Escorrentía

Escorrentía

En términos sencillos, la escorrentía es aquella parte de la lluvia que en lugar de infiltrarse en el suelo se desplaza sobre la superficie del suelo hacia el cauce fluvial. A veces se denomina escorrentía superficial o de superficie

• El motivo principal por el cual estudiamos el proceso de escorrentía es la necesidad de estimar la cantidad de agua que alcanza rápidamente el cauce fluvial.• La escorrentía es el componente más importante de la

predicción de crecidas y esta constituida básicamente de agua pluvial.

Procesos generales del agua del suelo

En general, la escorrentía comienza en la divisoria de las aguas que marca el perímetro de la cuenca. Toda la escorrentía dentro de una cuenca drena en un único sitio en la salida de la cuenca.

El movimiento del agua del suelo es el resultado de básicamente tres procesos físicos: entrada, transmisión y almacenamiento.

– El proceso de entrada, que se denomina más comúnmente infiltración, ocurre en el límite entre el agua y la superficie

del suelo.

La infiltración es el movimiento del agua hacia abajo a través de la superficie del suelo.

– La transmisión, es la percolación, tantovertical como horizontal, que puede producirse en toda la profundidad de la capa del suelo.

La percolación, se refiere al movimiento del agua dentro del suelo.

La escorrentía superficial es elmovimiento del agua sobre la superficie del suelo hacia el

cauce fluvial

Factores que afectan a la escorrentíaLa escorrentía seria fácil de determinar si la cantidad agua que cae (precipitación) es la misma que sale; pero en el camino existen varios factores que afectan a la escorrentía

– Intercepción, por la vegetación. en cubiertas vegetales densas o en bosques, alcanza valores de hasta un 25% del agua total precipitada anualmente o un máximo de 10 mm por tormenta, normalmente es despreciable.– Evapotranspiración, su valor durante una tormenta es despreciable.– Almacenamiento superficial, relativamente importante en función de la topografía del terreno. En general supone de 0.5 a 1.5 mm del total de la lluvia.

– Infiltración, es el factor más importante y es función: tipo de suelo (textura, conductividad hidráulica), contenido inicial de humedad, presencia de horizontes limitantes en el suelo, cubierta superficial, y precipitación.

– Almacenamiento en cauces, denominado flujo base.

El caudal base o flujo base es el suministro de agua a largo plazo que

mantiene siempre al menos un poco de agua en el cauce, incluso

durante los períodos prolongados de sequía. El caudal base proviene

del agua que ha percolado hasta el almacenamiento profundo.

Transformación lluvia escorrentíaEl objetivo del estudio de la transformación de lluvia a escorrentía es predecir la magnitud del caudal de salida (Calcular el hidrograma que va a generar el hietograma de diseño) para el diseño de obras hidráulicas o el análisis del comportamiento del cauce aguas abajo, estudio de crecidas.

Las crecidas son eventos extraordinarios que se presentan en los cauces de las corrientes naturales durante las cuales las magnitudes de los caudales superan los valores medios que son normales en dichas corrientes.

Todos los métodos que analizan la transformación de lluvia a escorrentía, debenrealizar una proyección hacia el futuro, aplicando teoría de probabilidades,

con un grado de incertidumbre.

El cálculo de crecidas se basa en: – El régimen de lluvias en la cuenca que alimenta el cauce natural.

– Las características físicas de almacenamiento, erosión, infiltración y uso de la tierra de la cuenca.

Hasta la actualidad, se han desarrollado varios modelos, desde los más simples hasta los muy complejos, para analizar y pronosticar los factores involucrados en la producción de escorrentía.

El modelo específico que se elija para modelar la escorrentía, dependerá del tipo de información que necesite y del uso que se hará de los resultados.

El término “modelo hidrológico” se puede definir de distintas maneras según la manera de examinar el sistema natural y el grado de complejidad involucrado.

Modelo

• Reproducción a escala de un sistema, concepción mental, relación empírica o serie de ecuaciones matemáticas y estadísticas que representan un

sistema.

Aunque los modelos son representaciones imperfectas, son herramientas valiosas que nos permiten estudiar una gama de condiciones y formular respuestas que no podríamos obtener de forma práctica midiendo u observando el sistema real.

Modelo Hidrológico• Modelos empíricos, modelo representado por procesos simplificados basados

no sólo en observaciones, mediciones o experiencia práctica, sino también en principios o teorías. Como ser: Santi, Greager, Myer.

• Modelo matemático estocástico, modelo que incluye elementos estadísticos y produce un conjunto de salidas para un conjunto dado de entradas. La salida representa un conjunto de valores esperados. En los Modelos Estocásticos el algoritmo de cálculo incluye una o varias componentes probabilísticas. Con los Modelos Estocásticos se generan series futuras de lluvias, de caudales, de niveles de embalses, o de eventos extremos (Gumbel).

• Modelos determinísticos; es decir, el modelo produce la misma salida para una determinada entrada sintener en cuenta el riesgo o la incertidumbre. Un modelo de este tipo corresponde a un algoritmo de cálculo que da un resultado único.

• Método racional Método racional modificado Hidrograma Unitario, Método Isocronas (tiempo – área) Número de Curva (SCS)

Método racional

La aplicación de este método debería aplicarse a cuencas lo suficientemente pequeñas para que podamos suponer una precipitación homogénea en espacio y tiempo. Algunos autores señalan que solo debería aplicarse en cuencas menores a 40 hectáreas y ocasionalmente hasta 500 hectáreas, siempre y cuando que se demuestre que la cuenca tiene una precipitación homogénea .

Qp = C i ADonde:Qp= Caudal máximo expresado (m3/seg)C= Coeficiente de escurrimiento, adimensionali= Intensidad media de precipitación (m/s) corresponde al periodo de retorno considerado y a un intervalo igual al tiempo de concentración A= Área de la cuenca hidrográfica (m2)

El método racional se utiliza en hidrología para determinar el Caudal Instantáneo Máximo de descarga de una cuenca hidrográfica.

Hipótesis fundamental:

Una lluvia constante y uniforme que cae sobre la cuenca de estudio, producirá un gasto de descarga el cual alcanza su valor

máximo cuando todos los puntos de la cuenca esta contribuyendo al mismo tiempo en el punto de salida.

(Uniformidad en tiempo y espacio).

El método racional esta en función de: Área de la cuenca, Uso de la tierra, Pendiente y Cobertura vegetal

Intensidad de precipitación

• La intensidad i, según Chow et. al. (1994), se define como la tasa temporal de precipitación, o sea, la profundidad de la lámina de lluvia por unidad de tiempo (mm/hr).

• Lo ideal, es disponer de las curvas IDF, en ellas buscamos la intensidad i para el periodo de retorno elegido y para un tiempo igual al de concentración, tc.

Tiempo de concentración

Método del Número de Curva

HIDROGRAMA

HIDROGRAMAS SINTETICOS

Tránsito en cauces

La evolución de un hidrograma a medida que el agua recorre a lo largo de un cauce o a través de un depósito o embalse

Supongamos en un extremo arrojamos un volumen de agua se observa:• A – Hidrograma inicialmente alto y de menor duración• B,C – Cada vez los hidrogramas se van aplanando y su duración es mayor.• Suponiendo que no hay perdidas, el área comprendida en los tres hidrogramas es idéntica.

Tránsito en río

Calcular el transito de un hidrograma es obtener el hidrograma en un punto aguas abajo, desde un punto aguas arriba.

Método de MuskingumMétodo de Miskingum Cunge

MuskingumMétodo hidrológico, posiblemente uno de los mas utilizados por su sencillez en los cálculos manuales para el tránsito de avenidas.El almacenamiento en un tramo estable de un río depende principalmente de a descarga que entra y sale del tramo, y de las características hidráulicas de la sección.El almacenamiento del cauce puede descomponerse en dos partes:a) Almacenamiento en el primas que seria proporcional al caudal de

salida.b) Almacenamiento en cuña, que seria función de la diferencia entre

él caudal de entrada y el de salida. (I-O)

• El almacenamiento esta expresado como:

• Sumando las dos expresiones:

• Donde:• S= Almacenameinto en el tramo considerado en un cauce• I= Caudal de entrada en ese tramo• O= Caudal de salida de ese tramo• K= Constante de almacenamiento en tiempo para el tramo• X= Factor de ponderación que varia entre 0 y 0.5.

• m=5/3 canal rectangular• m=4/3 triangular• m= 11/9 parabolico

Método de Muskingum Cunge

• Es una de las técnicas mas recomendadas.• Esta clasificada como un modelo hidrológico pero proporciona

valores comparables a los métodos hidráulicos.• Depende de las características físicas del río.

DondeqO= descarga caudal por unidad de ancho (m3/seg/m)So= pendiente del canal (m/m)C= velocidad media (celeridad)

K=Δx/c

Representa el tiempo de viaje de la onda a través de la longitud del tramo a transitar, moviéndose a velocidad c.