HIDROLOGIA GENERAL

HH – 113 I

SISTEMA DE CALIFICACIÓN: G

Evaluación Peso

Examen Parcial 1

Promedio de prácticas 1

Examen Final 1

Examen Sustitutorio 1

* PROMEDIO DE PRÁCTICAS:

- Se tomarán 05 prácticas.

- La Práctica N° 1 es la prueba de entrada, tiene peso 1, se

puede eliminar y abarca los siguientes temas:

Media y desviación estándar de datos agrupados y no

agrupados.

Recta de ajuste de Mínimos Cuadrados (Regresión lineal

simple) y coeficiente de correlación lineal.

Probabilidades, Distribución Normal y Log Normal.

Distribución de velocidades en flujos a presión y superficie

libre.

Cálculo de conductos a superficie libre. Ecuación de

Manning.

- La Práctica N° 2, es grupal, tiene peso 2 y no se elimina.

La nota de esta práctica grupal (NPG) se calculará a partir de

la nota del informe (NI) y de la nota de la sustentación (NS),

de la siguiente manera:

NPG = (NI + 3 NS)/4

CONTENIDO GENERAL DEL CURSO

INTRODUCCIÓN

PARÁMETROS FÍSICOS DE UNA CUENCA

ANÁLISIS DE INFORMACIÓN HIDROMETEOROLOGICA

CLIMATOLOGÍA

CUENCAS REGULADAS Y NO REGULADAS

ANÁLISIS DE AVENIDAS

TRÁNSITO DE AVENIDAS

INTRODUCCIÓN AL TRANSPORTE DE SEDIMENTOS.

BIBLIOGRAFÍA

* APARICIO JAVIER: FUNDAMENTOS DE HIDROLOGIA DE

SUPERFICIE.

* VEN TE CHOW: HIDROLOGIA APLICADA

* LINSLEY RAY: HIDROLOGIA PARA INGENIEROS

* MONSALVE GERMAN: HIDROLOGIA EN INGENIERIA

* CHEREQUE WENDOR: HIDROLOGIA PARA

ESTUDIANTES DE INGENIERIA

* ALIAGA VITO: HIDROLOGIA ESTADISTICA

* ALIAGA VITO: TRATAMIENTO DE DATOS

HIDROMETEOROLOGICOS.

* VILLON MAXIMO: HIDROLOGIA ESTADISTICA

HIDROLOGÍA: Proviene de la composición de las palabras

griegas:

HYDRO: AGUA

LOGOS: ESTUDIO O TRATADO.

Se define como la ciencia dedicada al estudio del agua sobre la

tierra, su ocurrencia, circulación y distribución, sus propiedades

químicas y físicas y su reacción con el medio ambiente,

incluyendo su relación con los seres vivos.

Es una ciencia interdisciplinaria que vincula otras ramas como

la mecánica de fluidos, estadística, física, química, geología,

biología entre otros.

El estudio de la hidrología se divide a su vez en:

- Hidrología determinística.

- Hidrología estocástica.

- Hidrología aplicada.

- Hidrología estadística.

- Hidrología experimental.

- Hidrología científica.

- Hidrología dinámica.

- Hidrología física.

- Hidrología arqueológica.

- Hidrología nuclear.

- Hidrología histórica.

- Hidrología socio económica.

- Hidrología ambiental.

- Hidrología de calidad del agua, entre otros.

CICLO HIDROLÓGICO

DISTRIBUCIÓN DEL AGUA SOBRE LA TIERRA

BALANCE HIDROLÓGICO

El Balance Hidrológico relaciona las variables que intervienen en el

ciclo hidrológico: precipitación, evapotranspiración, escurrimiento

superficial, almacenamiento superficial y subterráneo y flujo de agua

subterránea. Se aplica cuando se realiza la distribución de los

recursos hidráulicos a nivel global o en cuencas particulares. Es

imprescindible en los estudios de regulación de embalses.

El cálculo del balance hídrico en una cuenca o en una región

determinada permite obtener información sobre: el volumen anual de

escurrimiento o excedentes; el período en el que se produce el

excedente y por tanto la infiltración o recarga del acuífero; y el

período en el que se produce un déficit de agua o sequía.

El establecimiento de un balance supone la medición de flujos de

agua (caudales) y almacenamientos de la misma (niveles). Se pueden

Lagos

87%

Pantanos 11%

Rios 2%

establecer balances de forma general, incluyendo aguas superficiales

y subterráneas o parciales considerando sólo aguas superficiales. En

cualquier caso, para establecer el balance se analizan las entradas y

las salidas de agua en el sistema, es decir, se aplica la Ecuación de

Continuidad sobre un volumen definido:

VENTRADA - VSALIDA = Variación del almacenamiento

El balance hidrológico para la cuenca mostrada, se puede expresar

de la siguiente manera:

ΔS = VP + VQE – VQS - VI – VG – VET

Donde:

ΔS: Cambio en el almacenamiento superficial y subterráneo. Incluye

almacenamiento en cauces, embalses, suelo y acuíferos.

VP: Volumen debido a la precipitación.

VQE: Volumen debido al caudal superficial que entra.

VQS: Volumen debido al caudal superficial que sale.

VI: Volumen de infiltración.

VG: Volumen neto de aguas subterráneas desde la cuenca hacia el

exterior.

VET: Volumen que se pierde debido a la evapotranspiración.

ROCA MADRE

CAUCE PRINCIPAL

DIVISORIA DE AGUAS

DIVISORIA DE AGUAS SUBTERRÁNEA

I QS + G

QE

CUENCA HIDROGRÁFICA

Es el lugar geográfico delimitado por cumbres montañosas altas.

Límite de la cuenca

o Divisoria de aguas

CUENCA HIDROLÓGICA

La cuenca hidrológica es más completa que la cuenca hidrográfica,

son unidades morfológicas integrales que además de incluir a la

cuenca hidrográfica, abarcan también la estructura hidrogeológica

subterránea de los acuíferos. Es decir, el concepto de cuenca

hidrográfica hace referencia a la zona de escurrimiento superficial de

las precipitaciones, mientras que el de cuenca hidrológica incluye

también a las aguas subterráneas.

Dependiendo de su geología, estas cuencas (Hidrológica e

hidrográfica) pueden ser diferentes, ya que en muchos sitios es

normal que el agua subterránea se mueva en direcciones diferentes

que la superficial y aflore en sitios diferentes a la de la cuenca donde

cayeron las precipitaciones que la alimentan.

TIPOS DE CUENCA

EXORREICA: Es aquella cuenca en la cual sus aguas

descargan hacia el mar o hacia un cauce de agua mayor

ENDORREICA: Es aquella cuenca en la cual las aguas

provenientes de sus partes altas desembocan en un lago o

laguna.

ARREICA: Es una cuenca cuyas aguas no desembocan ni en

lagos, ni en mares porque se evaporan a la atmósfera o se

infiltran en el suelo. Generalmente corresponden a pequeños

cursos de agua de carácter temporal.

CUENCAS HIDROGRAFICAS DEL PERU

El Perú cuenta con un territorio que abarca sólo el 0,87% de la

superficie continental del planeta pero le corresponde casi el 5% del

agua dulce del planeta. Esto, que sin duda constituye una ventaja en

términos de recurso, se enfrenta a la realidad que nos dice que las

aguas superficiales se distribuyen de manera desigual en nuestro

territorio. El relieve del Perú es como gran cuenco que permite que

cualquier gota de agua que drene su territorio lo haga únicamente en

tres posibles direcciones: hacia el Océano Pacífico, hacia el Océano

Atlántico o hacia el lago Titicaca. Es por esta razón que hablamos de

tres grandes conjuntos hidrográficos: la vertiente del Pacífico, la

cuenca del Amazonas y la hoya del Titicaca. Cada una de ellas con

características distintas. Son las cumbres de la cadena occidental de

los Andes las que definen si las aguas de los ríos van a parar ya sea

al Océano Pacífico o al Océano Atlántico por esta razón a esta línea

de cumbres se le denomina la divisoria continental. En el Sur del

país los Andes se abren a manera de dos grandes brazos que obligan

a los cursos a entregar sus aguas en el lago del Titicaca, de allí el

nombre de hoya del Titicaca.

Algunos ríos más importantes son:

* C. hidrográfica del Océano Pacífico: Tumbes, Chira, Olmos,

Santa, Huaura, Rímac, Ica, Camana, Locumba, entre otros.

* C. hidrográfica del Océano Atlántico: Mantaro, Ucayali,

Marañon, Huallaga, Urubamba, Amazonas, entre otros.

* C. hidrográfica del Lago Titicaca: Suches, Ramis, Ilave,

Coata, Desaguadero, entre otros.

PARÁMETROS FÍSICOS DE UNA CUENCA

1. Área de la cuenca (A):

Es la proyección sobre un plano horizontal de la superficie de la

cuenca. Se expresa en km2.

2. Perímetro de la cuenca (P):

Es la longitud total del contorno de la cuenca (Línea divisoría)

proyectada sobre un plano horizontal. Se expresa en km.

3. Índice de Compacidad o Índice de Gravelius (KC): Nos indica

la relación que existe entre el perímetro de la cuenca con el

perímetro de un círculo cuya área es igual al área de la cuenca.

A; P A; Pc

D

𝐾𝑐 = 𝑃

𝑃𝑐 Pc = π D

A = π D2/4 ……. 𝐷 = 2√𝐴/𝜋,

Reemplazando en el perímetro del círculo:

𝑃𝑐 = 2√𝜋𝐴

Reemplazando: 𝐾𝑐 = 𝑃

2√𝜋𝐴

Las cuencas con KC 1 tienden a provocar crecidas más violentas,

ya que el tiempo de recorrido del agua a través de la cuenca es

mucho menor que en el caso de las cuencas alargadas.

4. Factor de Forma: Ff

Nos indica la relación que existe entre el ancho medio de la cuenca

(B) y la longitud de la misma (L), medido desde su salida o

desembocadura hasta el límite de la cuenca, siguiendo la dirección

del cauce más largo.

𝐹𝑓 = 𝐵

𝐿

Por definición del ancho medio, se debe cumplir:

A = B* L

Finalmente:

𝐹𝑓 = 𝐴

𝐿2

5. Pendiente media de la cuenca: Sc

5.1 Criterio del Rectángulo Equivalente

El rectángulo equivalente es aquel cuya área y perímetro es igual al

de la cuenca que se está analizando.

A = L x l P = 2 ( L + l)

También, del Índice de Compacidad: 𝑃 = 𝐾𝑐 2√𝜋𝐴 reemplazando:

𝐿 . 𝑙 = 𝐴

𝐿 + 𝑙 = 𝐾𝑐 √𝜋𝐴

Resolviendo para “L”:

l

L

A; P

A; P

𝐿 = √𝜋𝐴

2 [𝐾𝑐 + √𝐾𝑐2 −

4

𝜋]

Luego, por definición de pendiente:

Sc = H/L

Donde:

H: Desnivel máximo en la cuenca

L: Longitud del lado mayor del rectángulo equivalente.

5.2 Criterio de Alvord

La pendiente de la cuenca se determina a partir del cálculo previo de

las pendientes existentes entre curvas de nivel.

Sea:

ai: Área tributaria correspondiente a la curva de nivel “i”

li: Longitud de la curva de nivel “i”

D: Separación constante entre curvas de nivel

Podemos hallar el ancho medio: bi, aplicando 𝑏𝑖 = 𝑎𝑖

𝑙𝑖

Entonces, podemos hallar la pendiente (Si) correspondiente a la

curva de nivel “i”:

𝑆𝑖 = 𝐷

𝑏𝑖=

𝐷 𝑙𝑖

𝑎𝑖

Del mismo modo, se puede realizar este cálculo para todas las demás

curvas de nivel de la cuenca. Finalmente, la pendiente media de la

cuenca (Sc), viene dado por:

𝑆𝑐 = [𝑆1 𝑎1

𝐴+ 𝑆2

𝑎2

𝐴+ 𝑆3

𝑎3

𝐴+ … … . . +𝑆𝑛

𝑎𝑛

𝐴 ]

Reemplazando:

𝑆𝑐 = 1

𝐴 [

𝐷 𝑙1

𝑎1 𝑎1 +

𝐷 𝑙2

𝑎2 𝑎2 +

𝐷 𝑙3

𝑎3 𝑎3 + … … … . +

𝐷 𝑙𝑛

𝑎𝑛 𝑎𝑛 ]

𝑆𝑐 = 𝐷

𝐴 ∑ 𝑙𝑖

Algunas características de esta cuenca de acuerdo a la pendiente de

la cuenca se muestran en el siguiente cuadro:

SC (%) Superficie promedio de la cuenca

0 - 2 Llano

2 - 5 Suave

5 - 10 Accidentado medio

10 - 15 Accidentado

15 - 25 Fuertemente accidentado

25 - 50 Escarpado

> 50 Muy escarpado

6. Densidad de Drenaje: Dd

Indica la capacidad que tiene una cuenca para evacuar las aguas que

discurren por su superficie:

𝐷𝑑 = ∑ 𝑙𝑖

𝐴

Donde:

∑li: Longitud total de los cursos de agua (Perennes o

intermitentes), en Km.

A: Área de la cuenca, en Km2

Algunos valores de referencia se muestran en el cuadro siguiente:

Dd (km/km2) Densidad de drenaje

< 1 Baja

1 a 2 Moderada

2 a 3 Alta

> 3 Muy alta

Factores que condicionan la densidad de drenaje:

Menor densidad de drenaje:

o Materiales del terreno resistentes a la erosión

o Suelos muy permeables

o Pendientes suaves

o Abundante cobertura vegetal

Mayor densidad de drenaje:

o Materiales erosionables

o Suelos impermeables

o Pendientes fuertes

o Escasa cobertura vegetal

Una cuenca bien drenada generaría poca oportunidad de darle

tiempo a la escorrentía superficial de percolar a nivel

subterráneo, de allí que los acuíferos de estas cuencas son de

bajos rendimientos o en su defecto el volumen de recarga es

muy pobre.

Por el contrario, una densidad de drenaje baja representa una

cuenca con una respuesta hidrológica muy lenta.

Intermitente

Perenne