1. introducción a la hidrología
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UNIVERSIDAD NACIONALSANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO
FACULTAD DECIENCIAS AGRARIAS
HIDROLOGIA
Ing. PEDRO ALEJANDRO TINOCO GONZÁLEZ
DOCENTE DEL CURSO
INTRODUCCIÓN A LA HIDROLOGIA
HIDROLOGIA
Ing. PEDRO ALEJANDRO TINOCO GONZÁLEZ
DOCENTE DEL CURSO
INTRODUCCIÓN A LA HIDROLOGIA
generalidades
AUMENTO DE POBLACIÓN
Demanda del consumo de agua para la población.
Aumento continuo de alimentos.
Mayor requerimiento para la producción pecuaria.
Disponibilidad de agua para la generación de energía.
Ampliación en el consumo de agua para la industria y
otros.
DISPONER DE AGUA EN CANTIDAD Y CALIDAD
SUFICIENTE PARA SATISFACER LAS NECESIDADES
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INTRODUCCIÓN A LA HIDROLOGIA
En el caso del Perú:
La Dirección General de Aguas y Suelos (1992), informo:
En la costa existen 876 000 ha aptas para ser
incorporadas a la agricultura, siendo la limitación
principal el recurso hídrico.
En la sierra, el uso actual a sobre pasado al uso
potencial en 156 000 ha.
En la selva, se encuentra el mayor potencial de tierras
agrícolas con 4’611 000 ha.
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INTRODUCCIÓN A LA HIDROLOGIA
Visión histórica de la hidrología
Biswas (1972), encontró practicas de manejo de agua
hechas por los egipcios y por los chinos (existe
evidencia arqueológica de estructuras hidráulicas para
irrigación). La presa, sobre el río Nilo (4000 años AC), y
posteriormente el canal de conducción entre Cairo y
Suez.
Los filósofos griegos (1400 AC), iniciaron en forma seria
el estudio de las escorrentías de aguas superficiales.
Los romanos, en la persona de Marco Vitruvios en el
ciclo hidrológico incluyen la infiltración del agua al sub
suelo.
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INTRODUCCIÓN A LA HIDROLOGIA
Durante el renacimiento, Bernardo Palissy (1509 –
1589), filósofo Frances, y a Leonardo da Vinci (1452 -
1519), perfeccionaron el conocimiento del ciclo
hidrológico, especialmente sobre la infiltración del agua
de lluvia y su retorno a la superficie a través de
manantiales.
Se considera que la hidrología nació en el ciclo XVII,
cuando dos científicos Franceses, Pierre Perrault (1608
– 1680) y Edmé Mariotte (1620 – 1682), determinaron la
fuente de abastecimiento en los ríos.
Varios años después Edmund Halley (1656 – 1742),
publicó estudios de evaporación del mar mediterráneo.
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INTRODUCCIÓN A LA HIDROLOGIA
Durante el siglo XVIII florecieron estudios
experimentales de hidráulica, como el piezómetro de
Bernoulli, el tubo de Pitot, el teorema de Bernoulli y la
formula de Chezy (1769). Contribuyeron el la
cuantificación de la información hidrológica.
En el siglo XIX fue la época grande de la hidrología
experimental. Los problemas geológicos se incorporan
por primera vez a problemas hidrológicos. En el campo
de las aguas superficiales, la hidrometría sufrió grandes
avances incluyendo el desarrollo de muchas fórmulas e
instrumentos de medición.
Humphreys y Abbot (1861), reportaron la medición de la
descarga del río Mississipi en 1888. La formula de
Manning fue introducida en 1889, y el correntómetro fue
inventado por Price en 1885.
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INTRODUCCIÓN A LA HIDROLOGIA
Los primeros 30 años del siglo XX, según Chow (1964),
el empirismo se hizo más evidente. Se dan cientos de
formulas empíricas.
De 1930 a 1950 se aplicaron a análisis racionales a las
bases empíricas para resolver problemas hidrológicos.
Se formulo la teoría del hidrograma unitario (Sherman,
1932), teoría de la infiltración (Horton, 1933), y la
ecuación hidráulica de pozos (Theis, 1935). En 1958
Gumbel, propuso el uso de distribuciones de valores
extremos para el análisis de frecuencia de datos
hidrológicos.
En la actualidad son utilizados instrumentos sofisticados
y computadoras de altas velocidades.
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DEFINICIÓN Y DOMINIO DE LA HIDROLOGÍA
Desde el punto de vista etimológico la Hidrología es el
estudio del agua.
En 1961 Merriam y Webster describieron la Hidrología
como “La ciencia que estudia las propiedades,
distribución y circulación del agua, sobre la superficie de
la tierra, en el suelo, bajo las rocas y en la atmósfera, en
lo que se refiere a la evaporación y precipitación.
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INTRODUCCIÓN A LA HIDROLOGIA
En 1959 El Federal Conuncil for Science and
Technology for Scientific Hydrology recomendó la
siguiente definición: “Hidrología es la ciencia que trata
del agua en la tierra, su ocurrencia, su circulación y
distribución, sus propiedades físicas y químicas y su
relación con el medio ambiente incluyendo los seres
vivientes.
De lo indicado, se infiere que la hidrología no es una
ciencia completamente pura, tiene relación muy estrecha
con la meteorología, geología, ecología, oceanografía y
otros.
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LA HIDROLOGÍA EN LA INGENIERÍA
Desde el punto de vista de la ingeniería, la hidrología
incluye los métodos para determinar el caudal como
elemento de diseño de las obras que tienen relación con el
uso y protección del agua, tales como represas, canales,
abastecimiento, drenaje, calidad del agua, manejo de
cuencas, etc. El análisis hidrológico es fundamental para el
planeamiento, diseño y operación de los sistemas
hidráulicos por lo que el ingeniero debe de buscar
respuestas a las siguientes preguntas.
¿Cuál es el caudal máximo probable en el lugar
propuesto para la construcción de una represa?.
¿Cómo varia la producción de agua en una cuenca de
estación y de año a año?.
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INTRODUCCIÓN A LA HIDROLOGIA
¿Cuál es la relación entre la escorrentía superficial y
flujo de agua subterráneo en una cuenca?.
Al analizar los caudales mínimos, ¿Cual será el caudal
esperado con un nivel de persistencia del 90 %?
Dado la variación natural de un curso de agua, ¿Cuál
será la capacidad del embalse apropiado?.
¿Qué equipos de medición y modelos de computadora
serán necesarios para predecir los caudales en tiempo
real?.
Para responder estas y otras interrogantes, el ingeniero
desarrolla metodologías basadas en análisis y mediciones
que permiten cuantificar cierta fase o fases del ciclo
hidrológico como precipitación, escorrentía, infiltración, etc.
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Hidrología
Aplicada
Ayuda a analizar los
problemas relacionados
con estas labores y provee
una guía para el
planeamiento y el manejo
de los recursos hídricos.
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INTRODUCCIÓN A LA HIDROLOGIA
El ciclo hidrológico.
El ciclo hidrológico, puede definirse como «La interminable
circulación que siguen las partículas de agua en cualquiera
de sus tres estados. La circulación se efectúa en forma
natural y durante la misma, el agua sufre transformaciones
físicas, que en nada alteran su cantidad»
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El ciclo hidrológico.
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INTRODUCCIÓN A LA HIDROLOGIA
El sistema hidrológico
Un sistema es un
conjunto de partes
conectados entre sí,
que forman un todo
Evaporación.
Transpiración.
Precipitación.
Interceptación de la vegetación.
Escorrentía superficial.
Infiltración.
Flujo sub superficial.
Flujo subterráneo.
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Precipitación
Escorrentía
superficial
Flujo sobre
el suelo
Transpiración
Intercepción
Evaporación
Escorrentía hacia
los ríos y océanos
Flujo
subsuperficialInfiltración
Flujo de agua
subterránea
Recarga de agua
subterránea
∑
∑
Agua
subsuperf
icia
l
Agua
atm
osfé
rica
Agua
su
pe
rfic
ial
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INTRODUCCIÓN A LA HIDROLOGIA
El sistema hidrológico se define como una estructura ovolumen en el espacio, rodeada por una frontera, queacepta agua y otras entradas, opera en ellainternamente y las produce como salidas.
OPERADOR
ENTRADA SALIDA
I (t) Q (t)
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INTRODUCCIÓN A LA HIDROLOGIA
RED HIDROMETEOROLÓGICA
La estación meteorológica, son los lugares donde se
observan, miden, registran los diferentes fenómenos y
elementos meteorológicos, los cuales son usados en la
determinación del estado del tiempo.
La información obtenida de estas estaciones son:
Precipitación.
Evaporación.
Radiación solar.
Insolación.
Humedad relativa.
Temperatura.
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INTRODUCCIÓN A LA HIDROLOGIA
Estación pluviométrica.
En ellas se registran las precipitaciones ocurridas en los
lugares de interés. Se pueden citar entre ellos,
pluviómetros mensuales, estacionales o totalizadores, o
pluviógrafos.
Estación hidrométrica.
Son lugares donde se observan, miden, registran los
fenómenos referentes al flujo de agua en un lugar
adecuado y/o sitio de interés.
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INTRODUCCIÓN A LA HIDROLOGIA
MODELO HIDROLÓGICO
El objetivo de análisis de sistemas hidrológicos es
estudiar la operación del sistema y predecir su
salida. Un modelo del sistema hidrológico es una
aproximación del sistema real, sus entradas y
salidas son variables hidrológicas mensurables, y
su estructura, un conjunto de ecuaciones o
funciones de transferencia que transforman las
variables de entrada en variables de salida.
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INTRODUCCIÓN A LA HIDROLOGIAM
OD
ELO
HID
RO
LÓ
GIC
O
MODELOS
FÍSICOS
MODELOS
MATEMÁTICOS
MODELOS
ESTOCÁSTICOS
MODELOS
DETERMINÍSTICOS
No considera la
aleatoriedad.
Se emplea cuando
las variables de
salida son peque-
ñas (pronóstico).
Si considera la
aleatoriedad.
Se usa cuando las
variables de salida
son mayores
(predicciones).
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INTRODUCCIÓN A LA HIDROLOGIA
Modelos determinísticos.
Proceso descrito razonablemente por una relación
matemática explicita, en forma tal que su comportamiento
fluctúa. Las variables hidrológicas pueden ser predecidas
bajo condiciones dadas.
Modelos Estocásticos.
Los modelos desarrollados bajo esta concepción,
determinan valores de las variables hidrológicas con una
determinada probabilidad de ocurrencia, resaltándose que
en este tipo de modelos se observa una cierta dependencia
en el tiempo.
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INTRODUCCIÓN A LA HIDROLOGIA
EL BALANCE HIDROLÓGICO
El balance hídrico, ésta dada por la relación
existente entre las variables hidrológicas
mensurables de ganancia y perdida de agua. El
análisis hídrico debe de realizarse en una región o
cuenca concreta que nos sirva de sistema de
control, bien en una estación o periodo
determinado.
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INTRODUCCIÓN A LA HIDROLOGIA
El balance hídrico debajo de la superficie.
El balance hídrico en la superficie.
El balance hídrico en la cuenca hidrográfica.
𝑃 − 𝑅 + 𝑅𝑔 − 𝐸𝑠 − 𝑇𝑠 − 𝐼 = 𝑆𝑠
𝐼 + 𝐺1 − 𝐺2 − 𝑅𝑔 − 𝐸𝑔 − 𝑇𝑔 = 𝑆𝑔
𝑃 − 𝑅 − (𝐸𝑆 + 𝐸𝑔) − (𝑇𝑆 + 𝑇𝑔) − (𝐺2 − 𝐺1) = (𝑆𝑠 + 𝑆𝑔)
En las ecuaciones anteriores, los sub índices «s» y «g»significan el origen del vector, sobre o debajo de lasuperficie del suelo, respectivamente.
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INTRODUCCIÓN A LA HIDROLOGIA
P : Precipitación.
T : Transpiración.
G : Flujo subterráneo.
S : Almacenamiento.
E : Evaporación.
R : Escorrentía superficial.
I : Infiltración.
Donde:
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MUCHAS GRACIAS
ESTUDIEN MUCHO