ESCURRIMIENTOS 1
Proceso Lluvia-Escurrimiento 2
El proceso lluvia - escurrimiento Precipitación Infiltración Evapotranspiración Intercepción Escurrimiento Superficial Percolación Escurrimiento Subsuperficial Lento Escurrimiento Subsuperficial Rápido Escurrimiento Base Escurrimiento Directo 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: 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: P R E - T - I = S
Precipitación 1,528 km 3 /año Evapotranspiración 1,095 km 3 /año Importaciones 50 km 3 /año Prec 1, 528 ETP 1,095 SubT 433 Imp-Exp 50 Disp Nat 483 Esc 417 Rec Ac 66 Exportaciones 0.44 km 3 /año Escurrimiento superficial virgen 417 km 3 /año Recarga de acuíferos 66 km 3 /año Disp media hab/año, en m3. 1970 : 9,815; 2000 : 4,706; 2030 : 3,721
ESCURRIMIENTOS Volúmenes mensuales/anuales Hidrogramas---gastos ó caudales 7
Factores que Influyen en el escurrimiento Factores meteorológicos Factores fisiográficos Factores tipo suelo Factores uso suelo Presencia de almacenamientos naturales o artificiales amortiguadores 8
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 9
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 10
PROBLEMÁTICA EVENTOS HIDROMETEOROLÓGICOS (EXTREMOS) ALTAS PRECIPITACIONES DEFORESTACIÓN PÉRDIDA DE ESPECIES ENDÉMICAS PÉRDIDA DE SUELOS REDUCCIÓN DE CAPACIDAD HIDRÁULICA ACTIVIDADES ANTROPOGÉNICAS CAMBIO USO DEL SUELO EROSIÓN INVASIÓN DE CAUCES FEDERALES DE RÍOS MENORES TIEMPOS DE CONCENTRACIÓN FISIOGRAFIA CARACTERÍSTICAS FISIOGRÁFICAS DE LAS CUENCAS GRANDES PENDIENTES ALTAS VELOCIDAES DE FLUJO ARRASTRE DE MATERIAL GRUESO Y FINO INUNDACIÓN
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
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TELEMETRÍA 24
BASE DE DATOS BANDAS 25
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 1976 1982 1988 1994 612 hidrométricas en 1999 319 en regiones 12, 18 y 26 35 con sedimentos en 1999
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Recordar que volúmen escurrido es El área bajo el hidrograma 31
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Curva Elevaciones-Gastos Q = a( H H ) b o Q = gasto en m3/s H=elevación del nivel del agua, metros H o = elevación en la cual el gasto es nulo, metros a y b= parámetros de la ecuación 35
Q = A *V Velocidad con molinete Area de un cauce natural 1 A= y x x 2 n ( ) i i 1 i+ 1 i= 1 36
Esquema del proceso Lluvia- Escurrimiento-Hidrograma L lu v i a 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 A g u a S u b t e r r á n e a F lu jo S u p e r f ic ia l I n t e r f lu jo F lu jo S u p e r f ic ia l F lu jo B a s e Q e n h id r o g r a m a s o e s c u r r i m ie n t o e n c o r r ie n t e s * P a r a u n a t o r m e n t a d e d u r a c i ó n m e n o r a 2 4 h o r a s ( d í a n u b la d o ) l a E V T p u e d e s e r d e s p r e c ia b l e. R e p r e s e n t a p o r m u c h o a p r o x i m a d a m e n t e 2 %. S i l o 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. 37
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. HIDROGRAMA DE TORMENTA Gasto en ft3/s sec 20000 15000 10000 5000 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Tiempo en horas 38
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 39
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 40
Q Fórmula empírica de Fuller (U.S.) = Q ( 1 + 0.8 log Tr ) Tr m b Q m = q 1 + 2.66 A 0.3 Q Tr =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 Km 2 Tr = periodo de retorno 41
Fórmula empírica de Gete (España) Q = ( 4+16 logtr) A Tr Q Tr =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 Km 2 Tr = periodo de retorno 42
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 L esc = P e = Q = 508 P + 5.08 N 2032 P + 20.32 N 2 Q y P en cm; N=número de curva 43