HIDROLÓGICA APLICADA UNIVERSIDAD CATÓLICA SAN ANTONIO Módulo: Tecnología Especifica de Construcciones Civiles Materia: Hidráulica e Hidrología II Carácter: Obligatoria Nº de créditos: 4,5 ECTS Unidad Temporal: 3 er curso 2º cuatrimestre Requisitos previos Hidráulica I y II Relación con los objetivos generales y específicos de la titulación T1 Capacidad de análisis y síntesis. T7 Resolución de problemas. T16 Aprendizaje autónomo. T23 Capacidad de reflexión. O1 Capacitación científico técnica para el ejercicio de la profesión de Ingeniero Técnico de Obras Públicas y conocimiento y ejercicio de las funciones de asesoría, análisis, diseño, cálculo, proyecto, dirección, construcción, gestión, mantenimiento, conservación y explotación en su ámbito. O2 Comprensión de los múltiples condicionamientos de carácter técnico y legal que se plantean en la construcción de una obra pública, y capacidad para emplear métodos contrastados y tecnologías acreditadas, con la finalidad de conseguir la mayor eficacia en la construcción dentro del respecto por el medio ambiente y la protección de la seguridad y salud de los trabajadores y usuario de la obra pública. O4 Capacidad para proyectar, inspeccionar y dirigir obras y servicios, en su ámbito. O5 Capacidad para el mantenimiento y conservación de los recursos hidráulicos y energéticos, en su ámbito. O8 Capacidad para realizar estudios y diseñar captaciones de aguas superficiales o subterráneas, en su ámbito. Competencias en relación con la materia al que pertenece la asignatura E11 Conocimiento de los conceptos básicos de hidrología superficial y subterránea. Relación de la asignatura con otras asignaturas del mismo módulo/materia Hidráulica e Hidrología II. Mecánica de Estructuras. Teoría de Estructuras. Tecnología de estructuras. Geotecnia. Instalaciones Eléctricas. Procedimientos de construcción. Seguridad y salud en la ingeniería civil. Ecología y Evaluación de Impacto Ambiental. Estadística. 1
Relación con otras asignaturas o materias del Plan de Estudios Fundamentos físicos de la Ingenieria I y II. Estadística. Hidráulica II. Abastecimiento de aguas. Planificación y Gestión de Recursos Hidráulicos. Objetivos específicos de la asignatura 1. Conocer la bibliografía básica de la materia. 2. Conocer las componentes del ciclo hidrológico. 3. Introducir al alumno en conceptos de climatología y su relación con la Hidrología 4. Conocer los aspectos generales de la circulación atmosférica y oceánica 5. Comprender los procesos hidrológicos, más importantes, que forman parte de ciclo, y su interacción. Conocer la instrumentación requerida para medir estas componentes. 6. Conocer los modelos de producción de escorrentía, comprender sus condiciones de aplicabilidad y limitaciones. 7. Conocer y comprender la importancia de la geomorfología fluvial y su relación con la escorrentía. 8. Conocer y aplicar funciones de frecuencia y funciones de distribución. 9. Conocer las metodologías de propagación del flujo, y limitaciones de aplicabilidad. 10. Aplicar las técnicas y modelos aprendidos a la resolución de problemas, evaluando su factibilidad de utilización. 11. Analizar y estructurar los datos de entrada y resultados obtenidos desde la aplicación de las metodologías aplicadas, utilizando los recursos disponibles. 12. Desarrollar la capacidad de síntesis de resultados y conclusiones. Breve descripción de los contenidos La asignatura pretende dotar al alumno de los conocimientos suficientes para abordar con solidez el planteamiento y la resolución de los problemas reales que se plantean en la ingeniería en relación con los caudales fluyentes. Se profundiza hasta un nivel desde el cual, el alumno debe: 1. Ser capaz de describir y explicar las leyes físicas que cuantifican cada una de las componentes del ciclo hidrológico, conociendo perfectamente los problemas asociados a la medida de las variables y su interpretación y posible corrección o estimación 2. Dominar las metodologías que permiten calcular los caudales generados por las lluvias incluyendo su tránsito por los cauces y la interacción con la geometría fluvial 3. Conocer con detalle el funcionamiento del ciclo subterráneo, las técnicas específicas de estudio y sus relaciones con el ciclo hidrológico superficial 4. Dominar los procedimientos estadísticos que permiten valorar el riesgo de los diseños, extrapolar resultados así como generar series hidrológicas temporales 2
5. Conocer la arquitectura de las metodologías de modelación, las técnicas de calibración y las limitaciones de los modelos, llegando a tomar contacto y experiencia con los modelos comerciales más consolidados y habituales. 6. Alcanzar los conocimientos suficientes para desarrollar estudios reales de recursos hidráulicos superficiales y subterráneos, de avenidas, de hidráulica de cauces naturales y de calidad de agua con métodos actuales. Actividades formativas y metodología de enseñanza-aprendizaje, y su relación con las competencias que debe adquirir el estudiante Metodología Horas Clases de Teoría Practicas 24,0 Trabajos en equipos 3,0 Tutorías 9,0 Seminarios 3,0 Evaluación 6,0 Clases de Teoría - Practicas 41,5 Trabajos individuales 5,0 Trabajos en equipo 4,0 Preparación de Seminarios 4,0 Búsquedas Bibliográficas 6,0 Evaluación 6,0 Tabla Horas de trabajo presencial 45 (40%) Horas de trabajo no presencial 67,5 (60%) TOTAL 112,5 45,0 67,5 Competencias Clases Teórico Prácticas T1, T7, T16, T23, O1, O2, O4, O5 Trabajo en equipo T1, T7, T16, T23, O1, O2, O4, O5 Tutorías T1, T7, T16, T23, O1, O2 Evaluación T1, T7, T16, T23, O1, O2, O4, O5 Trabajos Individuales T1, T7, T16, T23, O1, O2, O4, O5 Seminarios T1, T7, T16, T23, O1, O2, O4, O5 Sistema de evaluación De modo general se deberá acreditar una asistencia de al menos el 60% de todas las clases presenciales previstas. Así como la entrega de un trabajo final de curso, cuya evaluación la realiza el profesor responsable. 3
Parte teórica UNIVERSIDAD CATÓLICA SAN ANTONIO La evaluación de la parte teórica consiste en preguntas o cuestiones sobre conceptos fundamentales impartidos en la materia. Se potencia en el alumno la capacidad de expresión, organización de ideas y síntesis para su presentación. Se plantearán preguntas conducentes a comprobar el grado de asimilación y la utilización que el alumno hace de los conceptos adquiridos. El valor de la prueba corresponderá al 40 % de la calificación final. Parte práctica Se planteará la resolución de problemas que incluirán en gran medida los conceptos fundamentales en que se basa la disciplina, estando basada su resolución en la aplicación correcta de los conocimientos. El valor de la prueba corresponderá al 60 % de la calificación final. Resultados de Aprendizaje RA: Adquirir las habilidades necesarias para la resolución de problemas. RA: Identificar y analizar criterios y especificaciones adecuados a problemas concretos. RA: Desarrollar capacidades para determinar los requisitos que condicionan la posibilidad de encontrar soluciones a planteamientos técnicos concretos. RA: Tener iniciativa para proponer soluciones alternativas. RA: Argumentar y justificar lógicamente opiniones y decisiones. RA: Ser capaz de reflexionar y comunicar argumentos que apoyen las hipótesis propuestas ante un problema técnico determinado, de forma clara, concisa y razonada, incluyendo una valoración del impacto de las nuevas tecnologías. 4
ANEXO- HIDROLOGIA APLICADA Contenidos de la Asignatura 1.- El sistema hidrológico 1.1. Introducción: El ciclo hidrológico Volúmenes hídricos en el mundo. El ciclo hidrológico global. El ciclo hidrológico a escala de cuenca. 1.2. Conceptos de sistema. Sistema. Análisis de sistema. Sistemas estacionarios. Balance hídrico. 1.3. Modelización de los sistemas hidrológicos Clasificación de los modelos. Algunos conceptos. 2.- Climatología 2.1. El sistema climático global: conceptos 2.2 Circulación atmosférica y oceánica. 2.3. Vapor de agua atmosférico 2.4. Estaciones climatológicas e instrumentos de medida 3.- Precipitación 3.1. Precipitación. Factores para generar precipitación medible. Mecanismos de ascenso. Régimen pluviométrico en España 3.2. Medida de la precipitación puntual 3.3 Redes meteorológicas 3.4 Tipos de pluviómetros. Criterios para el establecimiento de un pluviómetro. 3.5. Medida de la variabilidad espacial de la lluvia 3.6. Verificación de la consistencia temporal 3.7. Completado de datos de precipitación 3.8. Estimación de la precipitación media sobre un área 3.9. Medida de la nieve 4.- Evaporación 4.1. Concepto. Relación con los distintos niveles de almacenamiento. 4.2. Los procesos de la evaporación. 4.3. Métodos de estimación de la evaporación. Tanques de evaporación. Ecuaciones de Continuidad. Balance hídrico. Balance de energía. Ecuaciones de evaporación. Método aerodinámico/transferencia de masa. Método de combinación: Penman. Ejemplos numéricos de aplicación. 5.- Evapotranspiración 5.1. Concepto. Factores controlantes 5.2. Procesos de evapotranspiración. Factores del suelo. Humedad del suelo. Textura. Fac- 1
tores de la vegetación. 5.3. Métodos para estimar evapotranspiración. Medidas directas. Basadas en una ecuación de balance hídrico. Lisímetro. Tipos. Ecuaciones basadas meteorológicamente: Thornthwaite. Blaney-Criddle. Jensen-Haise Modificado. Penman, Penman-Monteith. Ejemplo numérico de aplicación. 6.- Infiltración y movimiento del agua en el suelo 6.1. Conceptos 6.2. Factores que controlan la infiltración 6.3. Intensidad de infiltración versus infiltración acumulada 6.4. Medida y estimación de la infiltración. Infiltrómetro. Simuladores de precipitación. Análisis de Hidrogramas. Ejemplo numérico de aplicación. 6.5. Modelos de infiltración operacionales. Modelos empíricos de infiltración: Horton, Kostiakov. Holtan. Ejemplo numérico de aplicación. Modelos basados en la teoría aproximada: Philip. Modelos de estimación de precipitación en exceso. Modelos de Indice. Método del Número de Curva (CN) del Soil Conservation Service. Ejemplo numérico de aplicación: estimación agregada de CN. Ejemplo de aplicación estimación de CN distribuido espacialmente. 6.6. Tiempo de encharcamiento 6.7. Humedad del suelo y flujo no saturado. Porosidad. Contenido de humedad del suelo. Potencial de agua del suelo. Curva característica del agua del suelo. Movimiento de agua en el suelo. Perfil de humedad. Medida de la humedad del suelo 7.- Hidromorfometría 7.1. Introducción 7.2. Ordenación de cauces 7.3. Relaciones Geomorfológicas de Horton. Leyes. Obtención 7.4. Curva hipsométrica 7.5. Generación de índices morfométricos 7.6. Ley de Melton y Ley de Hack 7.7. Tiempo de viaje del flujo: estimación 7.8. Ejemplos de aplicación: Estimación de velocidades distribuidas del flujo. 8.- Estadística aplicada a la Hidrología 8.1. Introducción 8.2. Descripción de datos 8.3. Medidas de la tendencia central 8.4. Medidas de dispersión 8.5. Funciones de frecuencia 8.6. Funciones de probabilidad 8.7. Probabilidad y la curva normal 8.8. Distribuciones de probabilidad 8.9. Ajuste de distribuciones de probabilidad 8.10. Prueba de la bondad del ajuste 2
8.11. Análisis de frecuencia 8.12. Curvas intensidad-duración-frecuencia 8.13. Riesgo 9.- Análisis de hidrogramas 9.1. Concepto de escorrentía 9.2. Análisis del hidrograma 9.3. Definición de la constante de recesión (Kr). Evaluación. 9.4. Metodologías de separación de flujos 9.5. Mecanismos de generación de escorrentía 10.- Hidrometría 10.1. Medida de la escorrentía superficial 10.2 Estaciones de aforo. Criterios de ubicación. Redes foronómicas 10.3 Curva de gasto. Criterios y contraste. Análisis de series temporales. 10.4. Medidas aisladas. Método área-velocidad: Aforo con molinete hidráulico. Método de las fajas verticales. Ejemplo numérico de estimación. Aforos con flotadores. Método áreapendiente. Métodos de dilución 10.5. Medidas continuas. Método h-q. Método acústico. Método electromagnético. Estructuras de medida del flujo 11.- Análisis precipitación-aportación 11.1. Conceptos generales. Descripción de metodologías 11.2. Estimación del caudal pico: Método Racional Instrucción 5.2-IC. Modificación. 11.3. Concepto de HU. Hipótesis simplificativas. 11.4. Derivación del Hidrograma Unitario (HU). Métodos directos. Métodos indirectos. 11.5. Estimación de la escorrentía directa: ecuación de convolución. 11.6. Método del hidrograma en S. Obtención del Hidrograma en S. Obtención de un nuevo HU de duración D 11.7. Hidrogramas Unitarios sintéticos 11.8. Hidrograma Unitario Instantáneo (HUI) 11.9. Aplicaciones del hidrograma unitario 12.- Propagación del flujo 12.1. Propagación hidrológica e hidráulica 12.2. Propagación hidrológica en cauces. Modelo de Muskingum. Ejemplo numérico de aplicación 12.3. Propagación hidrológica en embalses. Modelo de Puls. Ejemplo numérico de aplicación 12.4. Propagación hidráulica. Ecuaciones de Saint Venant. Clasificación de los modelos distribuidos 3
Bibliografía y fuentes de referencia Bibliografía básica Hidrología Aplicada. Chow, V. T., Maidment, D. R., Mays, L. W. Editorial Mc Graw- Hill Interamericana, S.A. Santa Fé de Bogotá, Colombia, 1994. Hidrología Subterránea. Tomo I. Custodio, E. y Llamas, M. R. Ediciones Omega, S.A., Barcelona, España. 1983. Hydrology for Engineers. Linsley, R. K.; Kohler, M. A. y Paulhus, J. L., McGraw-Hill. (Trad. Cast. Hidrología para ingenieros. McGraw-Hill.. Bogota 1967), 1982. Bibliografía complementaria Hydrology for Water Management. Thompson, S.A., A.A. Balkema. Rotterdam, Netherlands, 1999. Hydrology: Water quantity and quality control. Wanielista, M., Kersten, R. and Eaglin, R., John Wiley & Sons, 1997. Hydrology and floodplain analysis. Philip B. Bedient, Wayne C. Huber. - 2nd ed. Addison- Wesley, 1992. Handbook of Hydrology. Maidment, D.R., McGraw-Hill, New York, 1993. Web relacionadas www.usace.army.mil http://www.marm.es www.chsegura.es Materiales necesarios El seguimiento de las clases a través del Centro Virtual, requiere un PC con los siguientes requisitos mínimos: Windows 95, 98, Me, NT 4.0, 2000, XP, Vista o superior Material didáctico: - Manual académico del curso. - Acceso a software técnico complementario - Modelos de simulación utilizados en el curso con los ejemplos propuestos comentados. Software técnico: - El curso incorpora la aplicación informática de modelización HEC-HMS - Este programa estará disponible en el Centro Virtual con documentación complemen- 4
taria para una mejor comprensión y utilización. Recomendaciones de estudio La asignatura requiere un seguimiento continuo por parte del alumno. Se recomienda estudiar conforme se desarrollen los contenidos en clase y realizar los ejercicios propuestos, preferentemente antes de su resolución por parte del profesor. Al comienzo de la asignatura es conveniente repasar los conceptos básicos de la asignatura Hidráulica e Hidrología II. El curso cuenta con un Aula Virtual desde el que poder realizar su seguimiento a través de Internet y una metodología de trabajo basada en la aplicación práctica de conocimientos mediante la formulación de supuestos reales y el desarrollo de un trabajo final. Tutorías La tutoría como una como una asesoría respecto al contenido del programa, orientación sobre trabajos, facilitación de fuentes bibliográficas y documentales, podrán ser realizadas durante el horario de tutoria establecido por el tutor. Sistema de evaluación De modo general se deberá acreditar una asistencia de al menos el 60% de todas las clases presenciales previstas. Así como la entrega de un trabajo final de curso, cuya evaluación la realiza el profesor responsable. Parte teórica La evaluación de la parte teórica consiste en preguntas o cuestiones sobre conceptos fundamentales impartidos en la materia. Se potencia en el alumno la capacidad de expresión, organización de ideas y síntesis para su presentación. Se plantearán preguntas conducentes a comprobar el grado de asimilación y la utilización que el alumno hace de los conceptos adquiridos. El valor de la prueba corresponderá al 40 % de la calificación final. Parte práctica Se planteará la resolución de problemas que incluirán en gran medida los conceptos fundamentales en que se basa la disciplina, estando basada su resolución en la aplicación correcta de los conocimientos. El valor de la prueba corresponderá al 60 % de la calificación final. 5