MÉTODO DE LA CURVA NÚMERO O CURVA DE ESCURRIMIENTO

PROFESORA CARMEN PAZ CASTRO

AYUDANTES MIGUEL PAVEZ · MISAEL CABELLO

MONITOR(A) ROSITA EDWARDS

13 – OCTUBRE - 2015

Introducción • Dentro de la hidrología superficial es de gran importancia la

escorrentía, para ello es imprescindible calcular cuáles son los montos y porcentajes de precipitación destinados tanto a la escorrentía directa (precipitación efectiva o neta) como también a los procesos de infiltración.

• Por ello, el análisis se compone de una serie de factores tanto antrópicos como naturales que componen el medio, de manera tal de estimar los posibles efectos de los fenómenos asociado al escurrimiento superficial de aguas lluvias y los impactos en el recurso suelo.

• Para saber cuales son los montos de escurrimiento primero es importante definir aquellos factores que intervienen en el proceso, y de que manera se pueden determinar cuantitativamente y los posibles impactos sobre el medio

Curva Número - Introducción

• Método empírico propuesto por SCS (1972), que calcula la

escorrentía producida por un monto determinado de precipitación en

función del parámetro número de curva, que a su vez depende de

las condiciones de infiltración de la zona en que se produce la

tormenta de diseño. Por lo tanto, este método integra los siguientes

factores condicionantes:

• Tipo de suelos

• Usos y coberturas de suelo

• Pendiente

• Humedad previa del suelo

• ¿Porqué?

Curva Número - Introducción • a) Tipos de suelo --> influencia de la textura, estructura, contenido de

humedad y la conductividad hidráulica --> espacio poroso y retención de agua hidroscópica.

Curvas de infiltración típicas para diferentes texturas del suelo

Fuente: McLaren & Cameron (1990) en JENN et al., (2007)

Curva Número: factores condicionantes que considera el

método

• a) Tipos de suelo --> se basa en la identificación de los cuatro

grupos hidrológicos del suelo categorizados desde la letra A a D en

función de las características inherentes a estos

A El agua infiltra rápidamente, aún

cuanto estén muy húmedos. Profundos y de texturas gruesas (arenosas o areno-limosas), están excesivamente drenados

C Cuando están muy húmedos la infiltración es lenta. La profundidad del suelo es inferior a media y su textura es franco-arcillosa, franco-arcillo-limosa o arcillo-arenosa. Son suelos imperfectamente drenados

B Cuando están muy húmedos tienen una capacidad de infiltración moderada. La profundidad del suelo es de media a profunda y su textura es franco-arenosa, franca, franco-arcillosa o franco limosa. Están bien o moderadamente drenados.

D Cuando están muy húmedos la infiltración es muy lenta. Tienen horizontes de arcilla en la superficie o próximos a ella y están pobremente o muy pobremente drenados. También se incluyen aquí los terrenos con nivel freático permanentemente alto y suelos de poco espesor (litosuelos)

Curva número: factores condicionantes que considera el

método

• Grupos hidrológicos de suelos:

Grupo hidrológico

Potencial de escorrentía

Infiltración en Suelo húmedo

Suelos típicos

A Bajo Alto Excesivamente drenados, arenas y gravas

B Moderado Moderado Texturas medias (francas)

C Medio Lento Suelos de textura fina, con impedimento para el

drenaje

D Alto Muy lento Arcillas hidratadas, duripanes, suelos poco

profundos o suelos impermeables

Curva Número: factores condicionantes que considera

el método

• a) Tipos de suelo --> se basa en la identificación de los cuatro

grupos hidrológicos del suelo categorizados desde la letra A a D en

función de las características inherentes a estos

• b) Usos y coberturas del suelo: considerados debido a su influencia en los porcentajes de permeabilidad e infiltración asociados a estos.

• c) Pendiente: dada su relación inversa con la infiltración y directa con el potencial de escorrentía.

• d) Humedad previa del suelo: para lo cual se consideraron condiciones de antecedencia intermedia, es decir, AMC =2; esto es que los suelos no se encuentran ni secos ni saturados.

Curva Número: definición de las variables de cálculo

• 1) Curva número (CN): parámetro que representa una relación empírica entre

una precipitación asociada a una tormenta específica y la escorrentía generada

por dicho evento. Los datos de esta variable presentan un orden ascendente a

medida que las condiciones de uso se hacen más impermeables, y también

aumentan en base al potencial de escorrentía de cada grupo hidrológico del

suelo. Los números de curva serán extraídos de la tabla que se presentará en

instantes.

• 2) Retención potencial máxima (S): variable que estima y se encuentra

condicionada por capacidad de almacenamiento o la intensidad de infiltración

del suelo.

• 3) Pérdidas iniciales (Ia): por evaporación, infiltración, entre otros; que

corresponde al agua que se elimina del ciclo hidrológico y no es considerada

dentro de la escorrentía final.

• 4) Escorrentía potencial (Ppot): es lo que se considera como lo que debería

escurrir en circunstancias que no consideran datos empíricos.

Curva Número: definición de las variables de cálculo

• 5) Precipitación neta (Pe): corresponde al exceso de precipitación, o

precipitación efectiva, que no se retienen ni infiltra en el terreno, es decir,

escurre.

• 6) Coeficiente de escorrentía (Ce): que varía entre 0 y 1, e indica la

proporción de agua caída que escurre por la superficie del terreno. Su

complemento a 1 representa la infiltración, esto es, si un área residencial posee

un Ce = 0,8, implica que el porcentaje de precipitación que se infiltra es de un

20%, lo que se traduce en una mayor escorrentía y acumulación de aguas si el

resto de los factores condicionantes lo permite. Su resultado se expresa en mm

de altura y es adimensional, no obstante, es un valor que se obtiene de manera

diferencial para cada porción del territorio ya que cada área con grupos

hidrológicos y usos de suelo homogéneos presenta un valor único de Ce.

• 7) Precipitación máxima en 24 horas (Pp): corresponde al monto de

precipitación bajo el cual se calcula la tormenta de diseño. Para el área de

estudio, se utilizará el monto de 58,4 mm en 24 horas en un T de 10 años

(Estación meteorológica de Quinta normal)

Curva Número: procedimientos de cálculo • Paso 1º- Se identifican y fotointerpretan los usos de suelo y se calculan los porcentajes que

representan dentro del área de estudio (sólo el cuadrante que le tocó a cada grupo). Para eso

utilizan la siguiente tabla para áreas urbanas. Producto -> Mapa de usos de suelo.

Tipo de cobertura y Condición hidrológica

% promedio de área

impermeable

Número de Curva (CN) Grupo hidrológico

A B C D

Áreas urbanas plenamente desarrolladas

1. Áreas abiertas (parques, campos de golf, cementerios, etc).

Cobertura de pastizales y áreas verdes

Baja (menor al 50%) 68 79 86 89

Media (entre el 50% y 75%) 49 69 79 84

Alta (mayor al 50%) 39 71 74 80

2. Áreas impermeables

Estacionamientos pavimentados, banquetas, techos, etc. 98 98 98 98

3. Carreteras y vialidades

Pavimento con alcantarillado 98 98 98 98

Pavimento con zanjas

Empedrado 76 85 89 91

Terracerías 72 82 87 89

4. Zonas urbanas

Áreas comerciales 85 89 92 94 95

Áreas industriales 72 81 88 91 93

5. Zonas residenciales por porcentaje y tamaño del lote

0.05 ha 65 77 85 90 92

0.10 ha 38 61 75 83 87

0.20 ha 25 54 70 80 85

0.80 ha 12 46 65 77 82

Áreas urbanas en desarrollo

Áreas recién limpiadas y niveladas 77 86 91 94 Fuente: Mardones, 1999 & Chow, 1994.

Curva Número: procedimientos de cálculo

• Paso 1º- o la siguiente tabla para superficies naturales o

cultivadas:

•

Fuente: Mardones, 1999 & Chow, 1994.

Curva Número: procedimientos de cálculo • Paso 2º- Se definen e identifican los grupos hidrológicos del suelo que hay dentro de cada uso

de suelo. (identificados en el paso 1º). Producto -> mapa de grupos hidrológicos del suelo.

• Para esto, deben ustedes asignar el grupo hidrológico que le corresponde a cada serie de suelo

de su área de estudio en base a la textura representativa de la serie. (se debe justificar en el

informe, porqué se asignó tal grupo de hidrológico en base a la textura).

A El agua infiltra rápidamente, aún cuanto estén muy húmedos. Profundos y de texturas gruesas (arenosas o areno-limosas), están excesivamente drenados

C Cuando están muy húmedos la infiltración es lenta. La profundidad del suelo es inferior a media y su textura es franco-arcillosa, franco-arcillo-limosa o arcillo-arenosa. Son suelos imperfectamente drenados

B Cuando están muy húmedos tienen una capacidad de infiltración moderada. La profundidad del suelo es de media a profunda y su textura es franco-arenosa, franca, franco-arcillosa o franco limosa. Están bien o moderadamente drenados.

D Cuando están muy húmedos la infiltración es muy lenta. Tienen horizontes de arcilla en la superficie o próximos a ella y están pobremente o muy pobremente drenados. También se incluyen aquí los terrenos con nivel freático permanentemente alto y suelos de poco espesor (litosuelos)

Curva Número: procedimientos de cálculo • Paso 3º (en Excel)- . Se asigna el

valor de CN por uso de suelo y

grupo hidrológico en base a la

matriz propuesta por CHOW

(1994). Luego, a partir del producto

entre el valor CN asignado por

grupo hidrológico y el porcentaje

que representa dentro de una zona

con un uso o cobertura del suelo

determinado, se obtuvo el valor de

Curva número ponderado (Cnp)

para cada porción del territorio.

Curva Número: procedimientos de cálculo • Paso 4º- Se calcula el valor de S El resultado se obtuvo en pulgadas, por lo que se realizó la conversión a milímetros,

multiplicando por 25,4.

• (mm)

• Paso 5º- Se calcula el valor de Ia:

•

• Paso 6º- Se identifica el valor de Ppot:

• Paso 7º- Se calcula el valor de Pe:

Paso 8- Por último, se determina el valor de Ce:

58,4 mm (T = 10 años)

Curva Número: interpretación del Coeficiente de escorrentía

• De acuerdo a MONSALVE (1999), aquellos usos y coberturas de suelo que presenten bajos valores de Ce, presentan un mayor grado de superficie permeable; por el contrario, superficies de mayor impermeabilidad presentan coeficientes que tienden a 1. Luego, con los valores de Ce obtenidos se desprende que los usos de suelo poseen ciertas condiciones de permeabilidad por lo que:

• - Usos y coberturas que presentan valores de Ce entre 0,1 y 0,2 poseen una alta permeabilidad, correspondiente a sectores de cultivo y superficies eriazas extensas, entre otras.

• - Usos y coberturas que presentan un Ce aproximado a 0,3 presentan una alta permeabilidad a media. Estas zonas incluyen sectores parcelados, parques, entre otros.

• - Usos industriales y urbanos presentan valores de Ce 0,6 o superiores, por lo tanto poseen una baja permeabilidad.

Este coeficiente se puede definir como relativo a una lluvia aislada o a un intervalo de tiempo en donde ocurren las lluvias. Es importante considerar, que conociendo el coeficiente de escorrentía para una determinada lluvia con cierta intensidad y cierta duración en un área dada, se puede determinar las escorrentía superficial de otras precipitaciones de intensidades diferentes, desde que la duración de la lluvia sea la misma (Monsalve, 1999).

Diversos autores entregan rangos de coeficiente de escorrentía (Monsalve, 1999), para los diferentes usos:

Áreas residenciales: 0.3 – 0.7

Áreas industriales: 0.5 – 0.9

Praderas: 0.1 – 0.25

Bosques: 0.1 – 0.25

Áreas Verdes: 0.1 – 0.25

Terrenos Agrícolas: 0.1 – 0.3

Otro ejemplo de aplicación

Finalmente, se grafican las variables para cada uso de suelo

Muchas gracias por su atención =)