• Author / Uploaded
• Giovanni Medrano Valencia

Citation preview

HIDROLOGIA BASICA 1. Modelos Hidrológicos 2. Hidrología Práctica

Objetivos del Tema El caudal es un parámetro básico de dimensionamiento hidráulico

Tenemos herramientas para realizar un tratamiento predictivo a muy corto plazo (SAIH)

Revisar los conocimientos sobre Hidrología aplicada con objeto de establecer las bases de partida en el dimensionamiento de obras hidráulicas. No es necesario un cálculo exacto de los valores máximos ya que siempre será una aproximación

Los saneamientos y drenajes son diseños habituales y requieren de una resolución fácil y fiable

Balance Hidrológico

¿Qué afecta al Balance Hidrológico?

•Radiación solar •Temperatura •Humedad atmosférica •Viento

•Precipitación •Distribución

•Geografía •Topografía •Textura del terreno

Factores climáticos

Geomorfología

Hidrometeorología y pluviometría

Geología y formaciones geológicas •Permeabilidad •Textura •Zonas de almacenamiento

Estudios hidrológicos. Estudio de factores del ciclo hidrológico

Parámetros climáticos básicos

Radiación Temperatura Viento Humedad atmosférica

Importantes para diseño a corto plazo Tienen aplicación indirecta en procesos a largo plazo

Estudios hidrológicos • Estudio de factores del ciclo hidrológico

Geomorfología y Geología

Parámetros geométricos de la cuenca Textura de la cuenca Geología de la cuenca

Estudios hidrológicos • Estudio de factores del ciclo hidrológico

Los parámetros y variables más determinantes de nuestro estudio

Pluviometría

Hidrometeorología Hietograma

Tipos de precipitación

Estudio de factores del ciclo hidrológico • Hidrometeorología

Formación de tormentas

Convección

Barrera

Presencia de aire frío en capas altas

Presencia de obstáculos

Células convectivas

Elevación forzada

Frentes

Choque de masas de aire frías y cálidas

Estudios hidrológicos • Estudio de comportamiento histórico

SAIH •Sistema automático de Información Hidrológica (captar, transmitir, procesar y presentar información del estado hidrológico e hidráulico de la cuenca) •A intervalos de 15 minutos •Disparo de alarmas

Aforos •Agua superficial •Agua subterránea •Aforos sólidos

Estaciones meteorológicas •Temperatura •Humedad •Precipitación

¿Cómo obtenemos el caudal?

Caudal de escorrentía Toma de datos directos de caudal • Estudios estadísticos de caudales • Regresión y empirismo

Estudio de tormentas y caudales asociados • Regresión y empirismo

Mediante métodos hidrometeorológicos • Obtención de lluvia de diseño • Métodos probabilísticos • Métodos estocásticos • Obtención de hidrograma

¿Cómo analizamos los datos? Aplica leyes físicas Determinísticos

Modelos Hidrológicos Matemáticos

Obtiene resultados directos

Simulación de problemas complejos mediante procesos simplificados Conceptuales Enlaces matemáticos sencillos

Estadísticos puros Probabilísticos Estocásticos

Resultados experimentales Empíricos Análisis de regresión

Modelos hidrológicos matemáticos • Determinísticos

Modelos Determinísticos

Aplica leyes físicas

Obtiene un resultado

• Modelo de la onda cinemática • Modelo de la onda difusiva,... • Métodos hidráulicos simplificados • Ecuaciones de continuidad y de cantidad de movimiento

Modelos hidrológicos matemáticos • Conceptuales

Simulación de procesos complejos mediante procesos simples, enlazados por leyes matemáticas sencillas

Modelos Conceptuales Procesos heurísticos Embalses lineales en cascada

•Modelos analógicos •Agua subterránea red eléctrica

Modelos hidrológicos matemáticos • Probabilísticos

Gumbel

Estadístico

Modelos Probabilísticos

LogPearson

SQRT Et+

Estocástico

Simulaciones de Monte Carlo

Modelos hidrológicos matemáticos • Empíricos

Modelos Empíricos

• Fórmulas de Zapata • Novoa • Creager

Basado en resultados experimentales

Análisis de regresión

• Son de aplicación en Zonas o Regiones concretas

Hidrología estadística Probabilidad de que se produzca un suceso de una magnitud

Riesgo asociado a Período de Retorno

Tratamiento estadísticos de variables hidrológicas

Hidrología estadística • Período de retorno

T Variable natural

1

1  1  Pexced   1 t

 1 Pexced  1  pt  1  1    T

t

Probabilidad de Excedencia

Período de retorno de una variable Valores máximos anuales

1.00

0.10

Variable con Ciclos anuales

0.01 0

2

4

6

8

10

12

Período de retorno en años

14

16

18

20

Hidrología estocástica

Comportamiento global  Tendencia general

Obtención de aproximaciones válidas

Evaluación estadística de series de respuesta

Tratamiento estocástico de lluvias y caudales

Comportamiento local  Predicción variable

La confluencia de fenómenos es aleatoria

Modelos hidrológicos matemáticos • Hidrología práctica

Obtención de caudales de diseño

Empíricos  zonas de aplicación

Hidrología práctica

Hidrometeorológicos  lluvia-escorrentía

Empleo de algoritmos o sistemas de cálculo

Gráficos Regionales o de Cuenca

Métodos empíricos • Imprescindible conocer las zonas de aplicación

Recopilación de fórmulas empíricas de la ROP Caudal específico/área J. Fernández Moreno

Agosto 1967

Métodos hidrometeorológicos • Homogeneidad de las cuencas

Pluviometría similar Cuencas Homogéneas

Distribución uniforme de la lluvia Textura de la cuenca similar

Métodos Hidrometeorológicos

Red dendrítica Cuencas Heterogéneas

Arroyos de igual relevancia Traslación del hidrograma

Métodos hidrometeorológicos • Cuencas homogéneas

Delimitación de la cuenca

Obtención del hidrograma de salida

Datos Obtención de la escorrentía asociada

Obtención de la lluvia de diseño

Método Racional

Método de la Instrucción 5.2-IC

Sistemas de obtención del hidrograma

Hidrograma Unitario Sintético

Hidrograma Unitario Triangular

Métodos hidrometeorológicos • Tiempo de concentración

Conceptualmente físico

Empíricamente formulado

• Tiempo para que llegue a destino la gota más alejada • Depende de la velocidad del flujo • Depende de la textura del terreno

• Cada método emplea su fórmula • California • Kirpich • Témez • SCS

Todos los métodos hidrometeorológicos emplean este concepto en su formulación para el cálculo de Caudales Máximos

Métodos hidrometeorológicos • Tiempo de concentración • Formulaciones empíricas

Solo Longitud y pendiente: 𝑇𝑐 = 𝑘 𝐿𝑎 𝑆 𝑏

Incluye la textura

Incluye la intensidad

California (h, km) • 0.28 (k) • 0.76 (a) • -0.19 (b)

Hathaway (con factor de rugosidad ) Izzard

Kirpich (h, km) • 0.06628 (k) • 0.77 (a) • -0.385 (b)

Témez (h, km) • 0.30 (k) • 0.76 (a) • -0.19 (b)

SCS (incluye al CN)

Chow (h, km) • 0.273 (k) • 0.64 (a) • -0.32 (b)

SCS Ranser (h, km) • 0.947 (k) • 0.77 (a) • -0.385 (b)

Onda cinemática SCS fórmula de velocidad (indirecto)

Método hidrograma unitario Lluvia constante durante el tiempo D

Método del Hidrograma Unitario Similitud de Hidrogramas básicos adimensionales

Distribución uniforme en toda la cuenca

Método hidrograma unitario • Principios básicos • Parámetros

Principios básicos Linealidad Lluvia neta unitaria

• Tb igual según duración • Proporcionalidad • Superposición

SCS - triangular • Tlag = 0,6 Tc • Tp = 0,5D + 0,6 Tc • Tb = 2,67 Tp • Qp = P·A / (1,8 Tb)

Método hidrograma unitario • Sintéticos

Snyder • 𝑇𝑙𝑎𝑔 = 𝑪𝒕 (𝐿 · 𝐿𝑐)0.3 • 𝑄𝑝 = 𝑪𝒑 · 𝑃𝑛𝑒𝑡𝑎 · 𝐴 / 𝑇𝑙𝑎𝑔 (x 0,278 en Km2, h) • 𝐷 = (2/11) 𝑇𝑙𝑎𝑔 por formulación • Forma del hidrograma W50 y W75 • Lc distancia al centro de gravedad de la cuenca

SCS - adimensional • 𝑇𝑙𝑎𝑔 = 0,6 𝑇𝑐 • 𝑇𝑐 =

𝐿0.8 (2540−22.86𝐶𝑁)0.7 14104 𝐶𝑁0.7 𝑆 0.5

• 𝑇𝑝 = 5𝐷 por formulación • 𝑇𝑝 = • 𝑄𝑝 =

10 𝑇𝑙𝑎𝑔 9 3 ( ) · 𝐴 / 𝑇𝑝 4

(x 0,278 en Km2, h)

• Forma del hidrograma F(t/tp, q/qp)

Método Racional

Lluvia constante durante Tiempo de concentración

Método 5.2IC

añade

Obtención de la Intensidad

Método Racional

• Método de la Instrucción de carreteras española • Umbral de escorrentía • Coeficiente fijo de uniformidad

Distribución uniforme de la lluvia

Método IAHR

Coeficientes de escorrentía

añade

• Método que parte del modelo de la Instrucción ampliando el rango de validez de las cuencas • Coeficientes de distribución Temporal • Coeficientes de distribución Areal

Método IAHR • Esquema de cálculo

Métodos Gráficos Regionales Empíricos

Aplicación directa

Métodos Regionales

Amplia base estadística

Sobre zonas homogenizadas

Para cada período de retorno solo es necesario conocer el Área de la cuenca

Métodos Gráficos Regionales • Aplicación

Para cada período de retorno solo es necesario conocer el Área de la cuenca

Métodos Gráficos Regionales • Aplicación

Para cada período de retorno solo es necesario conocer el Área de la cuenca

Métodos Hidrometeorológicos complejos • Cuencas no homogéneas: HMS

Subcuencas

Tránsito en cauces

Caudal final

Modelo HMS

Laminación

Embalses

Métodos Hidrometeorológicos complejos • Cuencas no homogéneas: HMS

•Máximo diario •Hietograma

•Cota-Superficie •Leyes de desagüe

•Número de curva •Modelos de Infiltración

Precipitación

Escorrentía

Laminación

Traslación por el cauce •Muskingum •MuskingunCunge •Otros modelos