Conceptos generales de Hidrología superficial:

Ciclo Hidrológico:

El ciclo hidrológico es el concepto fundamental de la hidrología superficial. Como todo ciclo, no tiene ni principio ni final.

Cuenca: es una zona de la superficie terrestre en donde (si fuera impermeable) las gotas de lluvia que caen sobre ella tienden a ser drenadas por el sistema de corrientes hacia un mismo punto de salida, lo anterior es en relación a una cuenca superficial, pero también existen cuencas subterráneas, cuya forma en planta es semejante a la de una cuenca superficial.

Fundamentalmente existen dos tipos de cuencas: endorreicas y exorreicas. En las primeras el punto de salida se encuentra dentro de los límites de la cuenca y generalmente es un lago, en las segundas el punto de salida se encuentra en los límites de la cuenca y entra en otra corriente o en el mar.

CARACTERISTICAS DE LA CUENCA Y DE LOS CAUCES:Parteaguas: es una línea imaginaria formada por los puntos de mayor nivel topográfico que separa la cuenca de las cuencas vecinas.

El Área de la cuenca: es la superficie en proyección horizontal delimitada como el parteaguas.

La corriente principal: es la corriente que pasa por la salida de la misma, a esta corriente se dirigen todas las demás corrientes que integran la cuenca a las cuales se les denomina tributarias.

La pendiente media: es igual al desnivel entre los extremos de la corriente dividida entre su longitud media en planta.

Pendiente Compensada, es la de una línea recta que, apoyándose en el extremo de aguas debajo de la corriente hace que se tengan áreas iguales entre el perfil del cauce arriba y debajo de la línea.

Velocidad de recorrido del agua puede calcularse a partir de la siguiente ecuación:V i=K √S i

Donde K es el factor que depende de la rugosidad y la forma de la sección transversal y Si es la pendiente del tramo i, además tenemos que :

V i=∆ xt

Donde Dx es la longitud del tramo y t es el tiempo de recorrido de ese tramo, con esto tenemos que

T i=∆xK √ Si

Las S de la sección se calculan de la siguiente manera:

S=[ Ll1

√s1+l2

√s2+l3

√s3+…+

ln√ sn ]

2

Y K lo podemos obtener de:Example Average permeability for different soil textures in cm/hour 

Sand 5.0Sandy loam 2.5

Loam 1.3Clay loam 0.8Silty clay 0.25

Clay 0.05

Aunque es recomendable determinarlo en el sitio mediante pruebas sencillas.

Las corrientes se clasifican en:

a) Por el tiempo que transportan agua: según esta clasificación las corrientes pueden ser: Perenes: en este tipo de corrientes el punto más bajo del cauce se encuentra

siempre abajo del nivel de aguas freáticas, y es por esto que transportaran agua

durante todo el año y siempre estarán alimentadas totalmente o en parte por el agua subterránea.

Intermitentes: Transporta agua durante la época de lluvias de cada año Efímeras: este tipo de corrientes el nivel freático siempre esta por debajo del

nivel más bajo del cauce y transportan agua inmediatamente después de una tormenta, y en este caso, alimentan a los almacenamientos de agua subterránea.

b) Por su posición topográfica o edad geológica: aquí tenemos ríos de montaña o juveniles, de transición, medianos, maduros, de planicie o viejos.

En un mismo cauce se pueden encontrar los tres tipos de ríos, los ríos de montaña característicos de cotas elevadas sobre el nivel del mar, tienen grandes pendientes y pocas curvas y debido a las altas velocidades que alcanza el agua sus cauces están generalmente formados por cantos rodados y con un poco de grava, generalmente no poseen finos, al contrario que como sucede en los ríos de planicie.

Hidrogramas y su análisis.

Si se mide el gasto, (volumen de escurrimiento por unidad de tiempo) que pasa de manera continua durante un año por una determinada sección transversal de un rio y se grafican los valores obtenidos contra el tiempo se obtendrá una gráfica como la siguiente:

Si ampliamos la escala y trazamos este mismo hidrograma pero basándonos en una sola tormenta obtendremos un hidrograma unitario y sus componentes son como los muestra la siguiente imagen:

AFORO:

Aforar una corriente significa determinar a través de mediciones el gasto que pasa por una sección dada. Existen varios métodos pero los principales son:

Secciones de control Relación sección- Pendiente Relación sección- Velocidad

Sección de control: se define como aquel en la que existe una relación única entre el tirante y el gasto, de los muchos tipos de secciones de control que se pueden usar para aforar una corriente los más comunes son los que producen un tirante crítico y un vertedero.

Relación sección- pendiente: se utiliza para estimar el gasto máximo que se presentó durante una avenida reciente en un rio donde no se cuenta con ningún otro tipo de aforos, para su aplicación se requiere solamente contar con la topografía de un tramo del cauce y las marcas del nivel máximo de agua durante el paso de la avenida, la velocidad se obtiene según:

V=1nR23∗S

12

R= radio hidráulico

S= pendiente de la línea de energía

N= coeficiente de rugosidad.

Q= va

A= área hidráulica.

ANALISIS DE LOS DATOS DE PRECIPITACION:Lluvia media

La altura de la lluvia que cae en un sitio difiere de la que cae en los alrededores aunque sea en sitios cercanos, los pluviómetros registran la lluvia puntual, es decir, la que se produce en el punto en el que está instalado el aparato y para los cálculos ingenieriles es necesario conocer la lluvia media en una zona dada.

Existen tres métodos generalizados:

a) Método aritmético:

Consiste simplemente en obtener el promedio aritmético de las alturas de precipitación registradas en cada estación usada en el análisis:

h p=1n∑i=n

n

hpi

Hp= altura de precipitación media, hpi= altura de precipitación registrada en la estación i y n es el número de estaciones bajo análisis.

b) Polígonos de Thiessen:

1. Este método consiste en unir, mediante líneas rectas dibujadas en un plano de la cuenca las estaciones más próximas entre sí. Con ello se forman triángulos en cuyos vértices estarán las estaciones pluviométricas.

2. Trazar líneas rectas que bisectan los lados de los triángulos, por geometría elemental, las líneas correspondientes a cada triangulo convergerán en un solo punto.

3. Cada estación pluviométrica quedara rodeada por las líneas rectas del paso 2 que forman los llamados polígonos de Thiessen. Y en algunos casos en parte por

el parteaguas de la cuenca. El área encerrada por los polígonos de Thiessen y el parteaguas será el área de influencia de la estación correspondiente.

4. La lluvia media se calcula entonces como un promedio pesado de las precipitaciones registradas en cada estación usando como peso el área de

influencia correspondiente:

h p= 1AT

∑i=n

n

Aihpi

Ai=Area de influencia de la estación y AT es el área total de la cuenca. c) Isoyetas:

Este método consiste en trazar, con la información registrada en las estaciones, las líneas que unan puntos de igual altura de precipitación llamadas insoyetas, de modo semejante a como se trazan las curvas de nivel en topografía. Y la ecuación usada será la siguiente:

h p= 1AT

∑i=n

n'

(hpi A ' t )

n= número de áreas At consideradas.

DEDUCCION DATOS FALTANTES:

Es frecuente que en un registro de precipitación falten los datos de un cierto periodo, debido a la ausencia del operador o fallas del aparato registrador. En estos casos se pueden estimar los datos faltantes si se tienen registros simultáneos de algunas estaciones situadas cerca de la estación en cuestión y uniformemente repartidas.

Una manera de hacerlo es mediante una gráfica donde se correlacionan las precipitaciones medidas en una estacione cercana o el promedio de las medias en varias estaciones circundantes con la registrada en la estación en estudio. Una vez obtenida esta gráfica y si la correlación es aceptable, bastara conocer la precipitación en la estación más cercana, o bien la precipitación media en las estaciones circundantes consideradas en los días en cuestión para deducir los datos faltantes.

TRANSPOCION DE TORMENTAS:

Cuando se cuenta con poca información sobre tormentas extremas ocurridas en una cuenco o cuando se desea ampliar la información sobre las cantidades máximas de precipitación que se pueden presentar en la misma, puede resultar conveniente transponer, a la cuenca en estudio, tormentas ocurridas en sitios diferentes, esto tiene desde luego la limitación de que la tormenta transpuesta sea meteorológicamente factible de ocurrir en la cuenca en estudio, de manera que el sitio donde se presento debe de ser similar desde el punto de vista meteorológico.

La tormenta se puede aun maximizar multiplicando sus áreas de precipitación por el factor de maximización:

Km=hmha

Hm agua precipitable correspondiente a la temperatura de roció máxima persistente durante 12 horas en el sitio de estudio.

CRITERIO DEL COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO:

Según este criterio la relación entre el coeficiente de escurrimiento y la altura de precipitación total de una tormenta está dada por:

Ce=(P−0.2 S)2

P2+0.8 SP

P altura total de precipitación de la tormenta y S la retención máxima potencial (mm).

La retención máxima potencial se obtiene mediante curvas numéricas, de acuerdo con la fórmula siguiente:

S=25,400CN

−254

O

S=5 [P+2Q−(5 PQ+4Q2 )1 /2 ]Q = escurrimiento medio por evento (mm), P = precipitación por evento (mm), S = retención máxima potencial (mm)

DATO PARA LA REGION SEGÚN DATOS DE HIDROLOGIA SUPERFICIAL DE APARICIO ES DE 0.25-0.35

Avance del proyecto

Normales climatológicas de estaciones circundantes a la zona.http://smn.cna.gob.mx/index.php?option=com_content&view=article&id=42&Itemid=75

Correlación de cálculos con Simulador de Cálculos del Inegi SIATLhttp://antares.inegi.org.mx/analisis/red_hidro/SIATL/

Recopilación de datos de estaciones normales Determinación de H de precipitación mediante Isoyetas Determinación de H de precipitación mediante polígonos de Thiessen Deducción de datos faltantes Trazos topográficos Trazo de cauces Trazo de parteaguas Trazo de cuencas a la topografía natural Obtención de áreas de cuencas naturales Trazo de cuencas a la topografía actual Obtención de áreas de cuencas actual Obtención de carta con tipo de suelo Determinación de pendientes en cauces principales Determinación de longitudes de cauces principales Determinación de coeficientes de infiltración por zonas Aforos en condiciones de tormenta Pronósticos a 5 años Pronósticos a 10 años Pronósticos a 15 años Determinación de altura de lluvia con periodos de retorno. Determinación de caudales pico Determinación de volumen infiltrado Análisis y evaluación de diseño de obras de contención/ desvió hidráulico.

BIBLIOGRAFIA:

Fundamentos de Hidrología de superficieFrancisco J. Aparicio Mijarestercera edición, 1992Editorial LIMUSAHidrología para estudiantes de ingeniería civilWendor Chereque MoranSegunda Edición, 2003CONCYTEC