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Hidrología en Cuencas

Jul 06, 2015

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UNIVERSIDAD DE GRANADA E.T.S. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos Apuntes de Clase LA CUENCA Y LOS PROCESOS HIDROLGICOS Prof. Leonardo S. Nana Asignatura: Hidrologa Superficial y Subterrnea rea de Conocimiento: Ingeniera Hidrulica Curso Acadmico 2002-03 Hidrologa Superficial: La Cuenca y los Procesos Hidrolgicos Leonardo S. Nana 2003 - ii - 0.NDICE 1.Ciclo hidrolgico...................................................................................................................... 1 1.1 Descripcin del ciclo hidrolgico ...................................................................................... 1 1.2 Objeto de las obras hidrulicas .......................................................................................... 2 1.3 Alcance de la Hidrologa.................................................................................................... 2 2.Caractersticas fsicas de una cuenca ....................................................................................... 4 2.1Introduccin ...................................................................................................................... 4 2.2Concepto de cuenca .......................................................................................................... 4 2.3rea de drenaje ................................................................................................................. 4 2.4Forma de la cuenca ........................................................................................................... 4 2.4.1ndice de Gravelius o coeficiente de compacidad .................................................. 4 2.4.2Factor de forma ...................................................................................................... 4 2.5Caractersticas del relieve ................................................................................................. 5 2.5.1Pendiente media de la cuenca................................................................................. 5 2.5.2Histograma de frecuencias altimtricas.................................................................. 5 2.5.3Curva Hipsomtrica................................................................................................ 5 2.5.4Alturas caractersticas............................................................................................. 6 2.5.5Pendiente del cauce principal ................................................................................. 6 2.5.6Rectngulo equivalente .......................................................................................... 7 2.6Caractersticas de la red de drenaje................................................................................... 8 2.6.1Orden de la cuenca ................................................................................................. 8 2.6.2Relacin de bifurcacin.......................................................................................... 9 2.6.3Relacin de longitud............................................................................................... 9 2.6.4Relacin de reas.................................................................................................... 9 2.6.5Densidad de drenaje ............................................................................................... 9 2.6.6Frecuencia de cauces ............................................................................................ 10 2.6.7Longitud promedio de flujo superficial ................................................................ 10 2.6.8Sinuosidad del cauce principal ............................................................................. 10 3.Precipitacin........................................................................................................................... 11 3.2Circulacin atmosfrica .................................................................................................. 11 3.2Vapor de agua ................................................................................................................. 133.3 Precipitacin................................................................................................................... 18 3.4 Lluvia.............................................................................................................................. 22 3.4.1Curvas Intensidad-Duracin-Frecuencia.............................................................. 23 3.4.2Distribucin de la lluvia sobre un rea: Curvas rea-Precipitacin.................... 25 3.4.3Clculo de la lluvia media en una cuenca............................................................ 26 4.Prdidas de precipitacin ....................................................................................................... 30 4.1 Evaporacin.................................................................................................................... 30 4.1.1 Mtodo del balance de energa............................................................................. 30 4.1.2 Mtodo aerodinmico .......................................................................................... 31 4.1.3 Mtodo de combinacin....................................................................................... 32 4.1.4 Mtodo del tanque de evaporacin ...................................................................... 32 4.2 Evapotranspiracin......................................................................................................... 32 4.3 Intercepcin.................................................................................................................... 33 4.4 Almacenamiento en depresiones .................................................................................... 34 4.5 Infiltracin...................................................................................................................... 34 4.5.1Flujo no saturado.................................................................................................. 34 4.5.2Infiltracin............................................................................................................ 38 4.5.3Ecuacin de Horton.............................................................................................. 39 4.5.4Ecuacin de Phillip............................................................................................... 39 4.5.5Modelo de Green-Ampt........................................................................................ 40 Hidrologa Superficial: La Cuenca y los Procesos Hidrolgicos Leonardo S. Nana 2003 - iii - 4.5.6Tiempo de encharcamiento................................................................................... 44 4.6Clculo de las prdidas o abstracciones .......................................................................... 46 4.6.1Mtodo del ndice .............................................................................................. 464.6.2Clculo de prdidas usando las ecuaciones de infiltracin................................... 49 4.6.3Mtodo del SCS para abstracciones ..................................................................... 53 5.Bibliografa ............................................................................................................................ 61 Hidrologa Superficial: La Cuenca y los Procesos Hidrolgicos Leonardo S. Nana 2003 - 1 - 1.EL CICLO HIDROLGICO 1.1 Descripcin del Ciclo Hidrolgico El ciclo hidrolgico es el trmino que se usa para describir la circulacin general del agua desde el ocano hacia la atmsfera, hacia el subsuelo y nuevamente hacia el ocano. El ciclo hidrolgico o del agua no tiene principio ni fin. El agua de la superficie del ocano se evaporahacialaatmsfera.Estevaporsecondensa por varios procesos y cae a la tierra como precipitacin.Unapartedeestaprecipitacincae sobre el ocano y otra sobre el terreno. Una porcindelaquecaeenlatierraesretenidatemporalmenteendepresionessuperficiales, vegetacinyotrosobjetos(intercepcin)yretornaalaatmsferaporevaporaciny transpiracin. La restante, movindose por intrincadas superficies hacia ros, lagos y el mar, est igualmentesujetaalaevaporacinytranspiracindurantetodosutrayectoy,adems,puede infiltrarseenelterreno.Elaguainfiltradapuedepercolarhastazonasmsprofundasoser almacenada como agua subterrnea, que puede ms tarde fluir como manantiales o incorporarse a los ros, lagos o mar. De esta manera, el ciclo hidrolgico sufre varios complicados procesos deevaporacin,precipitacin,intercepcin,transpiracin,infiltracin,precolacin, almacenamiento y escorrenta (Figura 1.1). Figura 1.1: El ciclo hidrolgico, indicando la proporcin media global entre los diferentes procesos, tomando como referencia la precipitacin sobre la tierra igual a 100. (Fuente Chow et al. 1994). EnlaTabla1.1sepresentanlascantidadesestimadasdeaguaqueexistensobrelaTierra, discriminadas segn la fuente y distinguiendo entre agua dulce y agua salada.Segn Wolman (1962), el 97% del agua del mundo (unos 1,3 x 109 km3) est en los ocanos. Del 3% restante (unos3,6x107km3),el75%seencuentraenlospolosylosglaciares,el25%comoagua subterrnea, de la cual, el 14% esta a profundidades mayores a 800, el 0,3% en lagos, el 0,06% comohumedaddelsuelo,el0,035%enlaatmsferayel0,03%enlosros.Mientrasel Hidrologa Superficial: La Cuenca y los Procesos Hidrolgicos Leonardo S. Nana 2003 - 2 - contenidodeaguaenlaatmsferaesrelativamentepequeoencualquiermomento,inmensas cantidadesdeaguapasanatravsdeellaanualmente.SegnReichel(1952),laprecipitacin mediaanualsobretodalatierraesdeunos860mm,loquebajocondicionesestacionariases equilibradoporunacantidadigualdeevaporacin.Deestamanera,laevaporacinpromedio global sera de 2,36 mm/da. Esta es una descripcin del ciclo hidrolgico sumamente simplificada. En la realidad todas las fasesdelcicloocurrensimultneamente.Aescalaglobal,lacantidaddeaguainvolucradaen cada una de las fases del ciclo son

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