde b = 2 si A11 > A> A22 y b = 4 si Ay b = 4 si A22 > A> A11

21 yyy −=∆

Ejemplo de relaciEjemplo de relacióón seccin seccióónn--pendientependiente

b).b).-- Secciones de controlSecciones de control

.

.

c).c).-- RelaciRelacióón seccin seccióónn--velocidadvelocidad

Es uno de los mEs uno de los méétodos mtodos máás utilizados en Ms utilizados en Mééxico para aforar corrientes. Consiste xico para aforar corrientes. Consiste bbáásicamente en medir la velocidad en varios puntos de la seccisicamente en medir la velocidad en varios puntos de la seccióón transversal y despun transversal y despuéés s calcular el gasto por medio de la ecuacicalcular el gasto por medio de la ecuacióón de continuidad.n de continuidad.

Para obtener la velocidad media en una dovela de una secciPara obtener la velocidad media en una dovela de una seccióón se considerarn se consideraráá lo siguiente: lo siguiente:

∑=n

iiivqQ

Para medir la velocidad de una corriente se utilizan varios mPara medir la velocidad de una corriente se utilizan varios méétodos:todos:

El mEl méétodo del molinete: Molinete tipo todo del molinete: Molinete tipo PricePrice

Curva de calibraciCurva de calibracióón del molineten del molinete

MMéétodo de flotadorestodo de flotadores

MMéétodo de dilucitodo de dilucióón de tinta y trazadoresn de tinta y trazadores

Curvas elevaciones GastosCurvas elevaciones Gastos

Una curva elevaciones gastos relaciona la elevaciUna curva elevaciones gastos relaciona la elevacióón de la superficie libre del agua con el n de la superficie libre del agua con el gasto que pasa por la seccigasto que pasa por la seccióón, y se construye con datos obtenidos de varios aforos.n, y se construye con datos obtenidos de varios aforos.

Se acostumbra a ajustar los puntos medidos a una curva media queSe acostumbra a ajustar los puntos medidos a una curva media que tiene una ecuacitiene una ecuacióón del n del tipo:tipo:

Q = C ( E Q = C ( E –– EEoo ))nn

Donde Donde QQ es el gasto en mes el gasto en m33/s, /s, EE la elevacila elevacióón del nivel del agua, n del nivel del agua, EEoo es la elevacies la elevacióón para la que n para la que el gasto es nulo y el gasto es nulo y CC y y nn son dos constantes que se pueden determinar, por ejemplo son dos constantes que se pueden determinar, por ejemplo obteniendo los logaritmos de la ecuaciobteniendo los logaritmos de la ecuacióón n Q = C ( E Q = C ( E –– EEoo ))nn y luego aplicando el my luego aplicando el méétodo de todo de mmíínimos cuadrados. nimos cuadrados.

Una vez conocida la curva elevaciones gasto de la secciUna vez conocida la curva elevaciones gasto de la seccióón de aforos, es suficiente con n de aforos, es suficiente con determinar la elevacideterminar la elevacióón de la superficie libre del agua para conocer el gasto en cualqn de la superficie libre del agua para conocer el gasto en cualquier uier momento. Dicha elevacimomento. Dicha elevacióón se determina con alguno de los siguientes mn se determina con alguno de los siguientes méétodos:todos:

a).a).-- LimnLimníímetrometro. Es una regla graduada que se coloca en una de las m. Es una regla graduada que se coloca en una de las máárgenes del cauce, en rgenes del cauce, en la que normalmente se lee la elevacila que normalmente se lee la elevacióón de la superficie cada dos horas, en n de la superficie cada dos horas, en éépoca de poca de avenidas y cada 24 horas en avenidas y cada 24 horas en éépoca de estiaje. Dado que el gasto mpoca de estiaje. Dado que el gasto mááximo no coincide con las ximo no coincide con las mediciones, al mediciones, al limnimetrolimnimetro se le pinta con pintura soluble al agua, de manera que se puedase le pinta con pintura soluble al agua, de manera que se puedaconocer el nivel mconocer el nivel mááximo alcanzado.ximo alcanzado.

b).b).-- LimnLimníígrafografo. Es un aparato autom. Es un aparato automáático con el que se obtiene un registro continuo de tico con el que se obtiene un registro continuo de niveles. Se coloca junto a la corriente, conectado mediante un tniveles. Se coloca junto a la corriente, conectado mediante un tubo o zanja, o bien dentro de ubo o zanja, o bien dentro de ella, por ejemplo, fijado a la pila de un puente, cuando se estiella, por ejemplo, fijado a la pila de un puente, cuando se estima de que no hay peligro de ma de que no hay peligro de que lo destruya la corriente durante una avenida o por los objetque lo destruya la corriente durante una avenida o por los objetos arrastrados por el ros arrastrados por el ríío. o.

LimnigramaLimnigrama del rdel ríío San Marcos de la cuenca del lago o San Marcos de la cuenca del lago CuitzeoCuitzeo, , MichoacanMichoacan..

SelecciSeleccióón de una seccin de una seccióón de aforon de aforo

FIN DE CAPITULOFIN DE CAPITULO IVIV