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Asignatura: Hidrología de Superficie y Conservación de Suelos

M. González del Tánago, J.L. García Rodríguez, J.C. Robredo y J.A. Mintegui

E.T.S.I. de Montes, 4º Curso Silvopascicultura.

Programa

TEMA I: INTRODUCCIÓN A LA HIDROLOGÍA

Concepto de Hidrología.- Niveles de almacenamiento y flujos de transferencia del agua en la Tierra.- El Ciclo hidrológico.- Distribución del Agua en la Tierra.- La Hidrología y su relación con otras ciencias.- Usos del agua.- Problemas con el agua.- El Agua en España.- La gestión del agua en España.- La planificación hidrológica.- Bibliografía básica.-

TEMA II: LA CUENCA VERTIENTE

Concepto de cuenca vertiente.- Línea divisoria y red de drenaje.- Características topográficas de una cuenca: Superficie, Longitud, Forma y Relieve.- Clima y características meteorológicas.- Geología y Suelos.- Vegetación y usos del suelo.- La red de drenaje.- Perfiles longitudinales y densidad de drenaje.- Clasificación de los tramos de cauces: Número de orden.- Funciones hidrológicas de la cuenca vertiente.- La cuenca como unidad de estudio y de gestión.- Principales cuencas hidrográficas de la Península Ibérica.-

Parte I: El Ciclo Hidrológico

TEMA III: PRECIPITACIONES

Origen de las precipitaciones.- Forma de las precipitaciones.- Medición de las precipitaciones.- Datos de precipitación en España.- Caracterización de las lluvias: Altura. Duración. Frecuencia. Periodo de retorno.- Precipitación media sobre una superficie.- Métodos para su cálculo.- Estudio de series de precipitación.- Precipitaciones anuales.- Precipitaciones mensuales.- Precipitaciones diarias.- Precipitaciones máximas.- Distribución de Gumbel.- Curvas de altura-duración-frecuencia.

TEMA IV: INTERCEPCIÓN

La intercepción de las precipitaciones.- Intercepción de los distintos estratos de vegetación. Intercepción de los residuos orgánicos sobre el suelo.- Medida de la intercepción.- La intercepción en bosques: Factores que intervienen.- Significado hidrológico de la intercepción. Reducción de la entrada de agua en el suelo. Evaporación del agua interceptada. Captación y lavado de contaminantes.

TEMA V: INFILTRACIÓN

Infiltración del agua en el suelo. Mecanismos que influyen.- Medición y unidades de infiltración.- Curvas de infiltración.- Infiltración real e infiltración máxima.- Capacidad

de infiltración de un suelo.- Factores y procesos del suelo que determinan la infiltración.- Principales modelos empíricos de infiltración. Significado físico de los parámetros que intervienen.

TEMA VI: EL AGUA EN EL SUELO

Formas de almacenamiento del agua en el suelo.- Humedad del suelo. Importancia y factores que la regulan.- Medición de la humedad del suelo.- Concepto de potencial hídrico.- Curvas características de un suelo.- Movimiento del agua a través del suelo.- Conductividad hidráulica.- Permeabilidad.- Proceso de humectación de un suelo.- Proceso de drenaje y desecación del suelo.

TEMA VII: EVAPOTRANSPIRACION

Aprovechamiento del agua del suelo por la vegetación.- Concepto de Evapotranspiración potencial.- Principales fórmulas para su cálculo.- Medida de la evapotranspiración real. Lisímetros y cuencas aforadas.- Factores que determinan la evapotranspiración: Factores climatológicos. Factores edáficos. Factores de la cubierta vegetal.- El manejo de la vegetación para el control de la evapotranspiración en una cuenca. Efectos a corto y largo plazo sobre las disponibilidades hídricas.

TEMA VIII: BALANCES HIDRICOS

Balances hídricos: Qué son y para qué sirven.- Medida directa de los componentes de un balance hídrico.- Balance hídrico anual. Ficha hídrica de Thornthwaite y Mather.- Balance hídrico para una tormenta dada.- Componentes que intervienen.-

TEMA IX: ESCORRENTIAS

Movimiento del agua sobre una ladera: Formación de las escorrentías.- Tipos de escorrentías.-Medición y unidades de las escorrentías.- Escorrentías. Aportaciones. Caudales.- Coeficiente de escorrentía.-Concepto de hidrograma.- Componentes de un hidrograma.- Separación de las distintas escorrentías en un hidrograma.-Tiempo de concentración de una cuenca.-Escorrentías en suelos con poca capacidad de infiltración. Tiempos de concentración y forma de los hidrogramas.- Escorrentías en suelos con elevada capacidad de infiltración. Diagramas del movimiento del agua a través del suelo y forma de los hidrogramas.- Areas críticas de producción de escorrentía por falta de infiltración o por saturación.- Modelos de respuesta hidrológica (de "área parcial" y de "área variable").

TEMA X: RÉGIMEN DE CAUDALES

Medición de los caudales de los ríos.- Estaciones de aforos.- Curvas de gasto.- Limnímetros y limnígrafos.- Anuarios de aforos.-

Caudales instantáneos y caudales medios diarios, mensuales y anuales.- Módulos y aportaciones medias.- Aportación específica.-

Tipos de régimen: Pluvial, nival y mixtos.- Predictibilidad del régimen de caudales.- Consideraciones biológicas.- La regulación de los caudales: Efectos en el régimen según

el objetivo de la regulación.- Concepto de régimen ecológico de caudales.- Valores extremos. Magnitud y duración de los mismos.- Fluctuaciones y predictibilidad.- Curvas de duración de caudales.- Curvas de frecuencia de avenidas.- Avenidas ordinarias y extraordinarias: Periodos de retorno.- Leyes de distribución.

Parte II: Cálculo de avenidas

TEMA XI: HIDROLOGIA DE CUENCAS PEQUEÑAS. FÓRMULA RACIONAL

Concepto de "cuenca pequeña" atendiendo a su comportamiento hidrológico.- Hipótesis para el cálculo de los caudales resultantes.- Método Racional. Teoría y Fórmula Racional.- Valores del coeficiente de escorrentía y factores de que depende.- Aplicaciones y limitaciones del método racional.-

TEMA XII: HIDROLOGIA DE CUENCAS DE TAMAÑO MEDIO. HIDROGRAMA UNITARIO

Hipótesis sobre el comportamiento hidrológico de cuencas de tamaño medio.- Cálculo de las escorrentías mediante el número de curva de escorrentía del S.C. S. Concepto y factores que determinan el número de curva. Aplicaciones y limitaciones.- Teoría del Hidrograma Unitario. Hipótesis de cálculo.- Concepto de "tiempo de respuesta" de una cuenca.- Desarrollo del hidrograma unitario de una cuenca a partir de un hidrograma real.- Hidrograma unitario sintético del S.C.S. Hidrograma adimensional e hidrograma triangular.- Convolución y desarrollo de hidrogramas compuestos para una tormenta dada.

TEMA XIII: HIDROLOGIA DE GRANDES CUENCAS. TRÁNSITO DE AVENIDAS

Comportamiento hidrológico en grandes cuencas.- Delimitación de subcuencas.- Efecto de almacenamiento de los cauces principales.- Tránsito de avenidas.- Concepto de laminación de una avenida.- Método de Muskingum para el tránsito de avenidas en cauces.- Significado y evaluación de los parámetros de Muskingum K y X.-

TEMA XIV.- MODELIZACIÓN HIDROLÓGICA

Modelos de cuenca: Definición y Objetivos.- Clasificación de los tipos de modelos de cuenca.- Componentes y Construcción de un modelo de cuenca.- Calibración y Verificación del modelo.- Análisis de sensibilidad.- Componentes y desarrollo de un modelo de aguacero: ej. HEC-1.- Componentes y desarrollo de un modelo de procesos continuos: ej. Stanford Watershed Model.

2º CUATRIMESTRE DE LA ASIGNATURA. DINAMICA TORRENCIAL.

I. EROSION HIDRICA Y GENERACION DE LOS CAUDALES SOLIDOS.

Tema 15. La erosión. Aspectos conceptuales.

Definiciones de erosión. Mecánismos y factores que intervienen en el fenómeno de la erosión hídrica. Acción de las precipitaciones. Acción de la escorrentía. Formas de erosión.

Tema 16. Los modelos de erosión.

Introducción histórica. Modelo de Meyer-Wischmeier. Clasificación de modelos. Modelos cualitativos. Modelos cuantitativos. Evaluación directa e indirecta.

Tema 17. Modelos paramétricos. Modelo U.S.L.E. y modelo R.U.S.L.E.

Tema 18. Modelos de base física. Eurosem y W.E.P.P.

II. EL TRANSPORTE DE MATERIALES.

Tema 19. El transporte de materiales (I).

Conceptos básicos. Características de los materiales. Clasificación de los materiales.

Tema 20. El transporte de materiales (II).

Inicio del transporte. Valores críticos y teorías que explican el fenomeno.

Tema 21. El transporte de materiales (III).

Estimación de los caudales sólidos. Ecuaciones del tipo Du Boys. Ecuaciones tipo Schoklitsch y Meyer-Peter & Múller. Revisión de la ecuación de Meyer-Peter & Múller. Ecuación de Smart & Jaeggi. Ecuaciones basadas en las teorías de H.A. Einstein. Fórmulas de carga total de sedimentos.

III. LA EMISIÓN Y EL DEPÓSITO DE MATERIALES

Tema 22. Degradación específica de la cuenca.

Concepto de degradación específica. Método de Fournier. Modelo M.U.S.L.E. Metodología integrada para la estimación de la erosión (M.I.E.H.)

Tema 23. El depósito de materiales.

Aspectos generales. La sedimentación en ríos y torrentes. Formación de la pendiente de equilibrio. Estimación de la pendiente de equilibrio.

LA ORDENACION DE CUENCAS HIDROGRAFICAS.

Tema 24. La Ordenación de cuencas y la Restauración Hidrológico Forestal.

Planificación en cuencas hidrográficas. Manejo y planificación de los recursos hidráulicos. Objetivos de la Ordenación de cuencas. El proyecto de Restauración Hidrológico Forestal.

MEDIDAS RESTAURADORAS DE CUENCAS HIDROGRÁFICAS.

I. ACTUACIONES EN LADERAS DE LA CUENCA VERTIENTE

Tema 25. El papel de las cubiertas vegetales.

Las cubiertas vegetales permanentes como medida de conservación de suelos. Clasificación agrológica de suelos. Actuaciones biológicas en la cuenca.

Tema 26. La conservación de suelos (I).

La conservación de suelos agrícolas. Principios fundamentales. Cultivo a nivel. Cultivo en Fajas y Cultivo en Terrazas.

Tema 27. La conservación de suelos (II).

Hidrotecnias en laderas. Bancales. Zanjas de desviación. Drenajes. Control de los movimientos en masa. Aplicación informática.

Tema 28. La conservación de suelos (III).

Aspectos forestales en la conservación de suelos. Preparaciones del terreno con fines repobladores. Experiencias y resultados.

II. ACTUACIONES EN LOS CAUCES.

Tema 29. Hidrotecnias de corrección de cauces torrenciales (I).

Diques transversales al cauce. Objetivos fundamentales de las obras transversales en cauces torrenciales. Condicionantes de cálculo. Fuerzas actuantes en un dique. Hipótesis de cálculo.

Tema 30. Hidrotecnias de corrección de cauces torrenciales (II).

Perfil más conveniente. Determinación de las dimensiones de la obra vista. Cimentaciones. Disipadores de energía.

Tema 31. Hidrotecnias de corrección de cauces torrenciales (III).

Obras longitudinales al cauce. Objetivos y principios básicos. Clases de obras longitudinales. Técnicas de Bioingeniería aplicadas a la restauración de ríos y riberas.

Objetivos docentes

Los objetivos que se contemplan en el desarrollo de esta asignatura se refieren a:

Documentar al alumno en los temas relacionados con el movimiento del agua en los ecosistemas naturales (ciclo hidrológico) y evaluación de los efectos de la vegetación y usos del suelo en la conservación del agua (control de escorrentía, régimen de caudales) y en la conservación del suelo (control de los procesos erosivos).

En concreto, el curso intenta que los alumnos adquieran las siguientes aptitudes:

1.- Conocer los elementos que constituyen el ciclo hidrológico y los métodos para su medición y estimación.

2.- Ser capaces de describir y analizar los elementos constitutivos de una cuenca hidrográfica, y su relación con el ciclo hidrológico.

3.- Analizar el fenómeno del geodinamismo y su incidencia en la cuenca hidrográfica, a través de la simulación de aguaceros torrenciales para distintos periodos de recurrencia.

4.- Plantear medidas de restauración hidrológico-forestal para la conservación del suelo, vegetación y cauces fluviales, incluyendo el control de torrentes de montaña.

Desarrollo del curso Durante el curso académico se imparten clases teóricas y clases prácticas, y el

alumno debe desarrollar un trabajo práctico, donde aplica a una cuenca vertiente concreta los conocimientos adquiridos en dichas clases.

El contenido del trabajo mencionado se entrega al principio del curso, y el alumno debe ir desarrollándolo gradualmente, siendo obligatoria su presentación en dos fases, la primera corresponde al temario del primer parcial, y la segunda correspondiente a la totalidad del mismo.

Criterios de evaluación

La asignatura de Hidrología está dividida en dos partes y se evalúa con dos exámenes parciales, uno correspondiente al primer cuatrimestre, realizado al finalizar éste (Febrero) y otro relativo al segundo cuatrimestre, que en fechas (Junio) coincide con el examen final.

Los alumnos que aprueban el primer parcial se examinan en Junio solo de la segunda parte, y en el caso de suspenderla se les guarda el primer parcial para Septiembre. Los alumnos que suspenden el primer parcial se examinan en Junio de toda la asignatura.

Únicamente son pruebas liberatorias para el primer Parcial el examen de Febrero, y para el segundo Parcial el de Junio. En las restantes convocatorias no se podrá liberar por separado ninguna parte de la asignatura.

Cada parcial consta de una parte teórica y otra práctica, que se evalúan por separado. La calificación de cada examen se obtiene como media aproximada de las notas obtenidas en teoría y práctica, teniendo cualitativamente más importancia la nota obtenida en la parte teórica.

Para acceder a esta nota media es necesario tener una nota superior a 3 en ambas partes. Cuando el alumno obtiene una nota inferior a 3 en teoría o en el ejercicio práctico automáticamente se le considera suspenso, aunque tenga una nota elevada en las restantes partes del examen. El trabajo práctico desarrollado durante el curso sirve para aumentar la puntuación obtenida con los exámenes escritos, siendo un requisito indispensable para poder acceder a las pruebas parciales.

Actividades prácticas y de laboratorio

Las prácticas de la asignatura de Hidrología se realizarán a lo largo de todo el curso, mediante:

1.- Clases prácticas en las dos horas de los martes (16-18 horas) según el actual horario donde se desarrollarán los ejercicios de la asignatura relacionados con las clases teóricas, así como cualquier otra actividad previamente comunicada con antelación.

2. Trabajos especializados. En aquellos temas que puedan aportar unos conocimientos en la búsqueda de bibliografía y que sirvan para que el alumno se familiarice con la labor de investigación

3.- Viaje de prácticas anual.

Se visitará una zona de España con una problemática torrencial asociada o en donde se hayan realizado una serie de trabajos anteriores que permitan repasar los conceptos estudiados en las clases teóricas.

4.- Otras visitas a centros de investigación.

En este caso se visitarán aquellos centros de investigación en donde se puedan incrementar los conocimientos y en donde los expertos puedan explicar sus investigaciones

5.- Conferencias de expertos con el fin de ampliar los conocimientos en el temario programado.

6.- Prácticas en el Laboratorio.

• Práctica de muestreo de sedimentos

• Práctica con los canales de experimentación