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Captulo 1INTRODUCCION

Justificacin de los estudios hidrolgicos, aplicaciones, definicin de la Hidrologa, objetivos del anlisis hidrolgico.

Ciclo hidrolgico, alcance de la Hidrologa, sistema hidrolgico, modelo hidrolgico, balance hidrolgico.

3 / 28JustificacinEl anlisis hidrolgico es fundamental para el diseo y operacin de obras para el aprovechamiento, control y conservacin del agua.

El anlisis hidrolgico es fundamental para el planeamiento, diseo y posterior operacin de los sistemas hidrulicos por lo que de acuerdo al tipo de proyecto interesa conocer la siguiente informacin:

Caudal mximo en el punto de inters (presas, bocatomas, etc)Variacin del caudal en una estacin y ao a ao en una cuenca.Relacin entre el agua superficial y el flujo subterrneo.Caudales mnimos (a partir de un anlisis hidrolgico)Capacidad de embalse apropiada (variacin de caudales)Modelos para prediccin de caudales Aplicaciones de la Hidrologa

Las aplicaciones de la hidrologa en la ingeniera son muy variadas y van desde estudios para obras hidrulicas hasta estudios de recreacin y preservacin del medio ambiente. Entre las principales aplicaciones de la hidrologa tenemos:

Seleccin de fuentes de abastecimiento de agua para uso domstico o industrial.Drenaje.Irrigacin.Regulacin de los cursos de agua y control de inundaciones.Control de polucin.

Aplicaciones de la Hidrologa

Las aplicaciones de la hidrologa en la ingeniera son muy variadas y van desde estudios para obras hidrulicas hasta estudios de recreacin y preservacin del medio ambiente. Entre las principales aplicaciones de la hidrologa tenemos:

Control de erosin.Navegacin.Aprovechamiento hidroelctrico.Operacin de sistemas hidrulicos complejos.Recreacin y preservacin del medio ambiente.Preservacin y desenvolvimiento de la vida acutica. 7 / 28HIDROLOGAEs la ciencia que estudia el agua y sus manifestaciones sobre y debajo de la superficie terrestre; sus propiedades y sus interrelaciones naturales.

Segn el Federal Council for Science and Technology

La hidrologa es la ciencia que trata del agua en la tierra, su existencia y distribucin, sus propiedades fsicas y qumicas y su influencia sobre el medio ambiente, incluyendo su relacin con los seres vivos

La hidrologa es la ciencia que estudia las aguas que pueden ser aprovechables en forma superficial, as como en forma subterrnea siempre que sea a una profundidad econmicamente aprovechable Objetivo del anlisis hidrolgico

Encontrar un equilibrio entre los costos de las intervenciones en un sistema hidrolgicos y los beneficios esperados por mayores ingresos o proteccin de daos, en tal forma que los beneficios probables justifiquen la inversin.

Captulo 1INTRODUCCION

Justificacin de los estudios hidrolgicos, aplicaciones, definicin de la Hidrologa, objetivos del anlisis hidrolgico.

Ciclo hidrolgico, alcance de la Hidrologa, sistema hidrolgico, modelo hidrolgico, balance hidrolgico.

El Ciclo Hidrolgico

Definicin

Ciclo hidrolgico es el conjunto de cambios que experimenta elagua en la naturaleza, tanto en su estado (slido, lquido y gaseoso) como en su forma (agua superficial, agua subterrnea, etc).

El ciclo hidrolgico no tiene principio ni fin, y sus diversos procesos ocurren en forma continua. Son estos procesos los que transforman la distribucin espacial y temporal del agua a travs de la hidrosfera.

COMPONENTES DEL CICLO HIDROLGICOEn el ciclo hidrolgico se observan algunos fenmenos bsicos. Precipitacin: Cantidad de agua meterica total, liquida o slida, que cae sobre la superficie terrestre. Intercepcin: Fenmeno por el cual la precipitacin es detenida y retenida por la vegetacin u otras estructuras, que luego puede convertirse en evaporacin o terminar cayendo al suelo.

Evaporacin: Retorno directo del agua a la atmsfera en forma de vapor, desde cualquier superficie libre.

Escurrimiento: Porcin de la lluvia cada sobre el suelo que se desplaza sobre la superficie.14 / 28Infiltracin: El agua de la superficie que se infiltra dentro del suelo, humedeciendo la zona radicular de las plantas y que puede percolar hacia zonas profundas para ser almacenada como agua subterrnea o llegar al cauce como escurrimiento.Transpiracin: Porcin del agua infiltrada y absorbida por las races de las plantas que retorna a la atmsfera como transpiracin a travs de sus estomas.

15 / 28Flujo Sub-superficial: Flujo que se presenta en la zona inmediatamente por debajo de la superficie del terreno.Evapotranspiracin: Efecto combinado de la evaporacin desde las superficies del suelo y follaje y la transpiracin a travs de las estomas de las plantas.

CICLO HIDROLGICOConjunto de fenmenos que transforman el agua de una fase en otra y su movilizacin de una localidad a otra.

AGUA SALADAHUMEDAD DEL SUELONUBES Y VAPOR DE AGUAEVAPORACINEVAPORACIN Y TRANSPIRACININTERCEPCININFILTRACINPERCOLACINOCEANOEMBALSEESCURRIMIENTOESCURRIMIENTOLAGOZONA DE SATURACINPERCOLACIN PROFUNDANIEVE

CICLO HIDROLOGICO

CICLO HIDROLOGICOESQUEMA DEL CICLO HIDROLOGICO

Alcance de la HidrologaLa Hidrologa abarca a la fase del ciclo hidrolgico en la cual el agua transita sobre la superficie terrestre.

La fase en la que el agua se encuentra en los ocenos es estudiada por la Oceanografa.

Y la fase en la que el agua pasa por la atmsfera es estudiada por la Meteorologa.CAPACIDAD DE CAMPO (CC)Es la mxima cantidad de agua retenida como humedad del suelo, en la zona de aereacin o zona no saturada. Cuando se alcanza esta capacidad se inicia la percolacin hacia la zona saturada. Punto de marchitez permanente (pmp)Es la representacin de la humedad del suelo por debajo del cual las plantas ya no pueden extraer ms agua.Humedad disponible de suelo (HD):

Pr = Profundidad del estrato

= Peso especfico relativo22 / 28Valores tpicos del contenido de humedad para varios tipos de suelos Tipo de sueloPorcentaje del peso seco del sueloPeso especficoCapacidad de campoPunto de marchitezAgua disponibleKg / m3Arena5231.520Tierra arenosa12571.440Tierra191091.360Tierra limosa221391.280Tierra arcilla241591.280Arcilla3620161.200Materia orgnica14017565400

Sistema es considerado como un conjunto de partes que interactan como un todo. Sistema Hidrolgico

El ciclo hidrolgico puede considerarse como un sistema con componentes del ciclo. Estos componentes pueden ser agrupados a su vez en subsistemas y para analizar todo el sistema, los subsistemas pueden ser tratados por separado y los resultados combinados de acuerdo a las interacciones entre ellos. Sistema Hidrolgico

En la hidrologa se usa un sistema asociado al volumen de control (definido en la mecnica de fluidos) para aplicar los principios bsicos de la conservacin de la masa, cantidad de movimiento y energa.

Se define como sistema hidrolgico a una estructura o volumen limitado en el espacio, en el cual entran variables, operan procesos internamente sobre ellas y produce variables de salida, que pueden ser de la misma naturaleza que las de entrada pero de diferente magnitud.

El proceso de entrada I(t) es la precipitacin, el caudal Q(t) es el resultado de aplicar la funcin de transferencia (t) del sistema a la entrada I(t)

REPRESENTACION DEL SISTEMA HIDROLOGICO MEDIANTE UN DIAGRAMA DE BLOQUESModelo Hidrolgico

Definicin

Un modelo de sistema hidrolgico es una aproximacin del sistema real, sus entradas y salidas son variables hidrolgicas mensurables y su estructura un conjunto de ecuaciones o funciones de transferencia que transforman las variables de entrada en variables de salida.

Clasificacin

De acuerdo a Ponce, los modelos pueden clasificarse en:

Modelos Materiales (fsicos)

Un modelo material es la representacin fsica de un prototipo en una simple estructura con propiedades similares a las del prototipo.

Modelos Formales (matemticos)

Un modelo formal, es una abstraccin matemtica de una situacin idealizada que conserva propiedades estructurales importantes del prototipo.

Los modelos formales o matemticos que se generalmente usan en hidrologa pueden clasificarse a su vez:

Modelos HidrolgicosModelos Formales o MatemticosModelos Materiales o FsicosModelos DeterminsticosModelos ProbabilsticosModelos ConceptualesModelos ParamtricosModelos EstadsticosModelos EstocsticosCLASIFICACION DE MODELOSAgregadosDistribuidosDeterminsticos.

Es aquel que est formulado a partir de leyes fsicas, procesos qumicos y esta descrito por ecuaciones.

No consideran la aletoriedad, una entrada siempre produce la misma salida, sirve para hacer pronstico.

Estos modelos pueden ser:Determinsticos.

Estos modelos pueden ser:Agregado, El sistema es promediado en el espacio o considerado como un punto nico sin dimensiones en el espacio.

Distribuido, Los procesos hidrolgicos ocurren en varios puntos del espacio y define las variables del modelo como funciones de las dimensiones espaciales.Probabilsticos.

Un modelo probabilstico sea estadstico o estocstico, es gobernado por las leyes de probabilidad.

Los modelos estadsticos se elaboran de acuerdo a las muestras observadas, mientras que los modelos estocsticos se enfocan en las propiedades aleatorias de series de tiempo hidrolgicas.

Probabilsticos.

Un modelo estocstico produce salidas, por lo menos, parcialmente aleatorias y se usa cuando las variaciones de la salida son mayores.

Conceptuales.

Es una representacin simplificada de los procesos fsicos, obtenida por agrupamiento espacial y/o variaciones temporales y descrita en trminos de ecuaciones diferenciales o ecuaciones algebraicas.Paramtricos.

Representa procesos hidrolgicos por medio de ecuaciones algebraicas que contienen parmetros claves a ser determinados por medios empricos.Modelos HidrolgicosModelos Formales o MatemticosModelos Materiales o FsicosModelos DeterminsticosModelos ProbabilsticosModelos ConceptualesModelos ParamtricosModelos EstadsticosModelos EstocsticosCLASIFICACION DE MODELOSAgregadosDistribuidosBalance hidrolgico

Modelo Terico

Si el volumen de control es un rea definida topogrficamente, drenada por un curso de agua o un sistema conectado de cursos de agua. El balance de agua en este sistema puede ser representado por la siguiente ecuacin:

La ecuacin indicada, es conocida como la ecuacin fundamental de la hidrologa y significa que:

Lo que ingresa menos lo que sale es igual al cambio en el almacenamiento.

Donde, para la regin delimitada, se tienen:

Entradas (I)

Precipitacin, importacin del agua, escorrenta superficial desde otras cuencas, agua subterrnea desde otras cuencas.Aproximacin a un modelo prctico

El balance hdrico mostrado va creciendo en complejidad conforme se incorporan consideraciones reales. Por ejemplo:

La evaporacin tiene lugar desde que se inicia la precipitacin: luego que el agua llega al suelo comienza a ser almacenada, como la superficie del suelo contiene muchas depresiones el agua all acumulada ser eventualmente evaporada o se infiltrar en el suelo; no obstante alcanza los cursos de agua o se transforma en escorrenta y all contina sufriendo el proceso de evaporacin.Aproximacin a un modelo prctico

Teniendo en cuenta estos procesos, el balance hdrico en una cuenca puede ser visualizado en la figura y representado por las ecuaciones matemticas:

En valores netos queda:

P R G E T = SEn la prctica se engloba E y T en el trmino de evapotranspiracin (ET), y el caudal (Q) medido en una cuenca est constituido por R y G, con lo que se puede simplificar aun ms la ecuacin hidrolgica.P Q ET = S BIBLIOGRAFIALINSLEY, KOHLER, PAULUS. Hidrologia para Ingenieros Ediciones Mc. Graw Hill S.A. segunda edicin. Mxico. 1986.GUEVARA, EDILBERTO CARTAYA, HUMBERTO, Hidrologa Ambiental, versin digital.REYES, LUS. Hidrologa Bsica. CONCYTEC. Primera edicin. Lima. 1992.VILLN, MXIMO. Hidrologa. Editorial Villn. Segunda edicin. Lima.2002VEN TE CHOW. Hidrologia Aplicada. Mc. Graw Hill S.A. Mxico. 1997.BREA, AGUSTN JACOBO, MARCO, Principios y Fundamentos de la Hidrologa Superficial. Web de la Universidad Autnoma Metropolitana. Bibliografa

Hidrologa AplicadaJ. Abel Meja M.

Hidrologa AplicadaVen Te Chow

Hidrologa en la Ingeniera Germn Monsalve Senz

Hidrologa AmbientalEdilberto Guevara

Engineering HydrologyVctor Miguel Ponce