HIDROLOGIA EN VENEZUELA

JUNIO DE 2013

PROHIBIDA LA VENTA

PUBLICACION DE:

ISNELVI MORALES

MODELO DE HORTON

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INFILTRACIÓN

Pág. 5

El HIDROGRAMA

Pág. 4

¿QUÉ ES EL HIETOGRAMA?

Pág. 1

CONTENIDO

¿Qué es el hitograma?

Método del bloque alterno

El hidrograma

Infiltración

Método para calcular la infiltración

Índice de infiltración media

Curva de infiltración

Pág. 1

Pág. 2

Pág. 4

Pág. 5

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Modelo de Horton Pág. 10

Bibliografía Pág. 12

¿Qué es el Hietograma?

El hietograma es utilizado para determinar descargas máximas o caudales de proyecto de forma indirecta, o sea, a partir de lluvias intensas. Elementos a definir:

1. Tiempo de retorno de la lluvia de proyecto.

2. Duración de la tormenta

3. Distribución temporal 4. Distribución espacial 5. Definición de Perdidas Es una grafica que

representa la distribución de la precipitación o su intensidad en el tiempo durante una tormenta. Representación cartesiana cuyas abscisas son los tiempos y las ordenadas las intensidades de precipitación. La distribución de la lluvia media para la duración total de la tormenta, se determina a partir de un hietograma de diseño,

El objetivo básico de este método es determinar la curva masa acumulada de precipitación, asociada a un área de análisis y un periodo de retorno dado y con su resultado se define el hietograma de diseño, discretizando la curva masa para un intervalo de tiempo constante. Por su parte, para el caso de áreas reducidas cuyos valores no sobrepasen los 25 km2 y si se tienen disponibles lluvias asociadas a cortas duraciones, registradas en fluviógrafos, se procede a definir la curva masa de precipitación, con el apoyo de una expresión matemática que asocia en forma conjunta los valores de la lluvia, la duración y la probabilidad de ocurrencia, represen-

el cual se define con el apoyo de las curvas masas media de las tormentas más desfavorables que han ocurrido en una región o cuenca hidrológica, durante un lapso de tiempo lo suficientemente grande para tener certeza en los resultados. Sin embargo, a lo largo del tiempo diversos autores tales como Tholin y Keifer (1,959), NERC (1,975) y algunos otros más, han desarrollado varios métodos para determinar el hietograma de diseño, utilizando para ello los registros de datos pluviográficos y concepciones teóricas diferentes.

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tada por el concepto del periodo de retorno. Una de las expresiones que se usan regularmente, en la Hidrología, para Relacionar las variables de la altura de la lluvia (hp), la duración (d), y el periodo de retorno (Tr), tiene la estructura siguiente: Hp= k . Tr . D Donde hp es la altura de lluvia, en mm; Tr es el periodo de retorno, en años; d es la duración, en min; y k, m y n son parámetros cuyo valor se determinan al ajustar la ecuación (1) a los datos registrados, con la ayuda de una regresión lineal múltiple. Posteriormente, para calcular un hietograma de diseño se selecciona un periodo de retorno (Tr).

Método del bloque alterno

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A continuación, con la curva de precipitación y el intervalo de tiempo elegido se estiman los incrementos de lluvia entre intervalos consecutivos y con estos valores se construye el hietograma de diseño. El hietograma de diseño se define con la técnica del bloque alterno el cual consiste en formar un diagrama de barras con el proceso que a continuación se describe. En la parte central se ubica el valor de mayor valor y después se van alternando en orden descendente hacia la derecha e izquierda los otros valores para formar el hietograma de diseño. La figura señala la forma típica de un hietograma de diseño elaborado con el método del bloque alterno.

El hidrograma es un gráfico que muestra la variación en el tiempo de alguna información hidrológica tal como: nivel de agua, caudal, carga de sedimentos, entre otros. para un río, arroyo, rambla o canal, si bien típicamente representa el caudal frente al tiempo; esto es equivalente a decir que es el gráfico de la descarga (L3/T) de un flujo en función del tiempo. Éstos pueden ser hidrogramas de tormenta e hidrogramas anuales, los que a su vez se dividen en perennes y en intermitentes. Permite observar: las variaciones en la descarga a través de una tormenta, o a través del año hidrológico: el pico de escorrentía (caudal máximo de la avenida); el flujo de base o aporte de las aguas subterráneas al flujo; o, las variaciones estacionales de los caudales si se grafica un período de uno o varios años. Un mm de precipitación significa que en una superficie de un m² ha caído un litro de agua de lluvia (1L/m²).

El hidrograma Los hidrogramas son útiles, entre otras cosas, para comparar los tiempos de descarga y caudales pico de varias corrientes o cuencas hidrográficas, para así conocer las diferencias entre sus capacidades de respuesta ante avenidas. Hidrograma Unitario: Curva básica de respuesta a una unidad de precipitación que describe la forma en que una cuenca devuelve un ingreso de lluvia distribuido en el tiempo. Se basa en el principio de que dicha relación entrada-salida es lineal, es decir, que pueden sumarse linealmente. Se construye con base en un "Hidrograma en S" que a su vez se construye desglosando varias tormentas y sus hidrogramas reales producidos. Hidrograma Sintético: Hidrógrama unitario estimado de acuerdo con fórmulas que incluyen parámetros físicos de la cuenca en estudio como área, longitud del cauce principal, pendiente promedio y otros. Son los hidrogramas sintéticos más conocidos: el Triangular del USDA, el de Schneider, el de Clark.

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Infiltración es el proceso por el cual el agua penetra en el suelo, a través de la superficie de la tierra, y queda retenida por ella o alcanza un nivel acuífero incrementando el volumen acumulado anteriormente. Superada por la capacidad de campo del suelo, el agua desciende por la acción conjunta de las fuerzas capilares y de la gravedad. Esta parte del proceso recibe distintas denominaciones: percolación, infiltración eficaz, infiltración profunda, etc.

Infiltración

Descripción del proceso de infiltración Considérese un área de suelo suficientemente pequeña, de modo que sus características (tipo de suelo, cobertura vegetal, etc), así como la intensidad de la lluvia en el espacio puedan considerarse uniformes, aunque la última cambie en el tiempo. Supóngase que, al inicio de una tormenta, el suelo está de tal manera seco que la cantidad de agua que puede absorber en la unidad de tiempo, es decir, su capacidad de infiltración es mayor que la intensidad de la lluvia en esos primeros instantes de la tormenta. Bajo estas condiciones, se infiltraría toda la lluvia, es decir (Aparicio, 1999): Si i < fp , f = i Donde: f = infiltración, expresada como lámina por unidad de tiempo (mm/h).

fp = capacidad de infiltración (mm/h) i = intensidad de la lluvia En esta parte del proceso las fuerza producidas por la capilaridad predominan sobre las gravitatorias. Al avanzar el tiempo, si la lluvia es suficientemente intensa, el contenido de humedad del suelo aumenta hasta que su superficie alcanza la saturación. En este momento se empiezan a llenar las depresiones del terreno, es decir, se originan charcos y comienza a producir flujo sobre la superficie. A este instante se le llamatiempo de encharcamiento y se denota como tp. Después del tiempo de encharcamiento, si la lluvia sigue siendo intensa, las fuerzas capilares pierden importancia frente a las gravitatorias pues el contenido de humedad en el suelo aumenta y la capa-

Hidrograma de tormenta debido a la

lluvia recibida en la cuenca.

En algunos casos es necesario determinar el volumen total del escurrimiento superficial generado por una lluvia en un tiempo determinado. Sin embargo es más frecuente el caso en que se requiere conocer el caudal máximo instantáneo de una determinada avenida. Otras veces se requiere un conocimiento completo del hidrograma, es decir la variación en el tiempo del caudal en una determinada sección en la cual se pretende construir una obra hidráulica o proteger un bien existente. Los métodos que se utilizan para estos cálculos son: • El racional; • Hidrograma unitario; • Modelos matemáticos

de cuencas hidrográficas..

Determinación de l hidrograma de descarga de

una cuenca

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Todos los métodos disponibles para determinar la capacidad de infiltración en una cuenca están basados en el criterio expuesto cuando se analizó el infiltrómetro simulador de lluvia, o sea en la relación entre lo que llueve y lo que escurre. En la práctica resulta complicado analizar detalladamente el fenómeno y sólo es posible hacerlo, con ciertas limitaciones, para cuencas pequeñas donde ocurren tormentas sucesivas. Los métodos que permiten calcular la infiltración en una cuenca para una cierta tormenta, requieren del hietograma de la precipitación media y de su correspondiente hidrograma. Esto implica que en la cuenca donde se requiere evaluar la infiltración se necesita, por lo menos un pluviógrafo y una estación de aforo en su salida. En caso de contar únicamente con estaciones pluviométricas sólo se podrán hacer análisis diarios.

Método para calcular la infiltración

Se considera que: P = Q + F

Donde: P = Volumen de precipitación (m3) Q = Volumen de escurrimiento directo (m3) F = Volumen de infiltración (m3) En esta ecuación se considera que F involucra las llamadas pérdidas que incluyen la intercepción de agua por plantas y el almacenamiento en depresiones (techos de edificios, casas, embalses) ya que no es factible medirlos; además, en esta forma se evalúa todo el escurrimiento directo, que es de interés fundamental ya que permite determinar la cantidad de agua que escurre con respecto a la que llueve.

El índice de infiltración media (Figura 2) está basado en la hipótesis de que para una tormenta con determinadas condiciones iniciales la cantidad de recar-

Índice de infiltración media

cidad de infiltración disminuye con el tiempo. Además, bajo estas condiciones, la infiltración se hace independiente de la variación en el tiempo de la intensidad de la lluvia en tanto que ésta sea mayor que la capacidad de transmisión del suelo, de manera que: Si i > fp , t > tp, f = fp Donde fp decrece con el tiempo. Si después del tiempo de encharcamiento la tormenta entra en un periodo de calma, es decir, su intensidad disminuye hasta hacerse menor que la capacidad de infiltración, el tirante de agua existente sobre la superficie del suelo, de haberlo, disminuye hasta desaparecer y el agua contenida en los charcos también se infiltra, y en menor grado se evapora.

ga en la cuenca permanece constante a través de toda la duración de la tormenta. Así, si se conoce el hietograma y el hidrograma de la tormenta, el índice de la infiltración media, ø, es la intensidad de lluvia sobre la cual, el volumen de lluvia es igual al del escurrimiento directo observado o lluvia en exceso

Relación entre lluvia, infiltración y

escorrentía

Relación entre lluvia, infiltración y

escorrentía

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Horton supuso que el cambio en la capacidad de infiltración, puede ser considerada proporcional a la diferencia entre la capacidad de infiltración actual y la capacidad de infiltración final introduciendo un factor de proporcionalidad k. Donde f es la infiltración en el tiempo t. F0 es la capacidad de infiltración en el tiempo igual a cero. Fc es la capacidad de infiltración constante . K es el parámetro del suelo que controla el decrecimiento de la capacidad de infiltración.

Modelo de Horton

En hidrología, se denomina capacidad de infiltración a la velocidad máxima con que el agua penetra en el suelo. La capacidad de infiltración depende de muchos factores; un suelo desagregado y permeable tendrá una capacidad de infiltración mayor que un suelo arcilloso y compacto. Si una gran parte de los poros del suelo ya se encuentran saturados, la capacidad de infiltración será menor que si la humedad del suelo es relativamente baja. Si los poros del suelo en las camadas superiores del mismo ya se encuentran saturadas, la infiltración se hará en función de la permeabilidad de los estratos inferiores.

Curva de infiltración

Una precipitación intensa podrá provocar la colmatación de los poros superficiales, con partículas finas del suelo, reduciendo la infiltración. En la figura anexa se puede ver la curva de la capacidad de infiltración, variable en el tiempo, sobrepuesta a un pluviograma horario, gráficamente se muestra el escurrimiento superficial, también variable en el tiempo. El índice de infiltración o capacidad media de infiltración es utilizado para calcular el escurrimiento en grandes áreas, donde sería difícil aplicar la curva de capacidad de infiltración. Este es equivalente a la velocidad media de infiltración.

Los parámetros f0 y k dependen del contenido de agua inicial del suelo, así como también de la tasa de aplicación. Los parámetros de la ecuación se evalúan usualmente desde datos de infiltración experimentales. (Han Et., al. 1982).

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Bibliografía

http://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_de_infiltr

aci%C3%B3n

Rolando Springall: “hidrologia”. Universidad autonoma de Mexico. 1976. Chow,D. MAIDMENT y L.W.MAYS (1994). Hidrologia Aplicada, Mc. Graw Hill

http://www.cricyt.edu.ar/multequina/indice/pdf/03/3_12.pdf

http://clima.dicym.uson.mx/paglabhidra/ARCHIVOS/DENNIS/Tipos%20de%20hidrogramas.pdf