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• Esteban Reyes Reategui

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HIDROLOGÍA GENERAL

1. La hidrología es la ciencia natural que estudia del agua 2. Su ocurrencia, circulación y distribución en la superficie terrestre.

3. Sus propiedades químicas y físicas. 4. Su relación con el Medio Ambiente, incluyendo los seres vivos. 5. Estudia los conceptos físicos del ciclo hidrológico 6. La disponibilidad y utilización de agua superficial y de agua subterránea 7. Los métodos de recolección de información hidrológica

8.

Los

procedimientos

estadísticos.

clásicos de procesamiento

de datos

HIDROLOGÍA GENERAL

Proporciona al ingeniero civil ó hidrólogo, los métodos para resolver los problemas prácticos que se presentan en :

a) El diseño b) La planeación c) Operación de estructuras hidráulicas.

IMPORTANCIA DE LA HIDROLOGÍA

Determina si el volumen aportado por una cierta corriente es suficiente para : - El Abastecimiento de Agua Potable a una población o a una industria. - Satisfacer la demanda de un Proyecto de Riego, Drenaje á Generación hidroeléctrica .

IMPORTANCIA DE LA HIDROLOGÍA

Define la capacidad de

diseño de obras como: - Presas y Vertederos - Drenaje Agrícola - Drenaje Vial - Alcantarillas - Puentes. - Canales.

DEFINICIÓN DE CONCEPTOS – HIDROLOGÍA GENERAL

HIDROLOGÍA GENERAL

¿QUE ES UNA CUENCA? El área de terreno donde todas las aguas caídas por precipitación se unen para formar un solo curso de agua . Cada curso de agua tiene una cuenca bien definida.

HIDROLOGÍA GENERAL ¿CUÁLES SON LAS PARTES DE UNA CUENCA? Dentro de una cuenca hidrográfica se distingue 3 partes a) Alta

: Topografía empinada y cubiertas de bosque,

nacientes de ríos y quebradas b) Media : Nacientes de ríos y quebradas. c) Baja

: Importante para la agricultura.

HIDROLOGÍA GENERAL ¿CÓMO SE CLASIFICAN LAS CUENCAS? PEQUEÑA: La cantidad y distribución del escurrimiento son influenciadas por el clima, geomorfología, condiciones físicas del suelo y la cobertura, etc, GRANDE:

El hombre determina el efecto de almacenamiento en la cuenca así como el escurrimiento.

HIDROLOGÍA GENERAL ¿CÓMO SE CLASIFICAN LAS CUENCAS? Como referencia se puede utilizar esta clasificación:

HIDROLOGÍA GENERAL ¿CÓMO SE CLASIFICAN LAS CUENCAS?

Otras clasificaciones de cuencas: UNIDAD HIDROLÓGICA

AREA (Ha)

CUENCA

50 000 - 800 000

SUBCUENCA

5 000 - 50 000

MICROCUENCA

< 5 000

HIDROLOGÍA GENERAL ¿CUÁLES SON LAS CURVAS CARACTERÍSTICAS Y PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS?

1. Área (A).

9. Rectángulo Equivalente.

2. Perímetro (P).

10. Perfil longitudinal del curso de agua.

3. Longitud principal del río (L).

11. Drenaje de una cuenca.

4. Pendiente promedio (S).

5. Curva hipsométrica. 6. Gráfica ó Histograma de frecuencia de altitudes.

7. Factor de forma (Ff). 8. Indice de Compacidad (K ó Ic).

CURVAS CARACTERÍSTICAS Y PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS

LONGITUD DEL RÍO PRINCIPAL

PERÍMETRO

ÁREA

COTA MÁS ALTA

COTA MÁS BAJA

AFLUENTES y/o APORTES SECUNDARIOS

CURVAS DE NIVEL

CURVAS CARACTERÍSTICAS Y PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS FACTOR DE FORMA (Ff)

INDICE DE COMPACIDAD (K)

=K

CURVAS CARACTERÍSTICAS Y PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS

Ejemplo: Caso : Cuenca del río La Leche Área de la cuenca : 1658.58 Km2 Perímetro de la cuenca : 264.08 km. K = 1.816 = 1.82 La cuenca del La Leche es medianamente alargada. Características Perímetro: Km 2

Área: Km

Indice de compacidad (K)

Cuenca Jequetepeque Chancay

Zaña

470.7

469.9

261.8

4,194.09

5,849.75

2,090.50

2.035

1.720

1.603

El factor “K” trata de expresar la influencia del perímetro y el área de la cuenca en la escorrentía, particularmente en las características del hidrograma. Si K = 1 la cuenca será de forma circular y por lo general para cuencas alargadas se espera K > 1. Las cuencas de forma alargada reducen las posibilidades de que sean cubiertas en su totalidad por una tormenta, lo que afecta el tipo de respuesta que se presenta en el río.

CURVAS CARACTERÍSTICAS Y PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS PARA LA CUENCA DEL RÍO CHANCAY UNIDAD

NOMENGLATURA

CUENCA DEL RIO CHANCAY

Superficie total de la cuenca

Km²

Area total

5404.17

Perímetro de la cuenca

Km

P

PARAMETROS DE TODA LA CUENCA

SISTEMA DE DRENAJE

RELACIONES DE FORMA

Coeficiente de Compacidad FACTOR DE CUENCA TOTAL

Longitud (// al curso más largo) FACTOR DE Ancho Medio FORMA Factor de Forma

Adimensional

K = 0.28 P / (At)

670.93 1/2

2.57

Km

LB

250.00

Km

AM = Area cuenca/ LB

21.62

Adimensional

Ff = AM / LB

0.09

Lado Mayor

Km

321.15

Lado Menor

Km

16.83

RECTANGULO EQUIVALENTE

Adimensional

Orden 1

23.00

NÚMEROS DE RIOS PARA LOS DIFERENTES GRADOS DE RAMIFICACIÓN Adimensional DE TODA LA CUENCA Adimensional

Orden 2

12.00

Orden 3

9.00

Adimensional

Orden 4

1.00

Km

Lt

120.00

Km./Km²

Dd = Lt / At

0.022

Longitud total de los ríos de diferentes grados para toda la cuenca Densidad de drenaje para toda la cuenca

Pendiente media de los cauces de los ríos Taylor - Schwarz para toda la cuenca

%

0.025

CURVAS CARACTERÍSTICAS Y PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS

RELACIÓN DE ELONGACIÓN (Re)

CURVAS CARACTERÍSTICAS Y PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS RECTÁNGULO EQUIVALENTE

LADO MAYOR (L)

LADO MENOR (l)

CURVAS CARACTERÍSTICAS Y PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS RECTÁNGULO EQUIVALENTE

DEDUCCIÓN DE LOS LADOS DEL RECTÁNGULO

CURVAS CARACTERÍSTICAS Y PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS ELEVACIÓN MEDIA (Em)

Es la altitud correspondiente al punto de abscisa media (50%)de la curva de frecuencia de altitudes.

axe Em   A Em = Elevación media a

= área entre dos contornos (Km2)

e

= elevación media entre dos contornos (m.s.n.m.)

A

= Área total de la cuenca (Km2)

CURVAS CARACTERÍSTICAS Y PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS PENDIENTE DE LA CUENCA

1. Parámetro muy importante en el estudio de la cuenca. 2. Controla el tiempo de escurrimiento y concentración de la lluvia. 3. Importancia directa con la magnitud de las crecidas. 4. Relación importante y compleja con: 5. La infiltración, la escorrentía, la humedad del suelo y la contribución del agua subterránea a la escorrentía. 6. Se pueden emplear la pendiente media o según Taylor – Schwarz.

    n TRAMOS  S 1 1 1     .....   S1 S n  S2 

2

  L1  L 2  L3  ...  Ln S  L1  L 2  L3 ....  Ln  S1 Sn S2 S3 

     

2

MÉTODO SECCIÓN - PENDIENTE

MÉTODO SECCIÓN – PENDIENTE TABLA 6.2 – VALORES DE “n”

MÉTODO SECCIÓN – PENDIENTE TABLA 6.12 – VALORES DE “n”

MÉTODO SECCIÓN – PENDIENTE VALORES DE “n”

MÉTODO SECCIÓN – PENDIENTE “CASO DE RUGOSIDAD COMPUESTA”

MÉTODO SECCIÓN – PENDIENTE “PRINCIPALES PARÁMETROS HIDRÁULICOS EN CANALES”

MÉTODO DE MEDICIÓN EN CAMPO – “VELOCIDAD – ÁREA”

MÉTODO DE MEDICIÓN EN CAMPO – “VELOCIDAD – ÁREA”

MÉTODO DE MEDICIÓN CON VERTEDEROS

MÉTODO DE MEDICIÓN CON VERTEDEROS

MÉTODO DE MEDICIÓN CON VERTEDEROS

MÉTODO DE MEDICIÓN CON VERTEDEROS “CONSIDERACIONES PARA LA MEDICIONES”

MÉTODO DE MEDICIÓN CON VERTEDEROS

HIDROLOGÍA ESTADÍSTICA

¿DEBIDO A QUÉ? 1. Procesos naturales son sumamente complejos 2. No siempre se puede aplicar una ley física fundamental para calcular un resultado 3. Es necesario hacer análisis estadísticos (Probabilidades)

MÉTODOS ESTADÍSTICOS 7. Cuando en los proyectos, se cuenta con pocos años de registro, la curva de distribución de probabilidades de los caudales máximos, se tiene que prolongar en su extremo, si se quiere inferir un caudal con un período de retorno mayor al tamaño del registro. 8. El problema se origina, en que existen muchos tipos de distribuciones que se apegan a los datos, y que sin embargo, difieren en los extremos.

9. Esto ha dado lugar a diversos métodos estadísticos, dependiendo del tipo de distribución que se considere. 10. Dentro de los métodos más usados, tenemos : - Gumbel Tipo I, Gumbel Tipo III - Nash - Levediev - Logaritmo Pearson Tipo III y Tipo I - Ganma de 2 parámetros y 3 parámetros.

MÉTODO DE GUMBEL TIPO I Para calcular el caudal máximo para un período de retorno determinado se usa la ecuación :

Qmáx

q  Qm  N N

σq =

Q i 1

2 i

    YN  ln T   

 NQm2

N 1

Donde: Qmáx = caudal máximo para un período de retorno determinado, expresado en m3/s N = número de años de registro Qi = caudales máximos anuales registrados, en m3/s Qm = caudal promedio, en m3/s, el cual se expresa: N

Qm 

Q i 1

N

i

MÉTODO DE GUMBEL TIPO I Donde: T = período de retorno  N , YN = constantes función de N, Cuadro Nº34  Q = desviación estándar de los caudales Intervalo de confianza: dentro del cual puede variar Qmáx dependiendo del registro disponible se hace lo siguiente: a) Si :   1  1 Varía entre 0.20 y 0.80, el intervalo de T confianza, se calcula con la fórmula : Q Q   N m N N Donde :

N

N Q

N m

= número de años de registro = constante en función de N, cuadro Nº34 = desviación estándar de los caudales. = constante en función de , cuadro Nº35

MÉTODO DE GUMBEL TIPO I b) Si Ø > 0.90 , el intervalo se calcula como :

Q  

1.14 Q

N

La zona de Ø comprendida entre 0.8 y 0.9 se considera de transición, donde ΔQ es proporcional al calculado con las ecuaciones, dependiendo del valor de Ø El caudal máximo de diseño para un cierto período de retorno se calcula con :

Qd = Qmáx ± ΔQ

 MÉTODO DE GUMBEL Y N  N TIPO I

Cuadro Nº 34: Valores de σN y YN en función de N

MÉTODO DE GUMBEL TIPO I Cuadro Nº 35 : Valores de

N m

en función de 

HIDROLOGÍA ESTADÍSTICA Además es importante recalcar otros temas muy importantes que a veces no se toman en cuenta en los estudios hidrológicos y en el dictado del

curso de hidrología en las universidades de nuestro país e ahí la importancia de estudiar dichos tratados tales como: 1. Análisis de consistencia 2. Análisis de distribución de frecuencias (sobre todo para precipitaciones y

caudales) 3. Pruebas de bondad de ajuste (K-S, Chi cuadrado, T-S, F-F, etc.) 4. Análisis de saltos y tendencias. 5. Correlación, completación y extensión de datos históricos. 6. Medidas de distribución (promedio, desviación estándar, moda, coeficiente de sesgo, coeficiente de variación). 7. Análisis de intervalos de confianza.