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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

4

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

5

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.

6

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