ESCURRIMIENTOS

ESCURRIMIENTOS
1
Proceso LluviaLluvia-Escurrimiento
2
El proceso lluvia - escurrimiento
Precipitación
Infiltración
Evapotranspiración
Percolación
Escurrimiento
Subsuperficial
Lento
Intercepción
Escurrimiento
Superficial
Escurrimiento
Subsuperficial
Rápido
Escurrimiento Directo
Escurrimiento Base
Escurrimiento Total
La transformación de la lluvia en escurrimiento es el más complejo de los
procesos del ciclo hidrológico.
EL BALANCE HIDROLÓGICO
En todo sistema o subsistema del ciclo hidrológico, el principio
que indica que el agua ni se crea ni se destruye se refleja en la
denominada Ecuación de Balance Hidrológico, la cual permite
relacionar las cantidades de agua que circulan por el ciclo, ésta
es
es::
Entradas – Salidas = Cambio en Almacenamiento
EL BALANCE HIDROLÓGICO
precipitación (P),
evaporación (E),
transpiración (T),
escurrimiento superficial (R),
infiltración (I),
escurrimiento subterráneo (G) y
almacenamiento (S)
La ecuación de balance hidrológico será:
será:
P – R – E - T - I = ∆S
Precipitación
1,528 km3/año
Evapotranspiración
1,095 km3/año
Importaciones
50 km3/año
Exportaciones
0.44 km3/año
Prec
1, 528
ETP
1,095
SubT
433
Imp-Exp
50
Disp Nat 483
Esc
Rec Ac
Escurrimiento
superficial virgen
417 km3/año
417
66
Recarga de acuíferos
66 km3/año
Disp media hab/año, en m3. 1970 : 9,815; 2000 : 4,706; 2030 : 3,721
ESCURRIMIENTOS
• Volúmenes mensuales/anuales
• Hidrogramas---gastos ó caudales
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Factores que Influyen en el
escurrimiento
•
•
•
•
•
Factores meteorológicos
Factores fisiográficos
Factores tipo suelo
Factores uso suelo
Presencia de almacenamientos naturales
o artificiales amortiguadores
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Factores Fisiográficos que
Influyen en los escurrimientos
•
•
•
•
Tamaño y forma del área drenada
Distribución de la red de corrientes
Pendientes de laderas y cauces
Almacenamientos
naturales
o
artificiales
que
amortiguan
avenidas
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La influencia del Uso del Suelo en
los escurrimientos
• La presencia o ausencia de cubierta
vegetal (urbanización) reduce o
incrementa las velocidades con que
se mueve el agua en la cuenca
influenciando el gasto pico.
• La cubierta vegetal incrementa la
cantidad de agua infiltrada en el
suelo
• La vegetación intercepta lluvia
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PROBLEMÁTICA
EVENTOS
HIDROMETEOROLÓGICOS
(EXTREMOS)
ACTIVIDADES
ANTROPOGÉNICAS
DEFORESTACIÓN
ALTAS
PRECIPITACIONES
PÉRDIDA
DE ESPECIES
ENDÉMICAS
PÉRDIDA
DE SUELOS
REDUCCIÓN DE
CAPACIDAD HIDRÁULICA
CARACTERÍSTICAS
FISIOGRÁFICAS
DE LAS CUENCAS
CAMBIO
USO DEL
SUELO
EROSIÓN
GRANDES
PENDIENTES
MENORES TIEMPOS
DE CONCENTRACIÓN
INVASIÓN DE
CAUCES FEDERALES
DE RÍOS
INUNDACIÓN
FISIOGRAFIA
ALTAS
VELOCIDAES
DE FLUJO
ARRASTRE DE MATERIAL
GRUESO Y FINO
AFOROS
12
AFOROS
•
•
•
•
Sección de Control (vertedores)
Sección velocidad (molinete)
Sección Pendiente (huellas máximas)
Curva Elevaciones-Gastos
(mantenerla actualizada con datos
obtenidos de varios aforos)
13
Aforador Tipo “H”
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Lectura de escalas en serie
20
21
22
23
TELEMETRÍA
24
BASE DE DATOS BANDAS
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Disponibilidad de datos de escurrimiento
2000 estaciones con datos históricos
600 en operación actual (aproximadamente)
• Estaciones de nivel
• Aforos directos
Fuentes de información: BANDAS, GASIR, CFE
Estaciones hidrométricas activas
1,300
1,200
1,100
1,000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
1922
1928
1934
1940
1946
1952
1958
1964
1970
612 hidrométricas en 1999
319 en regiones 12, 18 y 26
35 con sedimentos en 1999
1976
1982
1988
1994
28
29
30
Recordar que volúmen
escurrido es
El área bajo el hidrograma
31
32
33
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Curva Elevaciones-Gastos
Q = a(H − H o )
b
Q = gasto en m3/s
H=elevación del nivel del agua, metros
Ho= elevación en la cual el gasto es nulo, metros
a y b= parámetros de la ecuación
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Q = A *V
• Velocidad con molinete
• Area de un cauce natural
1 n
A = ∑ yi ( xi−1 − xi+1 ) 
2 i=1
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Esquema del proceso LluviaLluviaEscurrimiento--Hidrograma
Escurrimiento
L lu v ia
I n t e r c e p c ió n p o r v e g e t a c ió n
E v a p o r a c ió n y E V T *
A l m a c e n a m ie n t o e n p e q u e ñ a s d e p r e s io n e s
A l m a c e n a m ie n t o a m o r t ig u a d o r
I n f i lt r a c ió n
F lu jo
S u p e r f ic ia l
A g u a S u b t e rrá n e a
F lu jo S u p e r f ic ia l
D i re c t o
F lu jo B a s e
D i re c t o
I n t e r f lu jo
Q e n h id r o g r a m a s
e s c u r r i m ie n t o e n
c o r r ie n t e s
o
* P a r a u n a to r m e n ta d e d u r a c ió n m e n o r a 2 4
h o r a s (d ía
n u b la d o ) l a E V T p u e d e
ser
d e s p r e c ia b l e .
R e p r e s e n ta
por
m u c ho
a p r o x im a d a m e n te 2 % . S i lo q u e s e h a c e e s
u n b a l a n c e h id r o ló g i c o s e m a n a l, m e n s u a l
y / o a n u a l s í d e b e s e r c o n s id e r a d a .
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Hidrograma
• Un hidrograma es una gráfica continua tiempo contra gasto
(volumen / unidad de tiempo) producido por una lluvia de
cualquier magnitud para una duración específica. Un
hidrograma puede ser el resultado de un proceso de aforos
en un río.
Gasto en ft3/sec
HIDROGRAMA DE TORMENTA
20000
15000
10000
5000
0
0
2
4
6
8
10 12 14 16 18
Tiempo en horas
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Hidrograma Unitario
(Sherman, 1932; Horton, 1933)
• El hidrograma que resulta de 1-mm de lluvia exceso (o 1 pulgada o 1
cm) distribuido uniformemente en espacio sobre un área para una
duración dada.
• Los puntos clave:
1-mm de lluvia EXCESO
La lluvia exceso está distribuída uniformemente en espacio
sobre un área
La lluvia exceso tiene una duración asociada
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¿como determinar Qmax ?
• DETERMINAR HIDROGRAMA TOTAL
• SOLO DETERMINAR EL Qmax
- Método de Envolvente máximas por región hidrológica
- Método Racional --- periodo de retorno
- Análisis de frecuencia de la serie anual de gastos máximos
- Fórmulas empíricas
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Fórmula empírica de Fuller (U.S.)
QTr = Qm (1 + 0.8 log Tr )
b
 2.66 
Qm = q1 + 0.3 
 A 
QTr=gasto para un periodo de retorno
Qm=valor medio de gasto máx. instantaneo
q= valor medio de los gastos máximos diarios, m3/s
A=área de la cuenca en Km2
Tr = periodo de retorno
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Fórmula empírica de Gete (España)
QTr = (4 + 16 log Tr ) A
QTr=gasto para un periodo de retorno
Qm=valor medio de gasto máx. instantaneo
q= valor medio de los gastos máximos diarios, m3/s
A=área de la cuenca en Km2
Tr = periodo de retorno
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¿como determinar volúmenes
escurridos ?
• Escurrimientos por cuenca
propia (CNA-NOM011)
• Manual de pequeñas obras para
riego y abrevadero (Colegio
Postgraduados, 1988)
• SCS aplicada con información
diaria de pluviometro
2
Lesc
508


P
−
+
5
.
08


N
= Pe = Q =
2032
P+
− 20.32
N
Q y P en cm; N=número de curva
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