Relación precipitación- escorrentía .

Cuando la lluvia cae, las primeras gotas de agua son interceptadas por las hojas y tallos de la vegetación. Esto se refiere generalmente como el almacenamiento de interceptación. A medida que la lluvia continua, el agua llega a la superficie del suelo se infiltra en el suelo hasta que llega a una etapa donde el índice de precipitaciones (intensidad) es superior a la capacidad de infiltración del suelo. A partir de entonces, la superficie de charcos, zanjas, y otras depresiones se llenan (almacenamiento en las depresiones), tras lo cual se genera la escorrentía. La capacidad de infiltración del suelo depende de su textura y estructura, así como en el suelo antecedente de humedad (lluvias anteriores o estación seca). La capacidad inicial (de un suelo seco) es alta, pero, mientras la tormenta continua, disminuye hasta que alcanza un valor constante denominado como la tasa de infiltración final. El proceso de generación de escorrentía continua mientras la intensidad de las precipitaciones supera la capacidad de infiltración real del suelo, sino que se detiene tan pronto como la tasa de las gotas de lluvia por debajo de la tasa real de infiltración.

Los principales factores que influyen en el proceso de precipitación- Escorrentía son:

Precipitación en exces: contribuye directamente a la escorrentía superficial Pexceso= Ptotal –abstracción inicial – evaporación – infiltración

Precipitación efectiva: es la porción de la precipitación que se transforma en escurrimiento. Esta comienza luego después que la tasa de infiltración sea menor que la intensidad de lluvia y termina cuando la intensidad de la lluvia se vuelva a ser menor que la tasa de infiltración. Contribuye a la escorrentía directa.

Hidrograma- partes .

Se denomina Hidrograma a la representación gráfica de la variación del caudal en relación con el tiempo en determinado punto de una Cuenca Hidrográfica. En Esencia, el Hidrograma contiene el comportamiento ante determinado patrón de precipitación sobre ella, reflejando la relación entre las condiciones fisiográficas de esta Cuenca y la relación lluvia-escorrentía en ella.

Los Componentes del Hidrograma, nos llevará entonces a definir, con la ayuda de la figura anterior, el ciclo del escurrimiento mediante una serie de fases:

La fase previa al Hidrograma, se inicia con un período seco que se prolonga hasta el inicio de la lluvia (Inicio del Hidrograma de la figura). En esta fase sólo existe la contribución que realiza el flujo subterráneo al caudal en el cauce en el que se estudia el Hidrograma. Aquí el nivel freático se encuentra bajo y con tendencia descendente (de no generarse la lluvia se mantendría esta tendencia).

En los cauces permanentes la escorrentía superficial se mantiene debido al aporte de los acuíferos únicamente. En el caso de cauces intermitentes, cuando el caudal base (agua subterránea) se agota, éstos se secan totalmente.

La primera fase comienza con el inicio de la lluvia (Ver el Histograma de Precipitación en la parte Superior del Gráfico), parte del agua precipitada es interceptada por la vegetación, otra es retenida en depresiones y otra parte, dada las condiciones de baja humedad del suelo, se infiltrará para suplir esta deficiencia de humedad. En esta fase no hay escurrimiento superficial directo, salvo el que cae sobre el cauce directamente.

Si la intensidad de la lluvia es menor que la capacidad de infiltración del suelo, parte del agua retenida retornará a la atmósfera posteriormente; ahora, si la intensidad de la lluvia es mayor que la deficiencia de humedad del suelo habrá un aumento gradual del contenido de humedad en su zona de aireación. En el Hidrograma de la figura esta fase queda definida por el tramo comprendido entre

el inicio de la precipitación y el punto “A”, notemos que, la tendencia descendente se mantiene hasta que las pérdidas por infiltración e Intercepción (entre otras) son excedidas por la Intensidad de la Precipitación. En este momento la curva tiende a ser horizontal, para iniciar el cambio de pendiente, precisamente en el Punto A.

La segunda fase es la que sigue a una lluvia intensa. Después de saturarse las depresiones superficiales, se da inicio a la escorrentía superficial directa. El agua que se infiltra satura la zona de aireación del suelo, dando inicio al escurrimiento sub-superficial y a la percolación. En esta fase, representada en el Hidrograma por el tramo A-B (Conocida como curva de Concentración), solamente tres componentes están contribuyendo a la alimentación del caudal: la escorrentía superficial directa, la precipitación sobre la corriente y el agua subterránea.

Cuando la lluvia continúa, se alcanza una tercera fase en la que se llega al nivel de máxima recarga y toda el agua precipitada contribuye con el aumento del caudal. Aquí el caudal en el Hidrograma aumenta hasta alcanzar el punto máximo o Caudal Pico (Punto C), en el cual se puede decir que toda la cuenca está contribuyendo al caudal reflejado por el Hidrograma.

Se considera que desde el punto B hasta el punto D, además de las tres componentes del Hidrograma que estaban contribuyendo en la fase anterior, está contribuyendo el flujo su superficial. En este intervalo la componente que menos interviene es la precipitación directa sobre la corriente, la cual debió haber cesado antes del punto D.

La cuarta fase constituye la de recuperación de las condiciones referidas en la fase previa al inicio de la precipitación.

Desde el punto D del Hidrograma hasta el E (Curva de Descenso) el caudal registrado se compone únicamente por flujo sub-superficial y agua subterránea. Finalmente a partir de este punto E, la escorrentía superficial cesa y comienza la denominada Curva de agotamiento, en la cual los aportes al caudal del cauce provienen únicamente de las reservas de agua subterránea. Al final esta curva de agotamiento se mantendrá hasta el inicio de una nueva lluvia, si es el caso, para repetirse nuevamente el ciclo.

Por último, hay que destacar que un Hidrograma puede presentar picos múltiples debido a posibles aumentos en la intensidad de la lluvia, a una sucesión continua de lluvias o a una no sincronización de las componentes del flujo, por ejemplo, con relación a la siguiente figura, podremos ver cómo sería el Hidrograma total generado para dos lluvias consecutivas, en los que el caudal Pico aumenta, dadas las condiciones de saturación del suelo, cuando ocurre la segunda lluvia.

Hidrograma unitario .

Se llama hidrograma unitario, al escurrimiento directo que resulta de una lluvia efectiva unitaria distribuida homogéneamente sobre la cuenca y constante sobre una unidad de tiempo.

El hidrograma unitario es una herramienta para estimar la forma del hidrograma resultante de una precipitación.

El hidrograma elemental es el razonamiento que utiliza Sherman para alcanzar el hidrograma unitario, y establece condiciones de un área pequeña e impermeable, donde cae una lluvia de intensidad constante.

Para igualar la descarga y el aporte de la lluvia, se necesita un tiempo infinito. En la realidad esto no ocurre, encontrando las ramas ascendente y descendente sus límites rápidamente.

El concepto del hidrograma unitario se basa en considerar que el hidrograma de salida de una cuenca pequeña es la suma de los hidrogramas elementales de todas las sub-áreas de la cuenca, modificados por el viaje por la cuenca y el almacenamiento en los cauces. Como las características físicas de la cuenca –tamaño, forma, pendiente- son constantes, se consideran similares las formas de los hidrogramas resultantes de tormentas con características similares.

El hidrograma unitario es un hidrograma típico de la cuenca y es unitario porque el volumen de escorrentía del hidrograma es 1 cm, 1 mm, 1 pulgada.

Matemáticamente se lo define a través de la función kernel U (t – τ): q (t) = ∫ i (t) * U (t – τ) * dt

q (t) = Hidrograma de salida, i (t) = Hietograma de entrada, U (t – τ) = Función kernel o operadores diferenciales o función de transferencia del sistema.

Si bien las características físicas de una cuenca son constantes, las características de las tormentas no, por lo que no basta un hidrograma unitario típico para la cuenca, ya que será variable según la variabilidad de las tormentas.

Métodos para determinar el Hidrograma Unitario

• Tradicional: A partir de datos de precipitación y aforos

• Sintéticos:

– Soil Conservation Service (SCS) ó Método del número de curva

– Snyder

– Time-Area (Clark, 1945)

Método Tradicional

1) Separar flujo base de flujo directo

2) Cálculo del volumen de escurrimiento directo. Medir el volumen total bajo el hidrograma

3) Cálculo de la altura de precipitación efectiva: dividir Vol. Esc. Directo entre área de la cuenca y obtenerlo en mm o cm o pulgadas

4) Derivar las ordenadas del hidrograma unitario dividiendo las ordenadas del hidrograma total entre la altura precipitación efectiva del punto 3

5) Determinar duración efectiva separando lluvia efectiva e infiltración y viendo la duración de la lluvia efectiva (en este momento hacerlo con el índice de infiltración media, ₵

Método sintético

Para usar el método del hidrograma unitario, siempre es necesario contar con al menos un hidrograma medido a la salida de la cuenca, además de los registros de precipitación. Sin embargo, la mayor parte de las cuencas, no cuentan con una estación hidrométrica o bien con los registros pluviográficos necesarios.

Por ello, es conveniente contar con métodos con los que se puedan obtener hidrogramas unitarios usando únicamente datos de características generales de la cuenca. Los hidrogramas unitarios así obtenidos se denominan sintéticos.

Debido a su importancia, se ha desarrollado una gran cantidad de hidrogramas unitarios sintéticos; a continuación se explicarán uno de ellos.

Hidrograma unitario triangular

Mockus desarrolló un hidrograma unitario sintético de forma triangular, que lo usa el SCS (Soil Conservation Service), la cual a pesar de su simplicidad proporciona los parámetros fundamentales del hidrograma: caudal punta (Qp), tiempo base (tb) y el tiempo en que se produce la punta (tp).

La expresión del caudal punta Qp, se obtiene igualando:

el volumen de agua escurrido: Ve= hpe x A

Dónde:

Ve = volumen de agua escurridohpe = altura de precipitación en exceso, o precipitación efectivaA = área de la cuenca

con el área que se encuentra bajo el hidrograma

DondeVe = volumen de agua escurridotb = tiempo baseQp = caudal punta

República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria, Ciencia y Tecnología

Universidad Territorial Deltaica “Francisco Tamayo”

Tucupita Estado Delta Amacuro

Profesor: Participantes:

Ing. Charvy Núñez Meza Leonel C.I: 19.139.534

Meza Marielvis C.I: 24.119.074

Sección: AZ 04

Abril, 2015

Índice

Pág.

INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………….

Relación Precipitación- Escorrentía……………………………………………….

Hidrograma- partes………………………………………………………………….

Análisis del hidrograma……………………………………………………………..

Hidrograma Unitario………………………………………………………………….

Hidrogramas Complejos………………………………………………………………

Aplicación de lluvias efectivas a hidrogramas unitarios…………………………..

CONCLUSIÓN…………………………………………………………………………..

BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………………….

Introducción