Hidrologia Caudal Aforos Presentacion Corregida

8/17/2019 Hidrologia Caudal Aforos Presentacion Corregida

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Antonio Torres.Rafael Cruz.

Bibiana Espitia.David Rivera.

El CAUDAL.AFORO POR MEDO DE

!ERTEDERO".DATO"

#DROMETRCO".A$AL"" DE CAUDALE"

MEDO" % CUR!A" DE&E$ERAL'ACO$.


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EL CAUDAL• De(ni)i*n &eneral+ En ,idrolo-a el )audal es el volu/en dea-ua 0ue pasa a trav1s de una se))i*n transversal de un rio2

)anal2 o tubera por unidad de tie/po. por e3e/plo L4s 5Litropor se-undo6. Ta/bi1n de(nido )o/o volu/en de es)orrentasuper()ial por unidad de tie/po.

• Caudal Espe)i()o+ #abitual/ente denotado )on la letra 02 7 sede(ne )o/o el )audal 8 dividido por el 9rea de drena3e A59rea de la ,o7a en estudio6. "e representa en /:4s4;/


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El Caudal2 /portan)ia 7tipos.

• El Caudal2 es uno de los ob3etos pri/ordiales delestudio ,idro-r9()o de )ual0uier zona2 pues estedebe representar la )antidad de re)urso disponible2o la )antidad de lluvia. Por eso 7 para asuntos dedise=o por )uestiones de re)urso es indispensablesobre su an9lisis ,ablar de los si-uientes )audales+ – M9>i/os. – Medios. –

Mni/os."u an9lisis puede variar dependiendo del periodo detie/po 0ue se utili)e2 o del 0ue se dispon-a en elre-istro2 puede ser un a=o2 un /es2 et)..


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Co/o se /iden losCaudales.

• La /anera en la 0ue se /iden o esti/an los)audales sur-e produ)to de la rela)i*n de diferentes/a-nitudes -eneral/ente 9rea 7 lon-itud2 en este)aso 7 )o/o lo vi/os anterior/ente una de las/aneras /as sen)illa es la /edida de la lluvia enun /etro )uadrado2 esto en lo referente a la)antidad de /il/etros de lluvia a)opiada en unespa)io de ? un /etro )uadrado durante > periodosde lluvia2 /idiendo ta/bi1n el tie/po en el 0ue

di),o evento su)ede. Aun as ta/bi1n las /edidasde velo)idad del @u3o rela)ionadas )on las/a-nitudes de 9rea se pueden aso)iar ta/bi1npara ,a)er aforos de )audales.


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Rela)i*n de !elo)idad del @u3o )onCaudal.

!elo)idad de @u3o+ La velo)idad de @u3o en un rio o enun )anal deter/inado puede deter/inarse utilizandoun )orrent*/etro. Estos son aparatos provistos de una,1li)e 0ue se )olo)a en el @u3o donde la velo)idad derota)i*n de la ,1li)e 7 la velo)idad del @u3o sonpropor)ionales. El )orrent*/etro puede ponerse )on la/ano2 suspenderse desde un puente2 o ba3arse desdela proa de un bote.


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!elo)idad de @u3o en unCanal.

• Es i/portante entender 0ue la velo)idad del @u3ovaria )on respe)to a la profundidad de la )orriente. % dependiendo for/a 7 se))i*n del )anal lasvelo)idades son diferentes en )ada punto 5veri/9-enes de E3e/plo.6


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• La velo)idad en un )anal debido a las )ondi)ionese>puestas anterior/ente2 resulta un valor de dif)il/edi)i*n 7 0ue ofre)e unos /9r-enes de error)onsiderable/ente2 altos2 as /is/o nos ofre)e una/anera indire)ta de inferir los )audales de un rio oun )anal2 por e3e/plo una pra)ti)a est9ndarutilizada por la U.". &eolo-i)al "urve7 es /edir lavelo)idad a 2< 7 a 2 de la profundidad del )anal)uando este es /a7or a < pies 7 pro/ediar las dos

velo)idades obtenidas para as obtener la velo)idad/edia del )anal. Para profundidades /enores a <pies la /edida se ,a)e a 2 de su profundidad2 enal-unas o)asiones se utiliza un ob3eto @otante el

)ual se /ueve )asi a la velo)idad /edia del @u3o.


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• Las /edi)iones de velo)idad ta/bi1nse pueden ,a)er )on base en sensoresele)tro/a-n1ti)os el Medidor de Flu3o

de !elo)idad Modi()ada 5MF!M se-nsus si-las en in-les.6


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• El siste/a del /edi)i*n de velo)idad)o/o el 0ue apare)e en la -ra()afun)iona en base a un sensor 0ue sead,iere a una vara 7 al su/er-irseun )a/po /a-n1ti)o 0ue lee elsensor se altera de /anera

propor)ional a la velo)idad del a-ua


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Aforos 7 re-istro de Caudales.

• El )audal $O se re-istradire)ta/ente2 a pesar de 0ue esta estal vez la variable /as i/portante delos estudios ,idrol*-i)os. En lu-ar deesto se re-istra el nivel del a-ua 7 el)audal se dedu)e a partir de esta de

a)uerdo )on una CUR!A DECALBRACO$. Esto )on el ob3eto defa)ilitar la le)tura 7 la /edi)i*n.


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Cal)ulo de Caudal 7 Curvas deCalibra)i*n.

• El )audal de un rio se )al)ula usando las/edi)iones de velo)idad 7 profundidad.Una lnea de /ar)a)i*n se e>tiende a

trav1s de la )orriente. A intervalosre-ulares a lo lar-o de la lnea2 se /ide laprofundidad del a-ua utilizando una barra)alibrada 7 lue-o se /ide la velo)idad

utilizando un )orrent*/etro. El )audal enuna se))i*n transversal de 9rea A seen)uentra )on la si-uiente for/ula+


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"e))i*n Transversal.


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• E3e/plo


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Cal)ulo de Caudal

• Cada /edi)i*n representa las)ondi)iones ,asta la /itad del)a/ino entre esta /edi)i*n 7 las/edi)iones ad7a)entes a )ada lado5adelante 7 atr9s6. Para el e3e/plo de/odo 0ue+

!er Tabla .:.?.


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Cal)ulo de Caudal

El in)re/ento )orrespondiente al 9reaenton)es seria

% el )audal in)re/ental resultante es

Con estos datos 7 las velo)idades 0uese /iden en )ada punto )o/o lo/uestra la tabla se en)uentran los)audales en )ada parte de la se))i*ndel )anal.


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Cal)ulo del Caudal.

• Lue-o de en)ontrar los )audales se su/antodos los +

5 Caudal de )ada por)i*n de )anal6

• Estas unidades son dadas por las si-las enin-les Cubi)5Cubi)o6 Feet5Pie6 per "e)ond 5porse-undo6.

Todos estos se su/an para obtener el )audal

total de la se))i*n. Del /is/o /odo 0ue sesu/an las por)iones de rea de se))i*ntransversal de )anal. Para en)ontrar la velo)idadpro/edio+


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An9lisis de datos 7 Curvas deCalibra)i*n.

• Produ)to del an9lisis de varios datosde este tipo de se))iones se)onstru7en las )urvas de )alibra)i*n+


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Aforos2 Tipos de Aforo.

• Aforo+ Medi)i*n del )audal de un rio o)orriente. En #idrolo-a a ve)es esne)esario /edir )audales -randes ope0ue=os 7 e>isten dos tipos+ – Aforos Dire)tos+

– Aforos ndire)tos+


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Aforos Dire)tos

• 8ue son los 0ue resultan de la rela)i*n dela e)ua)i*n de unidad de 9rea porvelo)idad. De este tipo e>isten ta/bi1n

/1todos 0u/i)os basados en el vertidode solu)iones de )on)entra)i*n )ono)ida0ue se dilu7en en la )orriente donde seapli)a la rela)i*n a /a7or dilu)i*n /a7or

)audal.


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Aforos ndire)tos

• Estos posible/ente los /as utilizados porsu fa)ilidad de le)tura 7 por 0ue seobtiene un )ontrol per/anente basados

sola/ente en la /edida de la altura de lala/ina de a-ua.


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Aforos indire)tosGLi/nietria

• Es)alas Li/ni/etri)as+ "e trata dees)alas -raduadas en )/5)ent/etros6 7 (r/e/ente adosadas

al suelo o en o)asiones a los pilaresde los puentes o /uros de)onten)i*n. En )au)es /u7 abiertos

puede ser ne)esario el uso de variases)alas en una /is/a se))i*n. De)ual0uier /odo es ne)esaria la

le)tura de un operario de /anera


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AFORO POR MEDIO DEVERTEDEROS

• "e utilizan prin)ipal/ente en la /edi)i*nde )audales en pe0ue=as )orrientes2 en)anales arti()iales 7 de laboratorioH su uso

en )orrientes naturales es /u7 restrin-ido.Un fun)iona/iento tpi)o de un vertederopara aforar )orrientes naturales se/uestra en la (-ura.


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!ertedero


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!ertedero


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Cal)ulo del -asto

• Para )al)ular el )audal o -asto2 se pueden utilizardiferentes e)ua)iones e/pri)asH la /9s utilizada2se-n De A)evedo 7 A)osta en el Manual de#idr9uli)a2 es la e)ua)i*n de Fran)is+

D*nde+• 8 Caudal 0ue @u7e por el vertedero2 en /:4s• b An),o de la )resta2 en /• # Car-a del vertedero2 en /• n $/ero de )ontra))iones 52 ?2 *


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El vertedero re)tan-ular

• Para este tipo de vertederos sere)o/ienda 0ue la )resta delvertedero sea perfe)ta/ente

,orizontal2 )on un espesor no /a7ora < // en bisel 7 la altura desde elfondo del )anal .: /


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Vertedero triangular

• El vertedero trian-ular es preferido)uando las des)ar-as son pe0ue=as2por0ue la se))i*n transversal de la

l9/ina vertiente /uestra de /aneranotoria la varia)i*n en altura.


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Vertedero trapezoidal

• Esta estru)tura re0uiere 0ue la rela)i*n detaludes sea de?+I. Este vertedero es de)onstru))i*n /9s di()ultosa 0ue los

presentados anterior/ente 7 no ofre)eventa3as si-ni()ativas 0ue lo ,a-andesta)ar.


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CLASIFICACIÓN DE LOSVERTEDEROS.

Los vertederos de pared del-ada sirven para /edir)audales )on -ran pre)isi*n2 7 los de pared -ruesa2)o/o inte-rantes de una presa u otra estru)tura,idr9uli)a2 se utilizan para )ontrolar niveles.

• vertederos de pared del-ada 5e4, /enor .J6• !ertederos de pared -ruesa o de )resta an),a

5e4, /enor o i-ual .J6


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Vertederos de pared delgada

• Los vertederos de pared del-ada sirvenpara /edir )audales )on -ran pre)isi*n2 sepueden ,a)er /et9li)os 7 en el e>tre/o

superior tienen un ),a@9n.


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VERTEDEROS DE PARED R!ESA

• Este tipo de vertederos es utilizadoprin)ipal/ente para el )ontrol de niveles en losros o )anales2 pero pueden ser ta/bi1n)alibrados 7 usados )o/o estru)turas de

/edi)i*n de )audal. "on estru)turas fuertes 0ueno son da=adas f9)il/ente 7 pueden /ane3ar-randes )audales. Al-unos tipos de vertederos deborde an),o son+


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Ubi)a)i*n de vertedero

• Para la ubi)a)i*n del vertedero debe,aber una poza de a/orti-ua)i*n oun )anal de a))eso a-uas arriba para

)al/ar )ual0uier turbulen)ia 7 lo-rar0ue el a-ua se a)er0ue al vertederolenta 7 suave/ente.


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Calibra)i*n de vertederos

donde:


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Calibra)i*n de vertederos• Realizando la regresión se tiene:

donde N = 12

Resolviendo el sistema de 2 ecuaciones con 2 incógnitas, se tiene:

Reemplazando en la ecuación, se tiene: , si:

aplicando exponencial a ambos lados para despejar ! suponiendo se obtiene :

"cuación 1

#9lculo del coe$iciente de descarga #d

%rimera instancia se calcula el coe$iciente de descarga por medio de la siguiente expresión:

donde: es a&uel caudal 'allado por medio de la regresión anterior

se calcula mediante la siguiente ecuación

donde: b = anc'o del vertedero

g = gravedad

' = altura


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E0uipo de laboratorio


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Laboratorio de /e)9ni)a de @uidosfa)ultad de in-eniera U"AC

'ona aireada ba3o lala/ina vertiente


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ESTACIONES HIDROMETRICAS

• (as estaciones 'idrom)tricas permiten la

recolección de datos de calidad !

duración &ue permiten describir o explicar

el comportamiento de un cause*


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LA #IDROMETR$A

• Es una parte de la ,idrolo-a 0ue /ide elvolu/en de a-ua 0ue )ir)ula por una se))i*n deun )ondu)to en un tie/po dado.

• 8+ )audal2 /edido en /: por se-undo.

• A+ 9rea de la se))i*n transversal2 /edida en /


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CLASIFICACION DE LAS

ESTACIONES

• (as estaciones se clasi$ican bajo dos par+metros di$erentes,

el primer par+metro es la categora, ! el segundo par+metro

es el tipo de programa existente en ella*

CATEGORIA

a)(imnimetrica

b)(imnigra$ica

PROGRAMA LAS ESTACIONES

a)Niveles

b)#audales


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R"- ./-R0"R/#3 N3#/0N3(

• (a red 'idrom)trica nacional esta

compuesta por limnigra$icas &ue registran

principalmente niveles de los ros* (a red

'idrom)trica nacional cuenta con 1456estaciones, de las cuales 784 son

operadas por el /-"3, ! lo restante

est+n operadas por inisterio detransporte ! las empresas de acueducto !

energa del pas*


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AFORO CO$ MOL$ETE OCORRE$TKMETRO.

• Este per/ite /edir la velo)idade>a)ta de la )orriente en variospuntos de la /is/a verti)al 7 en

varias verti)ales de la se))i*n del)audal. A la ves 0ue se /iden lasvelo)idades se /ide la profundidad.


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EEMPLO


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AFORO CO$ FLOTADORE"

• "on los /9s sen)illos de realizar2pero ta/bi1n son los /9si/pre)isosH por lo tanto2 su uso

0ueda li/itado a situa)iones dondeno se re0uiera /a7or pre)isi*n.


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Li/ni-rafos.

• Miden el nivel -uardando un re-istro-ra()o o di-ital del /is/o a lo lar-odel tie/po. El -ra()o 0ue

propor)iona se deno/inaLi/ni-ra/a


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Li/ni-rafos 7 )urvas

• Co/o se /en)iono anterior/ente 7 para)ual0uiera de estos )asos 5uso deli/ni-rafos6. Es indispensable 7 ne)esario

realizar nu/erosos aforos dire)tos ,asta)onstruir una e)ua)i*n 0ue nos)orrela)ione de la /e3or /anera las/edidas del nivel del a-ua en )ontra el

)audal. % estarlos revisando )ontinua/entepues la sedi/enta)i*n o la so)ava)i*n delos ros puede )a/biar el )o/porta/iento.


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DATO" #DROLO&CO"


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ANALISIS ESTADISTICO DE DATOS

HIDROLOGICOS

en una serie de datos estadsticos de una

estación 'idrológica de medidas, es

indispensable, resumir esta multitud de

ci$ras en el elemento sint)ticos &uecaractericen la estación desde el punto de

vista conocido*

EST!DIO DE CA!DALES


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EST!DIO DE CA!DALESMEDIOS• En -eneral2 las obras ,idr9uli)as

destinadas a la )apta)i*n2 )ondu))i*n 7distribu)i*n del a-ua para su )onsu/o

del ,o/bre en sus /ltiples apli)a)iones5sanea/iento urbano 7 rural2 desarrollosa-r)olas 7 pe)uarios2 industria2-enera)i*n de ener-a2 et).62 re0uieren

el esti/ativo de los )audales /edios )onlos )uales se realiza su dise=o.


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M%todos para deter&inar los 'audales de dise(o)Caudales &edios*

M1todos para esti/ar )audales a partir de re-istros de )audales

Análisis estadístico+ ndependen)ia de los datos 5para ase-urar la )on(abilidad de las

series6 An9lisis de los datos 5se pro)ede a la deter/ina)i*n de los estadsti)os7 los par9/etros de las series6

Generación de series estocásticas+La lon-itud del re-istro base debe ser N a=os2 per/itiendo

ello su e>tensi*n para * /9s a=os de datos. Estos datos)onstan de+ Una variable deter/insti)a Una variable esto)9sti)a o aleatoria


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Análisis de Caudales Medios

• Caudal &edio diario+ es la tasapro/edio de des)ar-a en /:4s para unperodo de


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Caudal /edio diario

• Es la tasa pro/edio de des)ar-a en /:4spara un perodo de


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Caudal /edio diario

• Este volu/en se divide por el tie/po en,oras 7 se obtiene el )audal pro/ediodiario. "i no se tiene li/n-rafo 2 para

,allar el )audal pro/edio diario2 esne)esario ,allar los )audales)orrespondientes al /enos a : le)turasde /ira diarias 7 lue-o pro/ediarlos.

A 9li i i l


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An9lisis re-ional• sele))ionando varias )uen)as ve)inas a la

)uen)a en estudio dentro de una /is/a re-i*n2se elabora un -r9()o 50 vs. A6 en papel lo-Glo-)on los datos de los )audales de esas )uen)asaso)iados )on las 9reas de las )uen)asrespe)tivas2 7 para diferentes perodos de

retorno2 Tr.


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Curvas de Generalia!i"n

• Cur,a de Re&anso+ Las )urvas de re/anso son per(les deltipo vertedero o presa2 0ue se presentan debido a lae>isten)ia de una se))i*n de )ontrol2 por e3e/plo una presa oun vertedero. "i ,a7 )urvas de re/anso2 la /is/a altura de/ira2 #2 puede )orresponder a dos )audales diferentes.

• Apli)ando la for/ula de Bernouilli entre las dos /iras se tiene+

!+ velo)idad 7+ profundidad del @u3o. z+ )abeza de posi)i*n ,f+ perdidas de ener-a.


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9lujo no permanente

• los niveles del a-ua son diferentes en la etapa deau/ento del )audal 7 )uando 1ste e/pieza ades)ender. Cuando e/piezan a subir los niveles2el @u3o est9 a)elerado 7 las velo)idades son

/a7ores 7 al )ontrario2 )uando los niveles dela-ua des)ienden2 ,a7 una desa)elera)i*n del@u3o2 redu)i1ndose por )onsi-uiente la velo)idad.Por lo tanto la rela)i*n niveles )audales es una

)urva.


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C#R$A DE D#RACION DE CA#DAL

• Es una )urva 0ue indi)a el por)enta3edel tie/po durante el )ual los)audales ,an sido i-ualados o

e>)edidos.• Esta )urva puede ser de(nida para

)audales diarios2 /ensuales2

anuales2 et).


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• $ es el n/ero de datos2 laprobabilidad de e>)eden)ia.

• P de )ual0uier des)ar-a5 o valor de)lase62

• M es el n/ero de ve)es 0ue sepresenta en ese tie/po el )audal.


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• "i se dibu3a el )audal )ontra elpor)enta3e de tie/po en 0ue 1ste ese>)edido o i-ualado se tiene una

-r9()a.


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• ?6 La pendiente depende del tipo de datos. Por e3e/plo)audales diarios produ)en una )urva /9s pendiente0ue una )al)ulada )on )audales /ensuales2 debido a0ue los pi)os se suavizan )on re-istros /ensuales.

•


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Cal'ulo de la Cur,a de Dura'i-n.


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Biblio-rafa

• #idrolo-a en la n-eneria. &er/an Monsalve "eanz.• #idrolo-a Apli)ada. !en Te C,o.• #idrolo-a B9si)a. &ustavo A. "ilva.• ,[email protected].)o4,idrauli)a4arti)uloses4/edidores4v

ertedortrian-

Hidrologia Caudal Aforos Presentacion Corregida

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