HIDROLOGIA GENERAL
HH – 113 I
SISTEMA DE CALIFICACIÓN: G
Evaluación Peso
Examen Parcial 1
Promedio de prácticas 1
Examen Final 1
Examen Sustitutorio 1
SOBRE LAS PRÁCTICAS:
1. PRÁCTICA N° 1: PRUEBA DE ENTRADA:
o Concepto de caudal y velocidad media. Distribución de
velocidades en un canal.
o Ecuación de Bernoulli y ecuación de Manning.
o Regresión lineal y no lineal, simple y múltiple.
o Media y desviación estándar de un conjunto de valores.
o Distribución "t" de Student, F de Fisher y Chi Cuadrado.
o Teoría de probabilidades.
o Distribución Normal de probabilidades.
2. PRÁCTICA N° 2: GRUPAL, PESO 2, SE SUSTENTA Y
NO SE ELIMINA.
3. PRÁCTICAS N° 3, 4, 5; PESO 1, SE ELIMINA LA NOTA
MAS BAJA.
CONTENIDO GENERAL DEL CURSO
INTRODUCCIÓN
PARÁMETROS FÍSICOS DE UNA CUENCA
ANÁLISIS DE INFORMACIÓN HIDROMETEOROLOGICA
CLIMATOLOGÍA
CUENCAS REGULADAS Y NO REGULADAS
ANÁLISIS DE AVENIDAS
TRÁNSITO DE AVENIDAS
INTRODUCCIÓN AL TRANSPORTE DE SEDIMENTOS.
BIBLIOGRAFÍA
* APARICIO JAVIER: FUNDAMENTOS DE HIDROLOGIA DE
SUPERFICIE.
* VEN TE CHOW: HIDROLOGIA APLICADA
* LINSLEY RAY: HIDROLOGIA PARA INGENIEROS
* MONSALVE GERMAN: HIDROLOGIA EN INGENIERIA
* CHEREQUE WENDOR: HIDROLOGIA PARA
ESTUDIANTES DE INGENIERIA
* ALIAGA VITO: HIDROLOGIA ESTADISTICA
* ALIAGA VITO: TRATAMIENTO DE DATOS
HIDROMETEOROLOGICOS.
* VILLON MAXIMO: HIDROLOGIA ESTADISTICA
HIDROLOGÍA: Proviene de la composición de las palabras
griegas:
HYDRO: AGUA
LOGOS: ESTUDIO O TRATADO.
Se define como la ciencia dedicada al estudio del agua sobre la
tierra, su ocurrencia, circulación y distribución, sus propiedades
químicas y físicas y su reacción con el medio ambiente,
incluyendo su relación con los seres vivos.
Es una ciencia interdisciplinaria que vincula otras ramas como
la mecánica de fluidos, estadística, física, química, geología,
biología entre otros.
El estudio de la hidrología se divide a su vez en:
- Hidrología determinística.
- Hidrología estocástica.
- Hidrología aplicada.
- Hidrología estadística.
- Hidrología experimental.
- Hidrología científica.
- Hidrología dinámica.
- Hidrología física.
- Hidrología arqueológica.
- Hidrología nuclear.
- Hidrología histórica.
- Hidrología socio económica.
- Hidrología ambiental.
- Hidrología de calidad del agua, entre otros.
DISTRIBUCIÓN DEL AGUA SOBRE LA TIERRA
BALANCE HIDROLÓGICO
El Balance Hidrológico relaciona las variables que intervienen en el
ciclo hidrológico: precipitación, evapotranspiración, escurrimiento
superficial, almacenamiento superficial y subterráneo y flujo de agua
subterránea. Se aplica cuando se realiza la distribución de los
recursos hidráulicos a nivel global o en cuencas particulares. Es
imprescindible en los estudios de regulación de embalses.
El cálculo del balance hídrico en una cuenca o en una región
determinada permite obtener información sobre: el volumen anual de
escurrimiento o excedentes; el período en el que se produce el
excedente y por tanto la infiltración o recarga del acuífero; y el
período en el que se produce un déficit de agua o sequía.
El establecimiento de un balance supone la medición de flujos de
agua (caudales) y almacenamientos de la misma (niveles). Se pueden
establecer balances de forma general, incluyendo aguas superficiales
Lagos
87%
Pantanos 11%
Rios 2%
y subterráneas o parciales de sólo aguas superficiales. En cualquier
caso, para establecer el balance se analizan las entradas y las salidas
del sistema analizado, es decir, se aplica la Ecuación de Continuidad
sobre un volumen definido:
VENTRADA - VSALIDA = Variación del almacenamiento
El balance hidrológico para la cuenca mostrada:
se puede expresar de la siguiente manera:
ΔS = P – Q – G – ET
Donde:
P: Volumen de precipitación en el periodo seleccionado.
Q: Volumen debido al caudal superficial que sale.
G: Volumen neto de aguas subterráneas desde la cuenca hacia el
exterior.
ET: Volumen que se pierde debido a la evapotranspiración.
ΔS: Cambio en el almacenamiento superficial y subterráneo. Incluye
almacenamiento en cauces, embalses, suelo y acuíferos.
ROCA MADRE
CAUCE PRINCIPAL
DIVISORIA DE AGUAS
DIVISORIA DE AGUAS SUBTERRÁNEA
SUB CUENCA
CUENCA HIDROGRÁFICA
Es el lugar geográfico delimitado por cumbres montañosas altas.
Límite de la cuenca
o Divisoria de aguas
CUENCA HIDROLÓGICA
La cuenca hidrológica es más completa que la cuenca hidrográfica,
son unidades morfológicas integrales que además de incluir a la
cuenca hidrográfica, abarcan también la estructura hidrogeológica
subterránea de los acuíferos. Es decir, el concepto de cuenca
hidrográfica hace referencia a la zona de escurrimiento superficial de
las precipitaciones, mientras que el de cuenca hidrológica incluye
también a las aguas subterráneas.
Dependiendo de su geología, estas cuencas (Hidrológica e
hidrográfica) pueden ser diferentes, ya que en muchos sitios es
normal que el agua subterránea se mueva en direcciones diferentes
que la superficial y aflore en sitios diferentes a la de la cuenca donde
cayeron las precipitaciones que la alimentan.
TIPOS DE CUENCA
EXORREICA: Es aquella cuenca en la cual sus aguas
descargan hacia el mar o hacia un cauce de agua mayor
ENDORREICA: Es aquella cuenca en la cual las aguas
provenientes de sus partes altas desemboca en un lago o laguna.
ARREICA: Es una cuenca cuyas aguas no desembocan ni en
lagos, ni en mares porque se evaporan a la atmósfera o se
infiltran en el suelo. Generalmente corresponden a pequeños
cursos de agua de carácter temporal.
CUENCAS HIDROGRAFICAS DEL PERU
El Perú cuenta con un territorio que abarca sólo el 0,87% de la
superficie continental del planeta pero le corresponde casi el 5% de
las aguas dulces del planeta. Esto, que sin duda constituye una
ventaja en términos de recurso, se enfrenta a la realidad que nos dice
que las aguas superficiales se distribuyen de desigual forma en
nuestro territorio. El relieve del Perú es como gran cuenco que
permite que cualquier gota de agua que drene su territorio lo haga
únicamente en tres posibles direcciones: hacia el Océano Pacífico,
hacia el Océano Atlántico o hacia el lago Titicaca. Es por esta razón
que hablamos de tres grandes conjuntos hidrográficos: la vertiente
del Pacífico, la cuenca del Amazonas y la hoya del Titicaca. Cada
una de ellas con características distintas. Son las cumbres de la
cadena occidental de los Andes las que definen si las aguas de los
ríos van a parar ya sea al Océano Pacífico o al Océano Atlántico por
esta razón a esta línea de cumbres se le denomina la divisoria
continental. En el Sur del país los Andes se abren a manera de dos
grandes brazos que obligan a los cursos a entregar sus aguas en el
lago del Titicaca, de allí el nombre de hoya del Titicaca.
Algunos ríos más importantes son:
* C. hidrográfica del Océano Pacífico. Ríos: Tumbes,
Chira, Olmos, Santa, Rímac, Ica, Camana, Locumba,
entre otros.
* C. hidrográfica del Océano Atlántico. Ríos: Mantaro,
Ucayali, Marañon, Huallaga, Urubamba, Amazonas, entre
otros.
* C. hidrográfica del Lago Titicaca. Ríos: Suches, Ramis,
Ilave, Coata, Desaguadero, entre otros.
PARÁMETROS FÍSICOS DE UNA CUENCA
1. Área de la cuenca (A):
Es la proyección sobre un plano horizontal de la superficie de la
cuenca. Se expresa generalmente en km2.
2. Perímetro de la cuenca (P):
Es la longitud total del contorno de la cuenca (Línea divisoría)
proyectada sobre un plano horizontal. Se expresa generalmente en
km.
3. Índice de Compacidad o Índice de Gravelius (KC): Nos indica
la relación que existe entre el perímetro de la cuenca con el
perímetro de un círculo cuya área es igual al área de la cuenca.
Pc = π D
A = π D2/4 ……. , Reemplazando en el perímetro del
circulo:
Reemplazando:
A; P A; Pc
D
Las cuencas con KC 1 tienden a provocar crecidas más violentas,
ya que el tiempo de recorrido del agua a través de la cuenca es
mucho menor que en el caso de las cuencas alargadas.
4. Factor de Forma: Ff
Nos indica la relación que existe entre el ancho medio de la cuenca
(B) y la longitud de la misma (L), medido desde su salida o
desembocadura hasta el límite de la cuenca, siguiendo la dirección
del cauce más largo.
Por definición del ancho medio, se debe cumplir: A = B* L
Finalmente:
5. Pendiente media de la cuenca: Sc
5.1 Criterio del Rectángulo Equivalente
El rectángulo equivalente es aquel cuya área y perímetro es igual al
de la cuenca que se está analizando.
l
L
A; P
A; P
A = L x l P = 2 ( L + l)
También, del Índice de Compacidad: reemplazando:
Resolviendo para “L”:
Luego, por definición de pendiente:
Sc = H/L
Donde:
H: Desnivel máximo en la cuenca
L: Longitud del lado mayor del rectángulo equivalente.
5.2 Criterio de Alvord
La pendiente de la cuenca se determina a partir del cálculo previo de
las pendientes existentes entre curvas de nivel.
Sea:
ai: Área tributaria correspondiente a la curva de nivel “i”
li: Longitud de la curva de nivel “i”
D: Separación constante entre curvas de nivel
Podemos hallar el ancho medio: bi, aplicando
Entonces, podemos hallar la pendiente (Si) correspondiente a la
curva de nivel “i”:
Del mismo modo, se puede realizar este cálculo para todas las demás
curvas de nivel de la cuenca. Finalmente, la pendiente media de la
cuenca (Sc), viene dado por:
Reemplazando:
Algunas características de esta cuenca de acuerdo a la pendiente de
la cuenca se muestran en el siguiente cuadro:
SC (%) Superficie promedio de
la cuenca
0 - 2 Llano
2 - 5 Suave
5 - 10 Accidentado medio
10 - 15 Accidentado
15 - 25 Fuertemente accidentado
25 - 50 Escarpado
> 50 Muy escarpado
6. Densidad de Drenaje: Dd
Indica la capacidad que tiene una cuenca para evacuar las aguas que
discurren por su superficie:
Donde:
∑li: Longitud total de los cursos de agua (Perennes o intermitentes),
en Km.
A: Área de la cuenca, en Km2
Algunos valores de referencia se muestran en el cuadro siguiente:
Dd (km/km2) Densidad de drenaje
< 1 Baja
1 a 2 Moderada
2 a 3 Alta
> 3 Muy alta
Intermitente
Perenne
Factores que condicionan la densidad de drenaje:
Menor densidad de drenaje:
o Materiales del terreno resistentes a la erosión
o Suelos muy permeables
o Pendientes suaves
o Abundante cobertura vegetal
Mayor densidad de drenaje:
o Materiales erosionables
o Suelos impermeables
o Pendientes fuertes
o Escasa cobertura vegetal
Una cuenca bien drenada generaría poca oportunidad de darle
tiempo a la escorrentía superficial de percolar a nivel
subterráneo, de allí que los acuíferos de estas cuencas son de
bajos rendimientos o en su defecto el volumen de recarga es
muy pobre.
Por el contrario, una densidad de drenaje baja representa una
cuenca con una respuesta hidrológica muy lenta.
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