Introduccin Desde los inicios de los tiempos el hombre ha tenido la necesidad de administrar los recursos hdricos, esto debido al cambio constante de hbitat y debido al incremento de las poblaciones. Desde las civilizaciones egipcias y sumerias, cuando se construan canales para transportar agua entre comunidades, hasta la construccin de grandes presas en la actualidad para la generacin de energa elctrica, todas esas etapas estuvieron centradas en un solo objetivo, utilizar los recursos hdricos de la mejor forma posible.

La hidrologa es una ciencia multidisciplinaria que estudia la ocurrencia, circulacin y distribucin del agua sobre la tierra. El dominio de la hidrologa incluye los procesos fsicos, qumicos y las reacciones biolgicas del agua en los ambientes naturales y aquellos construidos por el hombre. Debido a la compleja naturaleza del ciclo hidrolgico y sus relaciones con los patrones climticos, tipo de suelo, topografa y otros factores geolgicos, es difcil establecer fronteras entre la hidrologa y otras ciencias de la tierra tales como: Meteorologa, Geologa, Ecologa y Oceanografa, entre otras.

La hidrologa es de fundamental importancia para los ingenieros civiles y ambientales, hidrlogos y otros cientficos relacionados con la tierra; debido a las implicaciones en el medio ambiente de las inundaciones u sequas, abastecimiento de agua, considerando sobre la calidad del agua, drenajes y control de inundaciones.

Este trabajo consiste en una recopilacin de todo el material estudiado durante el semestre regular de clases, lo cual involucra, el contenido en general, parciales, tareas, ejercicios, problemas desarrollados, entre otros. Esto permite que sea un indicador del conocimiento aprendido durante este curso.

Universidad Tecnolgica de PanamFacultad de ingeniera Civil Licenciatura en Ingeniera Civil Departamento de Hidrulica, Sanitaria y Ciencias Ambientales

Asignatura: Hidrologa Cdigo: 8026Pre-Requisitos: Hidrulica Horas de Clase: 3Ao: Cuarto Horas de Lab: 0Semestre: Sptimo Crditos: 3

Objetivos Generales: Aplicar los principios y conceptos fundamentales de Hidrologa a la solucin de problemas Formular y resolver problemas elementales de Hidrologa Contenido: I. Principios Hidrolgicos 1.1 Introduccin 1.1.1 Evolucin de la Hidrologa1.2 Cuenca Hidrolgica 1.2.1 Concepto de Cuenca 1.2.2 Caractersticas de la cuenca y de los cauces 1.3 Ciclo Hidrolgico 1.3.1 Balance Hdrico 1.4 Precipitacin 1.4.1 Humedad Atmosfrica 1.4.2 Cambios de Fase1.4.3 Cantidad de Agua Precipitable 1.4.4 Causas y mecanismos de formacin de la precipitacin 1.4.5 Anlisis de datos de precipitacin 1.4.6 Estimacin de Datos Faltantes 1.4.7 Anlisis de Doble masa1.4.8 Precipitacin promedio sobre una regin 1.5 Evaporacin y transpiracin 1.5.1 mtodo del balance Hdrico 1.5.2 Mtodo de transferencia de masa1.5.3 Mtodo de balance energtico 1.5.4 Tanque evapormetro 1.5.5 Mtodos combinados 1.5.6 Evapotranspiracin 1.6 infiltracin 1.6.1 rata de infiltracin 1.6.2 otros mtodos para calcular infiltracin 1.7 escorrenta superficial 1.7.1 medicin del caudal o Aforo de Ros

II. Anlisis de Precipitacin - Escorrenta 2.1 relacin entre precipitacin y Escorrenta 2.1.1 mtodo racional 2.2 anlisis de Hidrogramas 2.2.1 componentes del hidrograma 2.2.2 separacin del flujo base y recesin 2.2.3 precipitacin neta y el hidrograma 2.3 mtodo de Tiempo-rea 2.4 Teora del Hidrograma unitario 2.4.1 derivacin de Hidrogramas unitarios 2.4.2 mtodo de la curva S2.4.3 mtodos matriciales 2.5 Desarrollo de Hidrogramas Unitarios Sintticos 2.5.1 Mtodo de Snyder2.5.2 Mtodo SCS (Hidrograma Unitario Triangular) 2.6 aplicaciones de hidrogramas unitarios 2.6.1 Convolucin de hidrogramas unitarios

III. Trnsito de avenidas o propagacin de crecidas 3.1 clasificacin de los mtodos de clculo 3.1.1 mtodos hidrolgicos 3.1.2 mtodos hidrulicos 3.2 propagacin de crecidas en ros y canales 3.2.1 mtodo de Muskingum 3.2.2 determinacin de las constantes de almacenamiento 3.3 propagacin de crecidas a travs de embalses 3.3.1 mtodo de Puls

IV. Anlisis de Frecuencias 4.1 Revisin de algunos temas de probabilidad y estadstica 4.1.1 variables aleatorias 4.1.2 presentacin de los datos 4.1.3 conceptos de probabilidad 4.2 variables aleatorias y distribuciones de probabilidad 4.2.1 momento de una distribucin 4.2.2 estimacin de los momentos a partir de los datos 4.2.3 ajuste de una distribucin a los datos 4.3 perodo de retorno o intervalo de recurrencia 4.3.1 clasificacin de los datos 4.4 modelos probabilsticos comunes 4.4.1 distribucin normal 4.4.2 distribucin Log normal 4.4.3 Distribucin Gamma (2 parmetros) 4.4.4 Distribucin de Pearson Tipo 34.4.5 Distribucin Log Pearson tipo 34.4.6 Distribucin Gumbel (valor extremo Tipo 1)Bibliografa Aparicio, Francisco. Fundamentos de Hidrologa de Superficie. LIMUSA; Mxico, 1999.Bedient, P.B. y N. C. Hubert. Hudrology and floodplain analysis. Second edition. Addison- Wesley publishing Co.; Massachusetts, U.S.A.; 1992. Cedeo B., David. Apuntes de Hidrologa. Universidad Tecnolgica de Panam; Panam, 1997.Chow, V. T., D.R. Maidment y L. W. Mays. Applied Hydrology. McGraw-Hill publishing Co., New York 1988.Linsley, R. K., M. A. Kohler y J. L. H. Paulhus. Hydrology for Engineers. Third Edition. Mc Graw- Hill Book Co.; New York, 1982. Maidment, D. R. (Editor). HandBook of hydrology. McGraw Hill Inc.; New York, 1993. McCuen, Richard H. Hydrology and design. Prentice- Hall; Englewood Cliffs, New Jersey, USA. 1989.Monsalve Senz, Germn. Hidrologa en la Ingeniera. Segunda Edicin. Alfaomega; Colombia, 1999.Raudkivii, A. J. Hydrology. Pregamon Press; Oxford, England, 1979. Shaw, E. M. Hydrology in Practice. Third Edition. Chapman & Hall; London, 1994. Viessman, W., G. L. Lewis y J. W. Knapp. Introduction to Hydrology. Third edition. Harper Collins Publisher New York, 1989.

Evaluacin Sugerida Parciales 45%Tarea 5%Portafolio 5%Semestral 45%

Fecha: 17/3/2014 Texto de hidrologa Apuntes de hidrologa de David Cedeo Fecha: 24/3/2014 Libro de consulta: Material de apoyo didctico para la enseanza y aprendizaje de la asignatura de Hidrologa CIV-233, presentado por: Agustn Cahuana Andia y Weimar Yugar Morales, Universidad Mayor de San Simn. Hidrologa para la ingeniera, German Monsalve. 1.1 Evolucin de la Hidrologa

La historia inicial de la hidrologa incluye las prcticas de administracin de agua en las civilizaciones egipcias y sumerias establecidas en el medio oriente a lo largo de los ros Nilo, Tigris y ufrates y en china a lo largo del ro amarillo. En el ao 4000 a.C. se construy un canal para transportar agua dulce entre el Cairo y Suez. Aristteles propuso la teora de que la humedad del aire se converta en agua dentro de las montaas, Homero sugiri la idea de que exista un mar subterrneo que era el origen del agua superficial. Leonardo Da Vinci descubri una relacin adecuada entre rea, velocidad y caudal.

La primera medicin registrada de precipitacin y flujo superficial fueron hechas en el siglo XVII por Perrault. En el siglo XVIII se establecieron avances como Teorema de Bernoulli, el tubo de Pitot y la formula de Chezy. Durante el siglo XIX: la ley de Darcy para flujos en medios porosos, la frmula de pozos de Dupuit-Thiem y ecuacin de flujo capilar de Hagen-Poiseville. El intervalo comprendido entre 1900 hasta 1930 se denomin periodo de empiricismo debido a la gran cantidad de frmulas empricas que se desarrollaron. En el periodo de 1950 a 1950 se le denomin periodo de racionalizacin, avances significativos como: Sherman (1932) estableci el concepto de hidrograma unitario, Norton (1933) desarrollo la teora de la infiltracin. A partir de 1950 se conoce como periodo de teorizacin, por la introduccin de computadoras digitales, el primer modelo hidrolgico comprensivo fue desarrollado por Crawford y Linsley (1966).

1.2 Cuencas Hidrolgicas

Geomorfologa: estudia formas superficiales del relieve terrestre. Cuenca: zona de superficie terrestre donde caen gotas de lluvia y se drenan por el sistema de corrientes hacia una salida. Cuenca hidrogrfica: espacio hidrogrfico cuyos aportes hdricos naturales son alimentados por precipitaciones y cuyos excedentes forman una desembocadura.

Clasificacin de cuenca:

Tamao: Cuenca grande: rea mayor a 250 km2, predominan caractersticas fisiogrficas (pendiente, elevacin, rea, cauce). Cuenca pequea: rea menor a 250 km2, influenciado por caractersticas fsicas (tipo de suelo y vegetacin). Responde a lluvias intensas y corta duracin. En funcin a la salida: Endorreicas: punto de salida dentro de los lmites de la cuenca (lago). Exorreicas: punto de salida en los lmites de la cuenca (en otra corriente o en mar).

En funcin a la elevacin: Alta: cuenca cabecera o recepcin de cuenca; por su posicin almacena la mayor parte de los aportes de la precipitacin; cobertura vegetal tpica de bosques y menor presin demogrfica. Media: (zona de transporte de sedimentos o escurrimiento) mayor pendiente relativa, caudal con torrentes turbulentos. Baja: (cono de deyeccin o zona de depsito) menor pendiente relativa, caudal de flujo continuo, cauce definido y amplia planicie de inundacin.

Elementos de las cuencas: Parteaguas o divisoria de aguas (divortium acuarum): lnea imaginaria por puntos de mayor nivel topogrfico, separa las cuencas. rea de la cuenca: superficie en proyeccin horizontal, delimitada por divisoria de aguas. Cauce principal de una cuenca: corriente que pasa por la salida de la cuenca Cauces secundarios o tributarios.

Delimitacin: Se hace sobre un plano o mapa con curvas de nivel.

Trazado lnea divisoria o parte aguas: pueden existir dos lneas divisorias;i. Divisoria topogrfica: aguas superficiales.ii. Divisoria fretica: aguas subsuperficiales, en funcin de los perfiles de estructura geolgica.

Reglas para el trazado de divisoria topogrfica:i. Corta ortogonalmente a las curvas de nivel y pasa por puntos de mayor nivel topogrfico.ii. Cuando aumenta la altitud, corta las curvas de nivel convexamente, (del ro hacia arriba).iii. Cuando la altitud decrece, corta a las curvas de nivel cncavamente (del ro para cerrar la divisoria).iv. Comprobacin: nunca corta un arroyo o ro, excepto en el punto de inters de la cuenca (salida).

Informacin requerida: Planos con escalas desde 1:25000 hasta 1:100000. Para cuencas con un tamao superior a 100 km2 se utiliza un plano topogrfico en 1:100000.

1.2.2 Caractersticas fsicas de las cuencas: Una cuenca recibe la precipitacin pluvial y la convierte en escurrimiento; esto presenta prdidas de agua. Las caractersticas fsicas ms importantes de una cuenca:

a. reab. Permetroc. Forma de la cuencad. Longitude. Pendiente promediof. Curva hipsomtricag. Histograma de frecuencias altimtricas.h. Relacin de bifurcacin de los canales.i. Densidad de drenaje.j. Alturas y elevacin promediak. Perfil cauce principall. Pendiente promedia del cauce principal. rea de la cuenca (A): rea plana en proyeccin horizontal, forma irregular. Se reporta en km2, excepto las cuencas pequeas que se dan en hectreas. Programas para determinar con mayor precisin:a. SIG,s: ILWIS, ARCVIEW, ARGIS, IDRISI.b. CAD,s: AUTO CAD, LANDDESKTOP, VECTOR WORK.Secciones de la Cuenca

Parte baja Parte media

Parte alta

Tipos de divisorias

Divisoria TopogrficaDivisoria Fretica

Fecha: 15/4/2014 Relaciones importantes de la cuenca

Permetro del crculo rea del crculo

rea del crculo rea de la cuenca

Factor de forma: Fue definido por Horton como el cociente entre el ancho promedio de la cuenca y su longitud del cauce principal. Coeficiente de forma Relacin de elongacin Relacin de circularidad Rectngulo equivalente o rectngulo de Gravelius Clculo de los lados l y L del rectngulo Otros parmetros asociados a la cuenca Pendiente de la cuenca ndice de pendiente Curvas hipsomtricas Histograma de frecuencias altimtricas Relacin de relieve Clasificacin de corriente en la red de drenaje a) Por el tiempo en que transportan aguaPerennes Intermitentes Efmeras b) Por su posicin o edad geolgica

Fecha: 31/3/2014 1.3 Ciclo Hidrolgico

Las componentes bsicas del ciclo hidrolgico son las siguientes: precipitacin (P), evaporacin (E), transpiracin (T), infiltracin (F), escorrenta superficial (R) y flujo subterrneo (G). La conversin del lquido a vapor de agua y tambin por transpiracin, la cual consiste en la prdida de agua a travs de las plantas; esta prdida de agua combinada se denomina: evapotranspiracin. El ingeniero hidrlogo debe ser capaz de calcular estimar las diversas componentes del ciclo hidrolgico para disear adecuadamente proyectos de recursos hidrulicos.

Algunos temas relacionados: flujos mximos de inundacin esperados en los vertederos, las alcantarillas y puentes de las carreteras; capacidad de los embalses; efectos de embalses, muros de contencin y otras estructuras de control de inundaciones en una corriente. El tiempo de residencia Tr es la duracin promedio para que una molcula de gua pase a travs de un subsistema del ciclo hidrolgico.

1.3.1 Balance hdrico

El flujo de entrada menos el flujo de salida es igual al almacenamiento; esto se puede expresar como:

En el cual I es la entrada de flujo, O es la salida del flujo y dS/dt es el almacenamiento. Para un periodo de tiempo el modelo matemtico de balance hdrico se puede expresar como:

En donde:

Transpiracin (T)No Saturado Saturado Nivel Fretico

Evaporacin + transpiracin = Evapotranspiracin (se mide con un instrumento denominado Lismetro).

Fecha: 1/4/2014 Fecha de Parciales: 30 de Abril 14 de Mayo 11 de Junio Delimitacin de un curso Precipitacin

Agua

Estratos inclinados

El agua que rellena este tipo de sector es muy difcil de conseguir y es por esto que la divisoria ms utilizada es la topogrfica y no la subterrnea. Fecha: 7/4/2014 Es necesario conocer la topografa del terreno para determinar el sentido del agua precipitada. La divisoria de aguas puede ser de dos tipos: Topogrfica (es la usada por los ingenieros civiles) SubterrneaSalida nica Cuenca = ParteaguasDivisoria de aguas

Es necesario que la cuenca est rodeada de mucha vegetacin para que retenga ms cantidad de agua y se pueda infiltrar y llegar al acufero (llegar al embalse). Se hace un estudio y se ubica la parte ms estrecha que va a ser donde se establecer la presa si ese es el objetivo final. Como ejemplo se menciona Fortuna, la cual es una presa de enroscado; los estudios realizados demostraron que el tipo de roca que posee este terreno es sana, o sea adecuada para este tipo de presa. Cerrada o Garganta

Acufero: parte del suelo que se encuentra completamente saturada. Coeficiente de escorrenta: (R/P), donde R es la escorrenta superficial y P, la precipitacin.

Fecha: 15/4/2014 Nmero de orden de un cauce (Segn el Sistema Horton) Es un nmero que refleja el grado de ramificacin de la red de drenaje. La clasificacin de los cauces de una cuenca se realiza a travs de las siguientes premisas: Los cauces de primer orden son los que no tienen tributarios. Los caucese de segundo orden se forman en la unin de dos cauces de primer orden y, en general, los cauces de orden n se forman cuando dos cauces de orden n-1 se unen. Cuando un cauce se uno con un cauce de orden mayor, el canal resultante hacia aguas abajo retiene el mayor de los rdenes. El orden de la cuenca es el mismo de su cauce principal a la salida.

Fecha: 21/4/2014 Precipitacin H2OHg

Dr =13.6

H 2H 1

Fecha: 21/4/2014 1.4 Precipitacin

La precipitacin es la cantidad primaria de entrada de agua en el ciclo hidrolgico superficial, ya sea en forma de lluvia, nieve o granizo.

La precipitacin se clasifica de acuerdo a las condiciones que generaron el movimiento vertical de las masas de aire cargadas de humedad. Convectiva: debido al calentamiento intenso al nivel del suelo o el mar. Ciclnica: est asociada con el movimiento y choque de grandes masas de aire a diferentes presiones. Orogrfica: producida por el ascenso mecnico de las masas de aire hmedo sobre las montaas. 1.4.1 Humedad Atmosfrica

La humedad atmosfrica es la fuente requerida para la precipitacin y se deriva de la evaporacin y transpiracin.

Conceptos importantes

Presin de vapor (e): es la presin parcial producida por el vapor de agua.

Presin de saturacin de vapor (es): es la presin parcial que ejerce el vapor de agua cuando el aire est completamente saturado.

Humedad relativa (H): es aproximadamente la razn entre la presin de vapor de agua a la presin de saturacin de vapor bajo las mismas condiciones e igual temperatura.

Humedad especfica (q): es la masa del vapor de agua contenida en una unidad de masa de aire hmedo.

Temperatura para la formacin del roci (Td): es el valor para el cual una masa de aire llega a estar saturada.

Fecha: 22/4/2014 1.4.2 Cambios de fase

El calor latente de condensacin y calor latente de evaporacin son las cantidades de energa necesarias para que el vapor pase a estado lquido y para que el lquido pase a estado de vapor, respectivamente. Gradiente trmico: Es la rata de cambio de temperatura con la elevacin den la atmsfera se denomina.1.4.3 Cantidad de agua precipitableEs de gran utilidad conocer la cantidad de agua que se precipita en una regin determinada, es por ello que se han desarrollado mtodos para tratar de predecir este fenmeno.

Fecha: 28/4/2014 Mtodos para calcular la precipitacin en una cuenca Mtodo de la media aritmtica Mtodo de los Polgonos de Thiessen (unir estaciones cercanas y formar tringulos y luego sacar las mediatrices) Mtodo de las Isoyetas (es el mtodo ms preciso si se realiza bien el procedimiento, es decir que la persona que hace el anlisis debera ir al campo) Anlisis de datos de precipitacin Mtodos para calcular la precipitacin en una cuenca

Mtodo de la razn normal Generalizada

Donde,

Fecha: 28/5/2014 1.4.4 Causas y mecanismos de formacin de la precipitacinLa precipitacin es la cantidad primaria de entrada del agua en el ciclo hidrolgico superficial, ya sea en forma de lluvia, nieve o granizo; y generalmente se deriva de la humedad atmosfrica.Las precipitaciones se producen gracias al vapor de agua originado por la evaporacin del agua de ocanos, ros, mares, plantas y diversos seres vivos.El vapor de agua se enfra, condensndose y tomando forma lquida. De esta manera se forman las nubes, que finalmente son los agentes que provocan las precipitaciones.

1.4.5 Anlisis de Datos de PrecipitacinLos eventos de precipitacin son registrados en localidades especficas utilizando pluviografos y pluvimetros. La interpretacin de los datos recogidos en las diferentes estaciones de medicin muestra la gran variacin en el espacio y el tiempo de la precipitacin. Los datos de precipitacin se pueden utilizar para derivar las curvas de intensidad-duracin-frecuencia (IDF), las cuales se utilizan generalmente para obtener las caractersticas de las tormentas de diseo. 1.4.6 Estimacin de Datos Faltantes Muchas estaciones de precipitacin tienen datos faltantes en sus registros, causados por la ausencia del observador o debido a fallas en los instrumentos, por lo tanto, a menudo es necesario estimar la precipitacin en una estacin utilizando los valores registrados en las estaciones localizadas en los alrededores.Para la estimacin de los datos faltantes, Paulhus y Kohler (1952) propusieron el uso del promedio aritmtico simple con los datos de tres estaciones cercanas, el cual es adecuado cuando la precipitacin anual de cada estacin no difiere en ms del 10 % de la precipitacin anual de la estacin con registro incompleto; de tal manera que: En caso contrario, es necesario ajustar las precipitaciones observadas utilizando un factor de correccin igual a la razn de las precipitaciones anuales N / Ni entre la estacin con datos faltantes y las tres estaciones cercanas. Este procedimiento se denomina mtodo de la razn normal y la frmula es la siguiente: , en donde P es la precipitacin estimada y N es la precipitacin anual registrada en las estaciones.

Fecha: 5/6/2014 1.4.7 Anlisis de Doble MasaLa tcnica de doble masa se utiliza para verificar la consistencia de los datos de precipitacin. Este mtodo est basado en el hecho de que la precipitacin promedio acumulada para cierto nmero de estaciones no es muy sensitiva a los cambios en una estacin individual debido a que los errores se compensan, mientras que los valores acumulados para una estacin individual son afectados inmediatamente por los cambios que ocurren en la estacin. Ests variaciones se producen por cambios en la localizacin de la estacin, tipo de instrumento, mtodo de observacin; los cuales muchas veces no se indican en los registros publicados. Si al graficar la precipitacin anual acumulada para la estacin bajo investigacin contra la precipitacin promedio anual acumulado de las otras estaciones se obtiene una lnea recta, se puede garantizar que los registros completos para esa estacin han sido obtenidos bajo las mismas condiciones; pero si existe un cambio de pendiente, generalmente se puede encontrar una explicacin al fenmeno. (Por ejemplo: la estacin fue movida de sitio). En este caso, los registros anteriores al cambio de pendiente deben ser ajustados multiplicando por la razn de las pendientes S2 / S1 para hacerlos compatibles con los datos ms recientes.1.4.8 Precipitacin Promedio sobre una ReginEl promedio de la profundidad de la precipitacin sobre un rea especfica se requiere a menudo para predecir la respuesta de una cuenca o para desarrollar la tormenta de diseo. Existe tres mtodos bsicos para obtener los valores promedios sobre el rea: Promedio Aritmtico, el Polgono de Thiessen y el Mtodo de las Isoyetas.Mtodos para calcular la precipitacin promedio sobre una regin: Media Aritmtica Polgonos de Thiessen Isoyetas

Polgonos de Thiessen Por este mtodo es conveniente tener estaciones afuera de la cuenca.

Mtodo de las Isoyetas Este es el mtodo ms preciso, pero es el ms complejo

250

200

150

125

10025 Promedio

50 interpolacin

Fecha: 6/5/2014 Mtodo de los Polgonos de Thiessen

1.91.5 1.1 0.702.0 1.81.2 1.00.4

Mtodos analizados 1. Promedio aritmtico P promedio: 1.33 mm2. Polgonos de Thiessen P promedio 1.35 mm3. Isoyetas P promedio 1.34 mm ( es la media de los mtodos anteriores y es el mejor mtodo)

Fecha: 6/5/2014 1.5 Evaporacin y Transpiracin Evaporacin es el proceso por medio del cual el agua en estado lquido o slido es transformada a vapor de agua, el cual se mezcla con el aire de la atmosfera. La evapotranspiracin se considera separadamente como la prdida combinada de vapor de agua a travs de las superficies de la planta (transpiracin) y la evaporacin de la humedad del suelo.Existen 3 mtodos primarios para estimar la evaporacin desde la superficie de un lago: Mtodo del balance hdrico, Mtodo de transferencia de masa Mtodo del balance energtico.

Fecha: 12/5/20141.5.1 Mtodo del balance hdrico para determinar la evaporacinEl mtodo del balance hdrico para obtener la evaporacin de un lago est basado en la ecuacin de la continuidad de la hidrologa.

1.5.2 Mtodo de transferencia de masaLas tcnicas de transferencia de masa estn basadas principalmente en el concepto de transferencia turbulenta de vapor de agua desde la superficie del lquido hacia la atmosfera.La mayora de estas ecuaciones empricas, desarrolladas para obtener la rata de evaporacin como funcin de la diferencia de presin de vapor y la velocidad del viento sobre el lago, se pueden escribir de manera similar a la Ley de Dalton1.5.3 Mtodo del balance energticoEl mtodo ms preciso y complejo para determinar la evaporacin utiliza el balance energtico de un lago.ETR: Evapotranspiracin Real

Fecha: 19/5/2014 1.5.4 Tanque evapormetroLa evaporacin puede ser medida utilizando un tanque estandarizado tipo A, el cual es un tanque cilndrico abierto de hierro galvanizado de 4 pies de dimetro y 10 pulgadas de profundidad, colocado a 12 pulgadas sobre el suelo. Para estimar la evaporacin, el tanque se llena de agua hasta una altura de 8 pulgadas y se debe rellenar cuando la profundidad desciende a7 pulgadas.El nivel de la superficie de agua se mide diariamente y la evaporacin se calcula como la diferencia entre los niveles observados, ajustados para tomar en cuenta la precipitacin medida en un pluvimetro cercano. La evaporacin en un tanque evapormetro es mayor que evaporacin actual en el lago y debe ser ajustada para tomar en cuenta la radiacin y los efectos del intercambio de calor. El agua oscila en esta profundidad

El factor de ajuste se denomina coeficiente del tanque, el cual vara de 0.64 hasta 0.81, teniendo un valor promedio de 0.70.Evapotranspiracin Al llover en un terreno cualquiera se presentan los siguientes lmites:

Fecha: 19/5/2014 1.5.6 EvapotranspiracinEvapotranspiracin algunas veces llamado uso consuntivo o evaporacin total, es la combinacin de evaporacin sobre la superficie del suelo y la transpiracin a travs de los poros (estomas) de las hojas de las plantas.Los factores que afectan la evapotranspiracin son: el abastecimiento de energa, transporte de vapor y el abastecimiento de humedad en la superficie de evaporacin.La capacidad de campo del suelo es el contenido de humedad por encima del cual el agua drena por gravedad el punto de marchitez es el contenido de humedad por debajo del cual las plantas no pueden extraer agua del suelo.

1.6 Infiltracin.El proceso de infiltracin representa un mecanismo importante para el movimiento del agua hacia el suelo bajo la accin de la gravedad y fuerzas capilares. Horton demostr que cuando la rata de precipitacin i excede la rata de infiltracin , el agua se infiltra en las capas superficiales del suelo en una proporcin que disminuye con el tiempo. La rata de infiltracin depende de manera muy complicada con la intensidad de precipitacin, tipo de suelo, condicin de la superficie y cobertura de la vegetacin. Cuando existe una precipitacin excedente, es decir, la rata de precipitacin es mayor que la rata de infiltracin, la infiltracin seguir la curva limtrofe mostrada en la Figura siguiente, la cual se denomina curva de capacidad de infiltracin del suelo.

1.6.1 Rata de Infiltracin.

El agua precipitada sobre la superficie de la tierra, queda detenida, escurre por ella, o bien penetra hacia el interior. De esta ltima fraccin se dice que se ha filtrado. La infiltracin es el proceso por el cual el agua penetra el suelo, a travs de la superficie de la tierra y queda retenida por ella o alcanza un nivel acufero incrementando el volumen acumulado anteriormente. La rata de infiltracin es la relacin de la cantidad de agua que es capaz de filtrarse en el suelo en un tiempo determinado, este factor es muy importante para tomar decisiones sobre el uso de los suelos.

Hidrograma: grfico de caudal en funcin del tiempo.Flujo base: es el flujo que lleva el ro en poca de esteage (sequa).

Fecha: 20/5/2014 1.6.2 Otros Mtodos para Calcular la Infiltracin.

Frmula de Philip:

Mtodo del ndice

El ndice es el mtodo ms elemental y se calcula encontrando la diferencia entre la precipitacin total y la escorrenta superficial registrada en un hidrograma de descarga. El mtodo del ndice asume que la prdida de agua se distribuye uniformemente durante el evento de precipitacin.

1.7 Escorrenta superficial.Cuando la precipitacin cae sobre la superficie de la tierra se distribuye de diferentes maneras: rellenar depresiones de la superficie o infiltrarse. Sin embargo, a medida que la tormenta avance comenzar el flujo superficial o escorrenta. Esto es cuando la intensidad de infiltracin sobrepasa la capacidad de infiltracin.

Otro concepto importante en la generacin de escorrenta es el movimiento del agua debajo de la superficie del terreno que se denomina flujo superficial. El flujo subsuperficial producido por la precipitacin excedente se mueve hacia abajo en direccin a la pendiente de la superficie del terreno hasta alcanzar pequeos canales de drenaje. Cuando el flujo alcanza la corriente principal, las velocidades y las profundidades del flujo se pueden medir en una seccin transversal particular a travs del tiempo, lo cual nos permite encontrar el hidrograma (grfica de caudal en funcin del tiempo).

Fecha: 26/5/2014 1.7.1 Medicin de Caudales: Aforos Para determinar el caudal en un ro se utiliza una tcnica denominada aforo, el cual consiste en dividir el ancho total de la corriente en un nmero conveniente de secciones y la velocidad media r nada seccin se mide usando un molinete.La velocidad media V en una seccin se encuentra a aproximadamente 0.6D, medida desde la superficie del agua. Para D mayores de cierto rango se debe promediar las velocidades a 0.2D y 0.8D.Por lo tanto el caudal total ser:

Se realizan mediciones en cada uno de estos puntos

Las lecturas arribas de 0.50 cm de profundidad deben llevar dos medidas, una a 0.2 de la superficie y la otra a 0.8 de la superficie. Cuando se involucre una sola medicin la profundidad de observacin ser de 0.6 la profundidad.

2.1 Relacin entre Precipitacin y EscorrentaLa precipitacin al sobrepasarse la rata de infiltracin en la superficie del terreno, comienza a acumularse el exceso de agua como almacenamiento superficial en pequeas depresiones del terreno originadas por la topografa; dicho flujo escurre sobre la superficie del terreno concentrndose en arroyos o canales pequeos que fluyen a su vez hacia corrientes ms grandes. 2.1.1 Mtodo RacionalEl mtodo racional es atribuido a Mulvaney, el cual se basa en una rata de precipitacin constante y uniforme que producir la escorrenta mxima cuando todas las partes de la cuenca contribuyen con el caudal; esto aplica cuando la duracin de la lluvia es mayor o igual al tiempo de concentracin.

2.2 Anlisis de HidrogramasEl proceso de escorrenta superficial es el resultado de una combinacin de condiciones fisiogrficas y meteorolgicas de la cuenca. Segn Sherman los factores climticos que influyen en la forma del hidrograma y el volumen de escorrenta son:1. Patrn e intensidad de la lluvia2. Distribucin de la precipitacin sobre la cuenca3. Duracin de la tormentaLos factores fisiogrficos son:1. Tamao y forma del rea de drenaje2. Naturaleza del sistema de drenaje3. Pendiente del terreno y del canal principal4. El almacenamiento por retencin en la cuenca.

2.2.1 Componentes del HidrogramaSe encuentra conformado por el flujo superficial sobre el terreno, flujo subterrneo o flujo base y flujo subsuperficial. La contribucin de cada componente al hidrograma depende de la intensidad de la precipitacin i medida con respecto a la rata de infiltracin f, as como tambin el almacenamiento de humedad en el suelo en relacin con la capacidad del campo. 2.2.2 Separacin del Flujo Base y RecesinLas tcnicas para la separacin de la escorrenta directa del flujo base se basan en el anlisis de las curvas de recesin del agua subterrnea. 2.2.3 Precipitacin Neta y el HidrogramaEcuacin hidrolgica de continuidad:

Donde se asume que el almacenamiento por retencin se convertir en escorrenta superficial despus que termina la lluvia. Tambin:

2.3 Mtodo de tiempo - reaEl concepto de tiempo - rea proporciona una idea bsica para comprender el fenmeno de escorrenta, pero sus aplicaciones son limitadas debido a que el hidrograma debe ser ajustado posteriormente para incluir los efectos de almacenamiento en la cuenca; y adems, las lneas iscronas (lneas de igual tiempo de viaje hasta la salida) son muy difciles de construir.

2.4 Teora del hidrograma unitarioSherman (1932) introdujo la teora del hidrograma unitario (HU), el cual se define como el caudal de descarga de una cuenca que se produce por una pulgada de escorrenta directa generada uniformemente sobre el rea de drenaje por una precipitacin de intensidad constante durante el perodo de duracin de la lluvia (en el sistema mtrico generalmente se adopta una profundidad de un centmetro).2.4.1 Derivacin de hidrogramas unitariosLas cuencas con estaciones de medicin nos permiten registrar el hietograma de precipitacin y el hidrograma de descarga producido por la tormenta sobre la regin. El hietograma de precipitacin es una grfica de la intensidad de la lluvia en funcin del tiempo y el hidrograma es una grfica del caudal de descarga en funcin del tiempo.El hidrograma de descarga total est constituido por un miembro ascendente, segmento de la cresta, segmento descendente y curva de recesin.

Los aspectos de tiempo del hidrograma estn caracterizados por los siguientes parmetros: Tiempo de retraso (tl): es el tiempo desde el centro de masa de la precipitacin excedente o neta hasta la cspide del hidrograma de descarga. Tiempo de ascenso (tp): es el tiempo desde el inicio de la precipitacin excedente hasta la cspide del hidrograma. Tiempo de concentracin (tC): es el tiempo de equilibrio para la cuenca, es decir cuando la descarga es igual a la entrada. Tambin representa el tiempo de viaje de una onda para propagarse desde el punto ms distante de la cuenca hasta la salida. Tiempo base (tB): duracin del hidrograma de escorrenta directa.2.5 Desarrollo de Hidrogramas Unitarios SintticosLos hidrogramas unitarios sintticos son mtodos para derivar hidrogramas unitarios para cuencas sin estaciones de medicin y estn basados en formulas tericas o empricas que relacionan el caudal mximo y las caractersticas de tiempo en la cuenca.La mayora de los investigadores han sealado que existen varios parmetros importantes para determinar la forma y los tiempos del hidrograma unitario de una cuenca estos parmetros son: tiempo de retraso (tL), tiempo de ascenso (tp), tiempo de concentracin (tc), tiempo base (tb), caudal mximo (Qp) y el rea (A).

2.5.1 Mtodo de snyderSnyder en 1938 fue el primero en desarrollar un hidrograma unitario sintetico basado en estudios de cuencas localizadas en los Montes Apalaches, las cuales tenan un rea de drenaje que varia de 10 a 10000 millas cuadradas.

2.5.2 Mtodo SCS (Hidrograma Unitario Triangular)Este mtodo fue desarrollado por Soil Conservation Service en 1957, y est basado en un hidrograma adimensional triangular, el cual se confecciono utilizando una gran cantidad de hidrogramas de diferentes cuencas que variaban en tamao y localizacin.2.6 Aplicaciones de hidrogramas unitarios

Los hidrogramas calculados por los mtodos anteriores ya sea de Snyder o SCS, se pueden utilizar para diferentes clculos hidrolgicos por ejemplo: Obtener hidrogramas de descarga para precipitaciones excedentes de mltiples periodos. Disear hidrogramas para tormentas con un periodo de recurrencia seleccionado de (T= 10,25, 50 o 100 aos)

2.6.1 Convolucin de hidrogramas unitarios

El procedimiento para derivar un hidrograma de descarga a partir de un periodo mltiple de precipitacin excedente representa un caso del mtodo de tiempo-rea. Las ordenadas del hidrograma unitario se multiplican por la precipitacin neta, se desfasan y suman en secuencia para producir las ordenadas del hidrograma de descarga directa.

Fecha: 2/7/2014 Trnsito Agregado de CrecientesEl trnsito de caudales es un procedimiento para determinar el tiempo y la magnitud del caudal en un punto de un curso de agua utilizando hidrogramas conocidos o supuestos en uno o ms puntos aguas arriba. Si el flujo es una creciente, el procedimiento se conoce especficamente como trnsito de crecientes.

Trnsito de Sistemas AgregadosPara un sistema hidrolgico, la entrada, la salida y el almacenamiento se relacionan por la ecuacin de continuidad:

El trnsito a travs de embalses utilizando el mtodo de la piscina nivelada, en el cual el almacenamiento es una funcin no lineal de Q solamente:

Para el trnsito de caudales en canales, el almacenamiento se relaciona linealmente con I y Q en el mtodo de Muskingum.En los modelos de embalses lineales, la ecuacin se vuelve una funcin lineal de Q y sus derivadas temporales.

La relacin entre el caudal de salida y el almacenamiento de un sistema hidrolgico tiene una influencia importante en el trnsito de caudales. Esta relacin puede ser invariable o variable, tal como se muestra a continuacin:Trnsito de Piscina NiveladaEl trnsito de piscina nivelada es un procedimiento para calcular el hidrograma de flujo de salida desde un embalse con una superficie de agua horizontal, dado su hidrograma de entrada y sus caractersticas de almacenamiento- caudal de salida.

Trnsito Hidrolgico en RosEl mtodo de Muskingum es un mtodo de trnsito hidrolgico que se usa comnmente para manejar relaciones caudal-almacenamiento variables Este mtodo modela el almacenamiento volumtrico de creciente en un canal de un ro mediante la combinacin del almacenamiento de cua y prisma. Suponiendo que el rea de la seccin transversal del flujo creciente es directamente proporcional al caudal en la seccin, el volumen de almacenamiento por prisma es igual a KQ donde K es un coeficiente de proporcionalidad, y el volumen de almacenamiento por cua es igual a KX(1-Q), donde X es un factor de ponderacin dentro del rango 0 X 0.5. El almacenamiento total es por consiguiente la suma de los dos componentes:

La ecuacin de trnsito para el mtodo de Muskingum es:

Donde:

Donde C1 + C2 + C3 =1

Fecha: 26/5/2014 Perodo de retorno o intervalo de frecuenciaEn Hidrologa se utiliza un perodo de retorno o intervalo de frecuencia para indicar la probabilidad de un evento. El perodo se define como:Un evento anual mximo tiene un perodo de retorno de T aos si su magnitud es igualada o excedida, en promedio, cada T aos. El recproco de T es la probabilidad de que el evento ser igualado o excedido en un ao cualquiera

Clasificacin de los datosPara graficar los caudales o cualquier dato hidrolgico primero se debe ordenar los valores desde I hasta n(nmero de aos registrados) en orden decreciente de magnitud. El rango de m y el nmero de aos n se utilizarn para calcular la posicin de los datos y para efectuar una estimacin emprica de la frecuencia F y el perodo de retorno T.

Riesgos y confiabilidadLa probabilidad p de ocurrencia del evento en un ao cualquiera es la fraccin p = 1 / T y el nmero de ocurrencias en la secuencia de n aos es B(n,p). La probabilidad de que el evento ocurra al menos una vez en n aos se denomina Riesgo.

ConclusinLa hidrologa es una ciencia que busca administrar los recursos hdricos del planeta de la mejor forma posible, es una disciplina que se apoya en muchas otras para buscar un mismo fin. Este trabajo fue de gran ayuda para concluir varios aspectos relacionados al campo de la hidrologa, podemos decir que a lo largo de la historia la hidrologa ha ido evolucionando, creando nuevos mtodos ms eficientes que nos permitan obtener mejores resultados y con ellos crear aplicaciones ms tiles para nuestro beneficio. La hidrologa es una combinacin de todos los cursos relacionaos a aguas vistos anteriormente, adems de otros cursos como, mtodos numricos, estadstica y probabilidad, entre otros. Lo cual nos muestra la estrecha relacin de esta ciencia con las dems para poder obtener los resultados necesarios. Ese curso nos ha ayudado a entender mejor muchos de los procesos bsicos en la naturaleza, y que son de vital importancia para nuestro desarrollo y supervivencia; es necesario conocer todos estos conceptos, los cuales nos proporcionaran herramientas y un criterio de juicio adecuado para tomar las mejores decisiones cuando tengamos que enfrentarnos como profesionales a los retos del futuro. Podemos concluir que este curso ha sido de gran ayuda para comprender aspectos de la vida diaria, desde un evento de precipitacin hasta la construccin de un embalse, pasando por todas las etapas del ciclo hidrolgico.

Portafolio de Hidrologa