manual consolidado final lab hidrologia eris

7/24/2019 Manual Consolidado Final Lab HIDROLOGIA ERIS

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ManualLaboratorio de hidrologa: clculo yanlisis

Un balance hdrico general, parte del conocimiento de las entradas y salidas de unsistema, representadas en la ecuacin por la precipitacin, y la evapotranspiracin,

respectivamente. La fidelidad del resultado obtenido de esta operacin dependedirectamente de la cantidad de informacin de la que se dispone, por lo que no hayun mtodo que se ajuste mejor a un estudio, sino la eleccin depende de los datos

que se manejen.

2014

Promocin Hidrologa 2014Escuela Regional de Ingeniera Sanitaria y Recursos Hidrulicos - ERIS

02/05/2014


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Contenido

Contenido .................................................................................................................................... 2

Objetivo ........................................................................................................................................ 4

Objetivo general ....................................................................................................................... 4

Objetivos especficos ............................................................................................................... 4

Introduccin ................................................................................................................................ 5

MANUAL DE LABORATORIO DE HIDROLOGA .................................................................... 6

Hidrologa .................................................................................................................................... 6

Ciclo hidrolgico ...................................................................................................................... 6

Tipos de precipitacin ................................................................................................................. 7

Precipitacin convectiva .......................................................................................................... 7

Precipitacin orogrfica ........................................................................................................... 7

Precipitacin frontal ................................................................................................................ 8

Medicin de la precipitacin ....................................................................................................... 9

Pluvimetro .......................................................................................................................... 9Pluvigrafo ........................................................................................................................... 9

Banda del pluvigrafo ......................................................................................................... 10

Intensidad .................................................................................................................................... 11

Hietograma ........................................................................................................................... 11

Anlisis de una banda del pluvigrafo ................................................................................ 11

Ejemplo de discretizacin ................................................................................................... 12

Discretizacin a cada 5 minutos ......................................................................................... 12

Discretizacin a cada 10 minutos ....................................................................................... 16

Discretizacin a cada 30 minutos ....................................................................................... 19

Discretizacin a cada 60 minutos ...................................................................................... 21

Distribucin de la lluvia ............................................................................................................. 22

Promedio aritmtico ............................................................................................................... 22


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Polgonos de Thiessen ............................................................................................................ 23

Isoyetas .................................................................................................................................... 23

Ejemplo prctico .................................................................................................................... 24Solucin por el mtodo de promedio aritmtico .............................................................. 24

Solucin por el mtodo de polgonos de Thiessen ............................................................ 25

Solucin por el mtodo de promedio aritmtico ............................................................... 27

Hidrograma promedio ............................................................................................................... 29

Balance Hdrico.......................................................................................................................... 29

Hidrograma anual .................................................................................................................. 29

Evapotranspiracin .................................................................................................................30

Evapotranspiracin por Ecuacin de Hargreaves ..................................................................30

Ejemplo de aplicacin de la Ecuacin de Hargreaves........................................................ 31

Evapotranspiracin por Ecuacin de Blaney Criddle ......................................................... 33

Ejemplo de aplicacin de la Ecuacin de Blaney - Criddle ...............................................34

Evapotranspiracin por Penman ............................................................................................36

Ejemplo de aplicacin del mtodo de Penman: ................................................................ 40

Bibliografa .................................................................................................................................. 41


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Objetivo

Objetivo general

Elaborar una gua para el estudio, anlisis e interpretacin de la informacin sobre

precipitacin y evapotranspiracin, en un balance hdrico.

Objetivos especficos

1. Explicar los componentes de un balance hdrico.

2. Definir el concepto de precipitacin, definido desde sus tipos, instrumentos de

medicin y lectura, anlisis de resultados, y metodologas para determinar

precipitacin promedio.

3. Definir el concepto de evapotranspiracin, los parmetros que influyen en ella, ladiferencia entre potencial y real, as como los distintos mtodos para estimar laevapotranspiracin.

4. Demostrar la importancia de cada mtodo de estimacin de variables hidrolgicas,

segn la informacin disponible.


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Introduccin

El balance hdrico de un rea se realiza con el propsito de estimar el recurso hdricodisponible, comprendiendo una diversidad de parmetros hidrolgicos, geogrficos,climticos, entre otros, los cuales influyen directamente en los valores de precipitacin y

evapotranspiracin.

El estudio de la precipitacin inicia desde el tipo de precipitacin que se presenta en el rea,su forma instrumento de medicin, y los tipos de mtodos que se utilizan para establecer un

valor representativo de la misma, para un evento dado. Los instrumentos de medicinplasman la informacin de un evento en el pluviograma, el cual es utilizado para formar la

grfica del hietograma, y a partir de ella iniciar el anlisis numrico de la precipitacin.

Por otro lado, los mtodos utilizados para la estimacin de la precipitacin utilizan distintosprocesos para el clculo de la media, desde un promedio aritmtico, hasta la ponderacin

por reas de influencia.

El otro trmino a considerar en un balance hdrico, es la evapotranspiracin, la cualrepresenta el valor de vapor de agua que es cedido a la atmsfera debido a la evaporacin ytranspiracin en la cubierta vegetal, el suelo, y los cuerpos de agua. Este proceso es afectadopor las condiciones del rea, y existen diversas metodologas que toman en consideracin

diferentes factores, dependiendo de la disponibilidad de informacin que se tenga.

Entonces, un balance hdrico general, parte del conocimiento de las entradas y salidas de unsistema, representadas en la ecuacin por la precipitacin, y la evapotranspiracin,respectivamente. La fidelidad del resultado obtenido de esta operacin dependedirectamente de la cantidad de informacin de la que se dispone, por lo que no hay unmtodo que se ajuste mejor a un estudio, sino la eleccin depende de los datos que se

manejen.


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MANUAL DE LABORATORIO DE HIDROLOGA

S como el ro, siempre hacia adelante

Hidrologa

El primer paso para introducirse en el mundo de la Hidrologa, es conocer sus conceptosbsicos de los cuales trata este captulo.

La hidrologa es el estudio cientfico de las aguas de la Tierra. La hidrologa examina las

propiedades del agua, as como su presencia, ocurrencia, distribucin y movimiento sobre el

planeta.

Ciclo hidrolgico

El ciclo hidrolgico se conoce tambin como ciclo del agua. Este ciclo describe elmovimiento vertical y horizontal del agua en estado gaseoso (vapor), lquido o slido entre

la superficie, el subsuelo, la atmsfera y los ocanos terrestres.

Figura No. 1: Componentes del ciclo hidrolgico


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Tipos de precipitacinLos tipos de precipitacin surgen del Ciclo Hidrolgico. La precipitacin es el factor

principal que controla el ciclo hidrolgico local.Precipitacin convectiva

Se produce generalmente en regiones clidas y hmedas., cuando masas de aire clidas, alascender en altura, se enfran, generndose de esta manera la precipitacin.

Figura No. 2: Ejemplificacin de precipitacin convectiva.

Precipitacin orogrfica

Se genera durante el ascenso de una nube sobre un relieve como lo son las montaas y lascordilleras. Esto ocurre porque el vapor de agua se eleva demasiado y su temperatura baja losuficiente como para precipitar en forma lquida.


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Figura No. 3: Ejemplificacin de precipitacin orogrfica

Precipitacin frontal

Ocurre cuando dos masas de aire de distintas presiones, tales como la fra (ms pesado) y la

clida (ms liviana) chocan una con la otra.

Figura No. 4: Ejemplificacin de precipitacin frontal


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Medicin de la precipitacinLa medicin de la precipitacin se lleva a cabo en una estacin climtica por los

instrumentos meteorolgicos conocido como pluvimetro.Pluvimetro

Mide la lluvia en forma puntual, a travs de un receptor en su parte superior que deposita elagua dentro de un colector, en el cual se recolecta el agua a travs de una probeta graduada

y se mide la cantidad de lluvia.

Figura No. 5: Representacin de un pluvimetro

Pluvigrafo

Mide la lluvia en forma continua, es decir, en el tiempo en que se va registrando la tormenta,

a travs de la banda que posee en su interior, conocida como banda del pluvigrafo.


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Figura No. 6: Representacin de un pluvigrafo

Banda del pluvigrafo

Es la hoja donde se registra la manera en que se comporta el agua. En Guatemala se utilizandos tipos, el diario y el semanal.

Figura No. 7: Imagen de una banda de pluvigrafo.


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Para realizar un anlisis del comportamiento de la lluvia es importante conocer un concepto

muy importante como lo es la intensidad.

IntensidadVen Te Chow define a la intensidad como: La tasa temporal de precipitacin, o sea, la

profundidad por unidad de tiempo (mm/h o pulg/h)y se expresa de la siguiente manera:

En donde:P= profundidad de la lluvia (milmetros o pulgadas)Td= tiempo de duracin (horas)

Tambin otra herramienta muy importante que ayuda en el anlisis de la lluvia es el

hietograma.

Hietograma

Consiste en una representacin grafica de la precipitacin en funcin del tiempo.

Anlisis de una banda del pluvigrafo

La lectura de las bandas pluviogrficas comienza desde que se empieza a registrar lluvia enel pluvigrafo, hasta donde ya no se registre. La palabra discretizar, quiere decir, tomar un

determinado tiempo de anlisis en la lectura de la banda. Para realizar el anlisis de bandase realizan los tres pasos siguientes:

a) Eleccin de un tiempo de discretizacin puede ser corto o largo.b) Se procede a discretizar a cada cinco, diez o los minutos elegidos, una manera de

hacerlo es marcando una pequea diagonal a 45 grados, similar a las de un acotadode los planos, en donde la lnea del evento intercepte las lneas del pluviograma.

c) El registro se anota en una hoja de datos, para luego digitalizar la informacin.


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Ejemplo de discretizacin

En la siguiente figura se presenta un pluviograma en la cual se necesita determinar lo

siguiente:

Discretizar la banda a cada 5, 10, 30 y 60 minutos.

Determinar los hietogramas y curva de masa para cada discretizacin.

Figura No. 8: Representacin de un pluviograma

Discretizacin a cada 5 minutos

HoraPrecipitacin (mm)

Cada 5 minutosPrecipitacin

acumulada (mm)Intensidad

(mm/h)17:00 0 0 017:05 0 0 017:10 0 0 017:15 0 0 0

17:20 0 0 017:25 0 0 017:30 2.1 2.1 25.217:35 0.2 2.3 2.417:40 0 2.3 017:45 0 2.3 017:50 0 2.3 017:55 0 2.3 0


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18:00 0 2.3 018:05 0 2.3 018:10 0 2.3 0

18:15 0.2 2.5 2.418:20 0 2.5 018:25 1.1 3.6 13.218:30 2.2 5.8 26.418:35 0.5 6.3 618:40 0.5 6.8 618:45 0.2 7 2.418:50 0.2 7.2 2.418:55 0.6 7.8 7.219:00 0.8 8.6 9.619:05 4 12.6 48

19:10 5.5 18.1 6619:15 3 21.1 3619:20 3.5 24.6 4219:25 1 25.6 1219:30 0.5 26.1 619:35 0.3 26.4 3.619:40 0.3 26.7 3.619:45 1.5 28.2 1819:50 1.8 30 21.619:55 0.5 30.5 620:00 0.5 31 620:05 0.5 31.5 620:10 0.5 32 620:15 0.6 32.6 7.220:20 0.6 33.2 7.220:25 0.5 33.7 620:30 0.7 34.4 8.420:35 0.3 34.7 3.620:40 0.4 35.1 4.820:45 0.3 35.4 3.620:50 0.2 35.6 2.420:55 0.1 35.7 1.221:00 0.1 35.8 1.221:05 0.15 35.95 1.821:10 0.15 36.1 1.821:15 0.7 36.8 8.421:20 0.7 37.5 8.421:25 0.5 38 621:30 0.1 38.1 1.221:35 0.2 38.3 2.4


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21:40 0 38.3 021:45 0 38.3 021:50 0 38.3 0

21:55 0.5 38.8 622:00 0.5 39.3 622:05 0.5 39.8 622:10 0.5 40.3 622:15 0.5 40.8 622:20 0.5 41.3 622:25 0.3 41.6 3.622:30 0.3 41.9 3.622:35 0.2 42.1 2.422:40 0.2 42.3 2.422:45 0.4 42.7 4.8

22:50 0.4 43.1 4.822:55 0.4 43.5 4.823:00 0.4 43.9 4.823:05 0.5 44.4 623:10 0.5 44.9 623:15 0.5 45.4 623:20 0.5 45.9 623:25 0.5 46.4 623:30 0.6 47 7.223:35 0.5 47.5 623:40 0.5 48 623:45 0.2 48.2 2.423:50 0.2 48.4 2.423:55 0.2 48.6 2.400:00 0.2 48.8 2.400:05 0.2 49 2.400:10 0.2 49.2 2.400:15 0.15 49.35 1.800:20 0.15 49.5 1.800:25 0.15 49.65 1.800:30 0.15 49.8 1.800:35 0.15 49.95 1.800:40 0.05 50 0.600:45 0.05 50.05 0.600:50 0.05 50.1 0.600:55 0 50.1 001:00 0.1 50.2 1.201:10 0.1 50.3 1.201:15 0.1 50.4 1.201:20 0.1 50.5 1.2


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01:25 0 50.5 001:30 0 50.5 001:35 0 50.5 0

01:40 0 50.5 001:45 0 50.5 001:50 0 50.5 001:55 0.15 50.65 1.802:00 0.15 50.8 1.802:05 0.1 50.9 1.202:10 0.1 51 1.202:15 0.05 51.05 0.602:20 0.05 51.1 0.602:25 0 51.1 002:30 0 51.1 0

02:35 0.05 51.15 0.602:40 0.05 51.2 0.602:45 0.5 51.7 602:50 0.05 51.75 0.602:55 0 51.75 003:00 0 51.75 0

Tabla No. 1: Discretizacin del evento a cada 5 minutos

Grfico No. 1: Hietograma de la discretizacin a cada 5 minutos

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Grfico No. 2: curva de masa de la discretizacin a cada 5 minutos



Cada 10 minutosPrecipitacin

acumulada (mm)Intensidad (mm/h)

17:00 0 0 017:10 0 0 017:20 0 0 017:30 0 0 017:40 2.1 2.1 12.617:50 0 2.1 018:00 0 2.1 018:10 0 2.1 018:20 0.2 2.3 1.218:30 3.3 5.6 19.818:40 1 6.6 6

18:50 0.4 7 2.419:00 1.4 8.4 8.419:10 9.9 18.3 59.419:20 6.5 24.8 3919:30 1.5 26.3 919:40 0.6 26.9 3.619:50 3.2 30.1 19.220:00 1 31.1 6

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20:10 1 32.1 620:20 1.2 33.3 7.220:30 1.2 34.5 7.2

20:40 0.7 35.2 4.220:50 0.5 35.7 321:00 0.2 35.9 1.221:10 0.3 36.2 1.821:20 1.4 37.6 8.421:30 0.6 38.2 3.621:40 0.2 38.4 1.221:50 0 38.4 022:00 1 39.4 622:10 1 40.4 622:20 1 41.4 622:30 0.6 42 3.622:40 0.4 42.4 2.422:50 0.8 43.2 4.823:00 0.8 44 4.823:10 1 45 623:20 1 46 623:30 1 47 623:40 1 48 623:50 0.3 48.3 1.800:00 0.3 48.6 1.800:10 0.15 48.75 0.900:20 0.2 48.95 1.200:30 0.2 49.15 1.200:40 0.2 49.35 1.200:50 0.04 49.39 0.2401:00 0.01 49.4 0.0601:10 0.2 49.6 1.201:20 0.1 49.7 0.601:30 0 49.7 001:40 0 49.7 001:50 0 49.7 002:00 0.2 49.9 1.202:10 0.2 50.1 1.202:20 1 51.1 602:30 0 51.1 002:40 0.1 51.2 0.602:50 0.55 51.75 3.303:00 0 51.75 0



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cada 30 minutosPrecipitacin


(mm/h)17:00 0 0 017:30 0 0 018:00 2.1 2.1 4.218:30 3.5 5.6 719:00 2.8 8.4 5.619:30 17.9 26.3 35.820:00 4.8 31.1 9.620:30 3.4 34.5 6.8

21:00 1.4 35.9 2.821:30 2.3 38.2 4.622:00 1.2 39.4 2.422:30 2.6 42 5.223:00 2 44 423:30 3 47 600:00 1.6 48.6 3.200:30 0.55 49.15 1.101:00 0.25 49.4 0.501:30 0.3 49.7 0.602:00 0.2 49.9 0.4

02:30 1.2 51.1 2.403:00 0.65 51.75 1.3



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cada 30 minutosPrecipitacin


(mm/h)17:00 0 0 018:00 2.1 2.1 2.119:00 6.3 8.4 6.320:00 22.7 31.1 22.721:00 4.8 35.9 4.8

22:00 3.5 39.4 3.523:00 4.6 44 4.600:00 4.6 48.6 4.601:00 0.8 49.4 0.802:00 0.5 49.9 0.503:00 1.85 51.75 1.85



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20

25

17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 01:00 02:00 03:00


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Distribucin de la lluvia

Promedio aritmtico

Es el mtodo ms simple para determinar la precipitacin promedio sobre un rea. Sepromedian las cantidades de precipitacin que se registran en un nmero dado depluvimetros. Este mtodo es satisfactorio si los pluvimetros se distribuyen uniformementesobre el rea y sus mediciones individuales no varan de manera considerable de la media.

Este puede medirse utilizando la ecuacin (I).

(Ecuacin I)

Dnde:, precipitacin promedio sobre un rea.

Pi, precipitacin media medida en un pluvimetro i.

N, total de pluvimetros tomados en consideracin para el promedio.

0

10

20

30

40

50

60

17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 01:00 02:00 03:00


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Polgonos de Thiessen

Para evaluar la lluvia sobre un rea determinada se puede realizar mediante el uso de la

posicin relativa de los pluvimetros respecto del rea. Si slo hay un pluvimetro en lazona, el rea de la cuenca puede estar representada por este pluvimetro. Si se tiene encuenta que algunos de los pluvimetros son ms representativos del rea en cuestin que

otros, pueden asignrseles pesos relativos para el clculo del promedio del rea.

El mtodo de Thiessen generalmente es ms exacto que el mtodo de la media aritmtica,pero es inflexible, debido a que se tiene que construir una nueva red de polgonos cada vezque haya un cambio en la red de pluvimetros, tal como ocurre cuando falta informacin enalguno de ellos. Adems, el mtodo de Thiessen no tiene en cuenta en forma directa las

influencias de la orografa en la lluvia. Este puede medirse utilizando la ecuacin (II).

(Ecuacin II)


Pi, precipitacin media medida en un pluvimetro i.Ai, rea representativa del pluvimetro i

Isoyetas

El mtodo de las isoyetas supera algunas de estas dificultades mediante la construccin de

isoyetas, utilizando precipitaciones registrados en los pluvimetros e interpolando entrepluvimetros adyacentes. Cuando existe una red densa de pluvimetros, los mapas de

isoyetas pueden construirse utilizando programas de computador para dibujar curvas denivel. Una vez que el mapa de isoyetas se construye, se mide el rea Ai entre cada par deisoyetas en la cuenca y se multiplica por el promedio Pi de la precipitacin de lluvia de lasdos isoyetas adyacentes para calcular la precipitacin promedio sobre el rea mediante laecuacin (III). El mtodo de las isoyetas es flexible, y el conocimiento de los patrones de latormenta puede influir en la grfica de las mismas, pero es necesaria una red de medidoresms o menos densa para construir correctamente el mapa de isoyetas de una tormentacompleja.

(Ecuacin III)


Pi, precipitacin media entre dos lneas isoyetas.Ai, rea entre dos lneas isoyetas.


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Ejemplo prctico

La cuenca ejemplo tiene un rea de 311.87 km y tiene tres estaciones meteorolgicas comose observa en la figura 1. Los datos de precipitacin promedio mensual (mm) se presenta en

la tabla No. 5.

Figura No. 9. Ubicacin de las estaciones meteorolgicas en la cuenca ejemplo.

Est May Junio Julio Ago Sept Oct Nov Dic Enero Feb Marzo Abril1 145 347 422 333 250 271 209 173 136 105 79 88

2 192 450 507 446 416 234 70 70 54 41 45 793 165 389 441 412 390 314 153 153 135 90 77 96

Tabla No. 5: Precipitacin promedio mensual cuenca ejemplo

A continuacin se presenta el clculo de la precipitacin promedio para los tres mtodos

anteriores.

Solucin por el mtodo de promedio aritmtico

Se calcula la precipitacin anual de cada una de las estaciones que se tomarn en cuentapara el clculo. Esto se hace sumando las precipitaciones promedio mensuales del ao deobservacin.


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Por lo que las precipitaciones anuales se enumeran en la tabla no. 10.

EstacinPrecipitacin anual

(mm)1 2,5582 2,6043 2,815

Tabla No. 10: Precipitacin anual de la cuenca ejemplo

Se calcula la precipitacin promedio utilizando la ecuacin (I).

El resultado de la operacin es

Solucin por el mtodo de polgonos de Thiessen

Se calcula la precipitacin anual de cada una de las estaciones que se tomarn en cuentapara el clculo. Esto se hace sumando las precipitaciones promedio mensuales del ao de

observacin.



(mm)1 2,5582 2,6043 2,815

Tabla 11. Precipitacin anual de la cuenca ejemplo

Se traza la red de polgonos de Thiessen, siguiendo los siguientes pasos:

a) Se tranzan lnea uniendo las estaciones meteorolgicas como se observa en la figura

no. 10.


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Figura No. 10: Lneas entre estaciones meteorolgicas.

b) Se trazan lneas perpendiculares a las lneas trazadas en la literal a. hasta que estas seintercepten entre ellas y los lmites de la cuenca ejemplo como se muestra en la

figura no. 11. Estas lneas delimitan las reas representativas de cada estacin.

Figura 11. Delimitacin de las reas representativas de cada estacin de la cuenca ejemplo.


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c) Las reas delimitadas se calculan mediante el uso de software como AutoCAD o

ArcMap. Para la cuenca ejemplo se enumeran las reas en la tabla no. 12.

Estacin rea (Km)1 115.032 87.42

3 109.42

Tabla no. 12. reas representativas de la cuenca ejemplo

Utilizando la ecuacin (II) se calcula la precipitacin promedio de la cuenca ejemplo:


Solucin por el mtodo de promedio aritmtico

Se calcula la precipitacin anual de cada una de las estaciones que se tomarn en cuentapara el clculo. Esto se hace sumando las precipitaciones promedio mensuales del ao de

observacin.



(mm)1 2,5582 2,604

3 2,815

Tabla no. 13: Precipitacin anual de la cuenca ejemplo

Se asume que la precipitacin vara en forma lineal entre uno y otro pluvimetro, es decirsobre la lnea que los une se puede trazar a intervalos regulares la curva que hace falta. El

resultado se presenta en la figura 12.


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Figura no. 12. Isoyetas cuenca ejemplo

Las reas entre isoyetas se calculan mediante el uso de software como AutoCAD o ArcMap.

Para la cuenca ejemplo se enumeran las reas en la tabla no. 14.

Isoyetas rea (Km)2410-2490 21.412490-2570 70.68

2570-2650 77.63

2650-2730 67.48

2730-2810 50.06

2810-2890 23.75

2890-2970 0.86Tabla no. 14: reas tributarias entre isoyetas

Utilizando la ecuacin (III) se calcula la precipitacin promedio de la cuenca ejemplo:



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Hidrograma promedioEl hietograma es la representacin grfica de la precipitacin (mm) en funcin del tiempo, el

cual generalmente se representa como un histograma. El Hietograma puede hacer referenciaa un evento, a un registro diario, mensual, o anual, dependiendo de la informacin que

contenga, y el enfoque que se le quiera dar, para el inters del estudio.

El Hietograma promedio, entonces, contiene la informacin para un periodo de tiempo,luego de haber obtenido los datos segn los distintos mtodos para la determinacin de laprecipitacin promedio.

Grfico No. 9: Hietograma promedio. Precipitacin promedio mensual cuenca ejemplopara 3 estaciones.

Balance Hdrico

Hidrograma anual

Un hidrograma es una representacin grfica de la variacin de un caudal a lo largo deltiempo, para un punto de control o aforo. Un hidrograma resulta influenciado por lascaractersticas climticas, geolgicas, hidrogrficas y topogrficas de la cuenca, por lo que lacomparacin de un hidrograma derivado de un estudio, contra un hidrograma observado,supone una variacin, cuyo ajuste de parmetros y caractersticas resulta en la calibracin de

valores importantes que afectan la respuesta de la cuenca ante una precipitacin.


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El hidrograma anual, entonces, es la representacin grfica de la variacin del caudal medioanual a lo largo de un ao hidrolgico (mayo abril), mostrando el balance de largo plazo de

la precipitacin.

Este hidrograma anual, vara segn el tipo de zona en la que se haga el estudio, debido a querepresenta un balance segn el flujo base y la precipitacin efectiva. Para zonas montaosas,zonas ridas, zonas hmedas, sern distintos los hidrogramas anuales, que sern

influenciados por factores como la infiltracin.

Evapotranspiracin

En la ecuacin del balance general hdrico ( , el trmino evapotranspiracines de gran importancia, puesto que implica a la cantidad de vapor de agua que es transferidoa la atmsfera debido a la evaporacin en la cubierta vegetal, suelo, y cuerpos de agua.

Entonces, la evapotranspiracin oscila en un rango de valores, dependiendo principalmentede las condiciones climticas, y el mximo de dicho rango, corresponde a laevapotranspiracin potencial ETP.

La ETP es la lmina mxima que se puede transferir a la atmsfera, en condicionesreferenciales, en un lugar y tiempo determinado, dependiendo del balance energtico en el

punto, as como el transporte energtico a la atmsfera.

Por otra parte, la evapotranspiracin real o actual, ETA, corresponde a la evapotranspiracinque se produce en un lugar bajo condiciones regulares de cultivo, suministro de agua, y

meteorolgicas.

Para la determinacin d la evaporacin y evapotranspiracin se puede recurrir a diversosmtodos, desde la medida directa, con instrumentos como el evapormetro, o el lismetro, ose puede recurrir a mtodos empricos, los cuales se utilizan normalmente para la medicinde la ET en extensiones grandes, basados en correlaciones de temperatura, fundamentos de

balance hdrico y energtico.

Evapotranspiracin por Ecuacin de Hargreaves

El mtodo de Hargreaves es el ms utilizado para calcular la evapotranspiracin potencial yest expresado por la siguiente ecuacin:

Donde:Re = radiacin extraterrestre en mm/da.n= horas de insolacinN = horas de luz mximasT = temperatura media mensual


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Los valores de Re se pueden determinarse utilizando la siguiente tabla:

Tabla No. 15 : Radiacin extraterrestre, Re. Expresado en equivalencia de evaporacin(mm/da), para diferentes latitudes.

Fuente: Evapotranspiracin, Ingeniero Elfego Orozco, Escuela Regional de IngenieraSanitaria y Recursos Hidrulicos, Universidad de San Carlos de Guatemala.

Los valores de horas de luz mxima (N) pueden determinarse utilizando la siguiente tabla:

Tabla No. 15: Horas de luz mxima (N) para diferente latitudes

Fuente: Evapotranspiracin, Ingeniero Elfego Orozco, Escuela Regional de IngenieraSanitaria y Recursos Hidrulicos, Universidad de San Carlos de Guatemala.

Ejemplo de aplicacin de la Ecuacin de Hargreaves

Determinar la evapotranspiracin potencial para un lugar que se encuentra en la latitud 15

15N para los datos de precipitacin media presentado a continuacin:


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Tabla No. 16: Precipitacin media de un rea determinada.

Solucin:

Utilizando los valores de la tabla no. 14 y 15 y la ecuacin de Hargreaves es posible

determinar la evapotranspiracin y con ello el balance hdrico.

Para el mes de mayo:Re = 15.7n= 289.4N = 397.2T = 19.2

Por lo tanto:

Para los dems meses se calcula de la misma manera y los resultados son los siguientes:

Tabla No. 17: Resultados finales de evapotranspiracin y balance hdrico utilizando laecuacin de Hargreaves.

Parmetro May Junio Julio Ago Sept Oct Nov Dic Enero Feb Marzo Abril

P media 192 450 507 446 416 234 70 70 54 41 45 79

Parmetro May Junio Julio Ago Sept Oct Nov Dic Enero Feb Marzo Abril

P media 192 450 507 446 416 234 70 70 54 41 45 79

Re 15.7 15.7 15.7 15.5 14.9 13.8 12.5 11.7 12.1 13.4 14.7 15.5

N 397.2 389.8 400.7 391.6 366.8 365.9 343.1 348.5 351 325.7 373.5 373.3

n 289.4 308.9 377.6 344.2 375.4 348.7 362.6 373.2 337.5 308.4 351.5 361.4

T 19.2 18.7 201.1 19.5 19.3 18.4 18.8 17.4 16.7 18.6 19.9 22.1

ETP 4.3 4.6 32.8 5.1 5.7 4.8 4.9 4.5 4.1 4.7 5.3 6.1

B.H. 187.7 445.4 474.2 440.9 410.3 229.2 65.1 65.5 49.9 36.3 39.7 72.9


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Evapotranspiracin por Ecuacin de Blaney Criddle

Blaney Criddle desarrollaron un mtodo en el oeste de los Estados Unidos, basado en una

formula, en la que toman como variables la temperatura media mensual y el porcentaje dehoras luz por mes con respecto al total anual (ver tabla). Originalmente los autores de estemtodo lo disearon para estimar la evapotranspiracin real total de los cultivos y est

expresado por:

ETP = EvapotranspiracinT = Temperatura media para el periodo calculado (C)P = Porcentaje del total del horas luz anual en funcin de la latitud en que se encuentreel rea a estudiar.

Tabla No. 18: Valores de porcentaje de horas luz del total anualFuente: C3_ Evapotranspiracin, Ingeniero Elfego Orozco, Escuela Regional de Ingeniera Sanitaria y Recursos

Hidrulicos, Universidad de San Carlos de Guatemala.

Para determinar el balance hdrico utilizando la ecuacin de Blaney Criddle se utiliza elprincipio de la ecuacin de la continuidad, la cual nos dice que las salidas deben ser igual a

las entradas, aplicando este principio al balance hdrico obtenemos la siguiente ecuacin:

Donde el balance hdrico representa la escorrenta superficial, es decir el agua que escurrir

en la cuenca y que llegar al ro.


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Ejemplo de aplicacin de la Ecuacin de Blaney - Criddle

En una cuenca del departamento de Escuintla se desea determinar la evapotranspiracinpor el mtodo de Blaney Criddle, sabiendo que la precipitacin y temperatura mediamensual son las siguientes:

May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Feb Mar AprPrecipitacin

media mensual(mm)

162.7 379.9 439.2 374.6 337.5 266.9 173.1 133 108.5 78.67 66.91 84.11

Temperaturamedia mensual

(C)12.15 12.08 11.95 11.97 11.94 11.53 11.10 10.68 10.42 10.61 11.38 11.97

Tabla No. 19: Datos de precipitacin y temperatura media mensual.

Solucin:

Paso 1: Determinar los valores de porcentaje de horas luz del total anual.

Debemos determinar primeramente la latitud del departamento de Escuintla, observando elmapa de Guatemala, nos damos cuenta que el departamento de Escuintla se encuentra en la

latitud 14.

Figura No. 13: Mapa de Guatemala

Por lo tanto los valores a utilizar de porcentaje de horas luz del total anual en porcentajeson los siguientes, segn la tabla 18.


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May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Feb Mar Apr

% del total de horas luz anual 8.97 8.80 9.05 8.84 8.28 8.26 7.75 7.87 7.93 7.36 8.43 8.45

Tabla No. 20: Valores de porcentaje de total de horas luz anual para la latitud 14.

Paso 2: Determinacin de la evapotranspiracin.

Teniendo los valores de precipitacin, temperatura y % del total de horas luz anual es

posible determinar la evapotranspiracin por la frmula de Blaney Criddle.


mediamensual (mm)162.7 379.9 439.2 374.6 337.5 266.9 173.1 133 108.5 78.67 66.91 84.11

Temperatura mediamensual (C)

12.15 12.08 11.95 11.97 11.94 11.53 11.10 10.68 10.42 10.61 11.38 11.97

% del total de horas luzanual 8.97 8.80 9.05 8.84 8.28 8.26 7.75 7.87 7.93 7.36 8.43 8.45

Tabla No. 21: Resumen de los datos a utilizar para el clculo de la evapotranspiracin por la

ecuacin de Blaney Criddle.

La frmula de Blaney Criddle est expresada por:

Para el mes de mayo tenemos:

Temperatura media mensual (mm) = 12.15% del total de horas luz anual = 8.97

Por lo tanto la evapotranspiracin para mayo sera:

Para el resto de los meses se calcula de la misma manera, siendo los resultados los

siguientes:

May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Feb Mar Apr

Precipitacin media mensual(mm)

162.7 379.9 439.2 374.6 337.5 266.9 173.1 133 108.5 78.67 66.91 84.11


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Temperatura media mensual(C)

12.15 12.08 11.95 11.97 11.94 11.53 11.10 10.68 10.42 10.61 11.38 11.97

% del total de horas luz anual 8.97 8.80 9.05 8.84 8.28 8.26 7.75 7.87 7.93 7.36 8.43 8.45

ETP(Blaney - Criddle) 75.83 73.96 75.23 73.61 68.77 66.25 59.88 58.58 57.67 54.45 66.74 70.36

Tabla No. 22: Resultados de la evapotranspiracin usando la ecuacin de Blaney Criddle.

Paso 3: Clculo del balance hdrico.

Obteniendo la evapotranspiracin es fcil determinar la escorrenta superficial, nicamente

restamos la precipitacin y la evapotranspiracin.

Para el mes de mayo obtendramos:

Para el resto de los meses se calcula de la misma manera, siendo los resultados los

siguientes:


media mensual(mm)

162.7 379.9 439.2 374.6 337.5 266.9 173.1 133 108.5 78.67 66.91 84.11

Temperaturamedia mensual

(C)

12.15 12.08 11.95 11.97 11.94 11.53 11.10 10.68 10.42 10.61 11.38 11.97

% del total dehoras luz anual

8.97 8.80 9.05 8.84 8.28 8.26 7.75 7.87 7.93 7.36 8.43 8.45

EVT(Blaney -Criddle)

75.83 73.96 75.23 73.61 68.77 66.25 59.88 58.58 57.67 54.45 66.74 70.36

BH (Blaney -Criddle)

86.90 305.97 364.00 301.02 268.73 200.63 113.22 74.38 50.78 24.22 0.17 13.75

Tabla No. 23: Tabla resumen de los valores de evapotranspiracin y balance hdrico.

Evapotranspiracin por Penman

Penman, en 1948, desarroll una teora basada en el balance de energa para el clculo de la

evaporacin, siendo la ecuacin final la siguiente:

Donde:


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37 | P g i n a

= constante psicromtrica = 0.27 mmHg / F

es = presin de vapor de saturacin para la temperatura del aire en la zona de intercambio,mmHg.es = presin de vapor de saturacin para la temperatura del aire, mmHg.

T = temperatura del aire en la zona de intercambio, F.r = reflectividad o albego; r = 0.05 para grandes masas de agua.Rc = radiacin solar, g.cal/cm2 da.RB= radiacin emitida por la masa de agua, g.cal/cm2 da.K= constante

Vw = velocidad del viento, km/hE = evaporacin, mm/da.

Para facilitar la aplicacin de la formula de Penman, Wilson propuso un nomograma y asfacilitar este mtodo. Para usar dicho monograma se requiere los siguientes datos:

a) Temperatura del aire Ta en C.

b)

Relacin de nubosidad, n/D,Donden= nmero de horas del sol reales en el mes de estudio.D = nmero de horas de sol posibles, esto es, el que se tendra si no hubiera nubes entodo el da.

El valor de n puede estimarse a partir de informacin meteorolgica y D segn lalatitud y la poca del ao en la tabla 24.

c) Rc, que puede calcularse tambin en funcin de la latitud y la poca del ao con latabla XXX.

d)

La humedad relativa h, en %, que se calcula con la figura 14, en funcin de la presinde vapor y Ta.e) La velocidad del viento Vw en km/h, medida a 2 metros de la superficie.

La evapotranspiracin utilizando el monograma de Wilson sera:

Evapotranspiracin (E) = E1 + E2 + E3 + E4


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38 | P g i n a

Tabla No. 24: Valores de D en h.Fuente: Fundamentos de hidrologa en la superficie, Aparicio Mijares, Francisco. Pgina 51.

Tabla No. 25: Valores de Rc, g cal/cm2 daFuente: Fundamentos de hidrologa en la superficie, Aparicio Mijares, Francisco. Pgina 52.


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39 | P g i n a

Figura No. 14: Monograma de Wilson.Fuente: Fundamentos de hidrologa en la superficie, Aparicio Mijares, Francisco. Pgina 53.


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40 | P g i n a

Ejemplo de aplicacin del mtodo de Penman:Obtener la evaporacin en el da 15 de agosto en un sitio localizado en la latitud 60 Ncuando la temperatura es de 18 C, n=6.3 h, Vw = 3m/s y h = 60%.

Solucin

De la tabla 24, D = 15.3 h

Por lo tanto:

n/D = 6.3/15.3 = 0.41

De la tabla 25, Rc = 800 (interpolado)

De la figura 14 resulta:

E1= -2.3E2 = 3.40E3 = 0.92E4 = 1.52

Evapotranspiracin (E) = -2.30 + 3.40 + 0.92 + 1.52 = 3.54 mm/da.


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Bibliografa

Evapotranspiracin, Ingeniero Elfego Orozco, Escuela Regional de IngenieraSanitaria y Recursos Hidrulicos, Universidad de San Carlos de Guatemala.

Hidrologa Aplicada, Ven Te Chow David R. Maidment Larry W. Mays, primeraedicin, Mc Graw -Hill

Fundamentos de hidrologa en la superficie, Aparicio Mijares, Francisco. Notas del curso de Laboratorio de Hidrologa, primer semestre de maestra en

Gestin e Hidrologa, Escuela Regional de Ingeniera Sanitaria y RecursosHidrulicos, Universidad de San Carlos de Guatemala.

manual consolidado final lab hidrologia eris

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