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CONTENIDO
NDICE DE FIGURAS ......................................... 2
NDICE DE CUADROS ....................................... 2
1. INTRODUCCIN ........................................ 3
2. DETERMINACIN DEL REA DE INFLUENCIA
DE UNA CUENCA ....................................... 3
3. CLCULO DE LA PRECIPITACIN PROMEDIO
EN UNA CUENCA ....................................... 4
3.1 Mtodo Media aritmtica ............................ 4
3.2 Polgonos de Thiessen .................................. 4
3.3 Mtodo de las isoyetas ................................ 5
4. PERODO DE RETORNO (T) ........................ 6
5. ESTIMACIN DEL VOLUMEN MEDIO ANUAL
DE ESCURRIMIENTO .................................. 7
5.1 Coeficiente de escurrimiento ....................... 7
6. ESTIMACIN DE LA AVENIDA MXIMA O
ESCURRIMIENTO MXIMO ....................... 8
6.1 Envolventes de Creager ............................... 8
6.2 Mtodo de las huellas mximas .................. 9
6.3 Frmula Racional ......................................... 9
6.4 Mtodo racional modificado ....................... 9
7. AFORO DE MANANTIALES Y CORRIENTES . 11
6.5 Mtodo volumtrico .................................. 11
7.1 Mtodo seccin-velocidad ......................... 11
8. BIBLIOGRAFA .......................................... 12
9. ANEXO 1 .................................................. 14
10. ANEXO 2. ................................................. 17
11. ANEXO 3. ................................................ 20
NDICE DE FIGURAS
Figura 1. Pequeos embalses. ............................ 3
Figura 2. Delimitacin de una cuenca
hidrogrfica. ........................................................ 4
Figura 3. Polgonos de Thiessen. ......................... 5
Figura 4. Isoyetas. ............................................... 5
Figura 5. Elementos de una seccin transversal. 9
Figura 6. Curvas Intensidad-Duracin-Frecuencia
(IDF). .................................................................. 10
Figura 7. Distribucin de la velocidad del flujo en
una seccin transversal. .................................... 12
Figura 8. Regiones hidrolgicas de la Repblica
Mexicana ........................................................... 17
NDICE DE CUADROS
Cuadro 1. Ejemplo de clculo de Perodos de
Retorno para eventos mximos anuales de lluvia.
............................................................................. 6
Cuadro 2. Perodos de retorno para diferentes
categoras de presas. ........................................... 7
Cuadro 3. Velocidad media del agua (m/s) en
cauces. ............................................................... 11
Cuadro 4. Valores de K, en funcin del tipo y uso
de suelo. ............................................................ 14
Cuadro 5. Regiones hidrolgicas de la Repblica
Mexicana, valores del coeficiente c de Creager y
Lowry. ................................................................ 17
Cuadro 6. Valores del coeficiente de rugosidad
(n) de Manning para cauces naturales. ............. 20
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HIDROLOGA APLICADA A LAS PEQUEAS OBRAS HIDRULICAS
1. INTRODUCCIN
El significado literal de la palabra Hidrologa es;
el estudio del agua.
La Hidrologa es la ciencia que estudia el agua, su
ocurrencia, circulacin y distribucin en la
superficie terrestre; sus propiedades fsicas y
qumicas y su relacin con el medio ambiente
incluyendo a los seres vivos.
La Hidrologa aplicada est constituida por
aquellas partes de la Hidrologa que ataen al
diseo, construccin y operacin de proyectos
de Ingeniera para el control y aprovechamiento
del agua. En la fase de planificacin y diseo, el
anlisis hidrolgico se dirige bsicamente en fijar
la capacidad y seguridad de las estructuras
hidrulicas.
Los procesos fsicos que aborda la hidrologa
involucran tantas variables, que su estudio,
desde un enfoque puramente determinstico,
resulta poco til para la Ingeniera Hidrolgica,
puesto que en la resolucin de problemas reales
normalmente no se dispone de los niveles de
informacin necesarios para abordar este tipo de
planteamientos. Con frecuencia, es necesario
partir de un conjunto de hechos observados y
mediante anlisis empricos o conceptuales,
definir las magnitudes y frecuencias de
volmenes de escurrimiento y caudales de
conduccin.
En el presente documento se presentan los
principales mtodos empricos: 1) para evaluar
los recursos hdricos de una cuenca hidrolgica
que delimita determinada obra de captacin y
definir la capacidad ms adecuada para el
embalse, y 2) para la estimacin de las mximas
avenidas que pueden presentarse durante la vida
til de la obra, con el fin de disear de forma
adecuada las estructuras necesarias que
permitan su trnsito sin producir daos a las
obras y prcticas COUSSA.
Figura 1. Pequeos embalses.
2. DETERMINACIN DEL REA DE
INFLUENCIA DE UNA CUENCA
Una cuenca es una zona de la superficie terrestre
en donde (si fuera impermeable) las gotas de
lluvia, que caen sobre ella, tienden a ser
drenadas por el sistema de corrientes hacia un
mismo punto de salida.
La cuenca hidrogrfica constituye la unidad de
gestin del recurso hidrulico, y por definicin es
el territorio donde las aguas fluyen al mar a
travs de una red de cauces que convergen en
uno principal, o bien el territorio en donde el
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agua forma una unidad autnoma o diferenciada
de otras, an sin que desemboque en el mar.
Tradicionalmente, la delimitacin de cuencas se
ha realizado mediante la interpretacin de los
mapas cartogrficos (Figura 2). Este proceso ha
ido evolucionando con la tecnologa; hoy en
da, con los sistemas de informacin
geogrfica (SIG) y los Modelo Digitales de
Elevacin se puede delimitar el rea de
escurrimiento en forma sencilla.
Figura 2. Delimitacin de una cuenca hidrogrfica.
3. CLCULO DE LA PRECIPITACIN
PROMEDIO EN UNA CUENCA
Un primer factor, de gran importancia para la
estimacin de los parmetros hidrolgicos, es la
estimacin de la precipitacin media en un lapso
de tiempo y distribucin espacial dentro de la
cuenca.
Para calcular la precipitacin promedio en una
cuenca, es necesario analizar las series de datos
de precipitacin disponibles, al menos por 30
aos, de las estaciones meteorolgicas
existentes dentro de la cuenca y su periferia.
A partir de dicha informacin se puede ponderar
la aportacin espacial de cada sitio a travs de
los siguientes mtodos: aritmtico, Thiessen o de
las curvas isoyetas, que se describen a
continuacin.
3.1 MTODO MEDIA ARITMTICA
Es el mtodo ms simple para obtener la
precipitacin media sobre una cuenca; consiste
en efectuar un promedio aritmtico de las
cantidades de lluvia medidas en dicha reas. Este
mtodo se recomienda en: regiones planas, con
estaciones distribuidas uniformemente, con
elevado nmero de pluvimetros y donde el
gradiente de precipitacin tenga una variacin
menor al 10% con respecto a la media.
3.2 POLGONOS DE THIESSEN
Este mtodo se basa en ponderar el valor de la
variable climtica en cada estacin en funcin de
un rea de influencia ai, superficie que se calcula
segn un procedimiento de poligonacin. El
procedimiento asume que en el rea de
influencia, definida por la poligonal, ocurre el
mismo valor de lluvia de aquel observado en la
estacin meteorolgica ms cercana (Figura 3).
Los polgonos de Thiessen tienen la desventaja
de proporcionar una distribucin discontinua de
la lluvia sobre la cuenca y de considerar una
distribucin homognea dentro de cada
polgono. Sin embargo, se considera que la
ponderacin que propone proporciona
http://franklinlmc.obolog.com/delimitacion-cuenca-hidrografica-233721http://franklinlmc.obolog.com/delimitacion-cuenca-hidrografica-233721 -
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resultados rpidos y aceptables. La ponderacin
se determina como:
(1)
Donde:
D = altura de precipitacin media, mm.
ai = rea de influencia de la estacin, km2.
Di = precipitacin media en la estacin i, mm.
A = rea total de la cuenca, km2.
Figura 3. Polgonos de Thiessen.
3.3 MTODO DE LAS ISOYETAS
Consiste en obtener, a partir de los datos de las
estaciones meteorolgicas, las lneas que unen
los puntos con igual valor de precipitacin
(isoyetas). Este mtodo, hasta donde la red de
estaciones meteorolgicas lo permita,
proporciona un plano con la distribucin real de
la precipitacin dentro de la cuenca (Figura 4). El
valor de la precipitacin media, en la cuenca, se
obtendr a partir de la siguiente expresin:
(2)
Donde:
ai = rea entre cada dos isoyetas, km2.
Di = promedio de precipitacin entre dos
isoyetas, mm.
Figura 4. Isoyetas.
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4. PERODO DE RETORNO (T)
Perodo de retorno es uno de los parmetros
ms significativos a ser tomado en cuenta en el
momento de dimensionar una obra hidrulica
destinada a soportar avenidas, como por
ejemplo: el vertedero de una presa, los diques
para control de inundaciones; o una obra que
requiera cruzar un ro o arroyo con seguridad,
como puede ser un puente.
El periodo de retorno se define como el intervalo
de recurrencia (T), al lapso promedio en aos
entre la ocurrencia de un evento igual o mayor a
una magnitud dada. Este periodo se considera
como el inverso de la probabilidad, del m-simo
evento de los n registros.
El valor del periodo de retorno se determina en
funcin de la posicin de la variable aleatoria
(Pmx o Qmx en su caso) en una tabla de
valores, ordenados de mayor a menor, como se
muestra en el Cuadro 1. Con base en las
siguientes relaciones:
y
(3)
Donde:
T = Perodo de retorno (aos).
n = Numero de aos de registro.
m = Nmero de orden.
P = Probabilidad.
Cuadro 1. Ejemplo de clculo de Perodos de Retorno
para eventos mximos anuales de lluvia.
Fecha Lluvia (mm)
Lluvia ordenado
(mm)
Nmero de orden
(m)
Perodo de retorno T
(aos)
Probabilidad P (%)
1992 51.0 80 1 17 5.88
1993 40.0 54 2 8.5 11.76
1994 29.0 51 3 5.7 17.65
1995 40.0 50 4 4.3 23.53
1996 40.0 50 5 3.4 29.41
1997 50.0 45 6 2.8 35.29
1998 54.0 44.5 7 2.4 41.18
1909 40.0 40 8 2.1 47.06
2000 40.0 40 9 1.9 52.94
2001 40.0 40 10 1.7 58.82
2002 44.5 40 11 1.5 64.71
2003 50.0 40 12 1.4 70.59
2004 45.0 40 13 1.3 76.47
2005 33.0 35 14 1.2 82.35
2006 80.0 33 15 1.1 88.24
2007 35.0 29 16 1.1 94.12
El perodo de retorno para el que se debe
dimensionar una obra vara en funcin de la
importancia de la misma (inters econmico,
socio-econmico, estratgico, turstico), de la
existencia de otras vas alternativas capaces de
remplazarla, y de los daos que implicara su
ruptura: prdida de vidas humanas, costo y
duracin de la reconstruccin, costo del no
funcionamiento de la obra, etc.
En presas pequeas, para la seleccin del
perodo de retorno, se utiliza el Cuadro 2, y se
determina en funcin de la categora de la presa.
http://es.wikipedia.org/wiki/Obra_hidr%C3%A1ulicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Vertederohttp://es.wikipedia.org/wiki/Puente