CARRERA DE INGENIERIA CIVIL

CATEDRA DE HIDROLOGIA

TRABAJO DE CONSULTA

TEMA : CRECIDAS

A.- OBJETIVO.- Conocer de que se trata el fenómeno conocido como avenida o crecida Investigar en que manera nos afecta o nos beneficia este fenómeno Conocer las principales características y clases de crecidas Determinar la forma de calcular esta manifestación

B.- INTRODUCCION.-

e imagino que por lo menos en alguna ocasión se han sentado junto a un río y han visto su corriente correr o probablemente han estado cerca de una presa o románticamente has paseado en alguna laguna. M

Pero, ¿te has preguntado qué ciencia es la que se dedica al estudio de la distribución y las propiedades del agua de la atmósfera y de la superficie terrestre, incluyendo las precipitaciones, la humedad del suelo y el agua subterránea, entre otras? Piénsale...Bingo...es la Hidrología, misma que es esencial en el modelado de la corteza terrestre y tiene varias ramas entre las cuales destaca la Hidrología de Avenidas.

¿Qué es la Hidrología de Avenidas?

Bajo ciertas condiciones, se presentan eventos extremos, es decir, precipitaciones causadas por tormentas severas y comúnmente, en el caso de nuestro país por huracanes o ciclones. Estos fenómenos meteorológicos, acarrean humedad, hacen que llueva muy fuerte y finalmente producen escurrimientos extraordinarios en los ríos que se desbordan y a su vez producen inundaciones. Desde el punto de vista más práctico es importante saber cómo se comporta el agua y qué puede uno esperar para establecer, entre otras cosas, medidas de alerta para proteger a las poblaciones, saber cuándo evacuar. Es muy importante también en el proceso de diseño de estructuras hidráulicas como son las presas y los bordos de protección para que no fallen ante un evento de esta naturaleza.

C.- DESARROLLO.-Concepto de Crecida o Avenida

Una avenida (en algunos lugares se denomina también como crecida, riada o aguas altas) es la elevación del nivel de un curso de agua significativamente mayor que el flujo medio de éste. Durante la crecida, el caudal de un curso de agua aumenta en tales proporciones que el lecho del río puede resultar insuficiente para contenerlo. Entonces el agua lo desborda e invade el lecho mayor, también llamado llanura aluvial.Se denomina crecida o caudal extraordinario al caudal excesivamente alto en un río. Los fenómenos de las avenidas, al igual que las precipitaciones, son aleatorios con ciclos básicamente anuales.Otra definición de avenida o crecida, según la Directriz Básica de Planificación de Protección Civil ante el riesgo de inundación, es la siguiente: “un aumento inusual del caudal de agua de un cauce que puede o no, producir desbordamientos o inundaciones”.

Particularidades y tipos

Una crecida elemental sólo afecta a uno o varios afluentes y puede tener causas muy diferentes:

pluvial, debido a las lluvias continuas sobre una cuenca poco permeable o que ya se ha empapado de agua;

nival, provocada por la fusión de las nieves, el deshielo que provoca la ruptura del obstáculo congelado que retenía las aguas, etc.

Muchas veces dos o más de estas causas simples suman sus efectos y el río, sobre todo después de haber recibido las aguas de varios afluentes importantes, experimenta una crecida compleja. Así es como los chubascos primaverales pueden agravar considerablemente una crecida nival.Por otra parte, las avenidas se pueden caracterizar según su variabilidad en el tiempo, así se pueden distinguir:

Avenidas periódicas, que generalmente no causan daños, e incluso son benéficas, como por ejemplo las del río Nilo previo a la construcción de la presa de Asuán, donde contribuían a la fertilidad del valle bajo del río. Este tipo de avenidas es de larga duración, pudiendo durar semanas o meses. Son causadas por las variaciones climáticas de vastas regiones de la cuenca hidrográfica. Son previsibles, pudiéndose tomar medidas de protección para evitar o minimizar los daños. Avenidas excepcionales: Estas son causadas por precipitaciones intensas sobre toda la cuenca o parte de esta. Son difícilmente previsibles, para ello se requiere de una red de monitoreo operada en tiempo real. Generalmente causan daños a las poblaciones y a la infraestructura económica. Combinación de ambas: Generalmente causan daños, son difícilmente previsibles si no se cuenta con una red de monitoreo en tiempo real.

Características de una avenidaLas principales características de una avenida son:- Su caudal máximo, o pico, fundamental para el dimensionamiento de las obras de protección lineares o defensas ribereñas;- El volumen de la avenida;- La velocidad con que aumenta su caudal.

Estas características, para un mismo tipo de precipitación (es decir, misma intensidad y tiempo de aguacero), varían en función de características intrínsecas de la cuenca: su extensión, la pendiente y tipo del terreno, etc., y también de características modificables por las actividades antrópicas: la cobertura vegetal, los tipos de preparación del suelo para la agricultura, las áreas impermeabilizadas como áreas urbanas, etc.

Agravantes para su formación

Entre las causas que agravan la importancia de las crecidas se encuentran: La impermeabilidad del suelo de la cuenca, además de su excesiva pendiente y falta de

vegetación que hacen que el agua discurra velozmente y no se infiltre. Los lechos estrechos y con pendientes muy acentuadas, que no pueden conservar

volúmenes suficientes de agua suplementaria. La existencia de confluencias muy próximas de unas a otras.

Las crecidas más importantes no se deben a la torrencialidad de sus precipitaciones sino a la persistencia y a la repetición de lluvias muy intensas durante varios días. El suelo se halla entonces saturado y no puede absorber mucha más agua, y al no lucir el sol, la evaporación es poco relevante. En todo caso, ello no excluye la existencia de crecidas devastadoras debidas a la onda potente formada en un río secundario por lluvias torrenciales.

Coeficiente de escorrentía

Cada tipo de terreno, debido a los factores anteriormente reseñados, retendrá una mayor o menor cantidad de agua de forma superficial, por infiltración al terreno, por retención en la vegetación o por evaporación directa. La relación entre el agua evacuada por un río y el agua caída en forma de lluvia, o procedente de la fusión de la nieve, constituye el coeficiente de escorrentía. Con el conocimiento de los caudales que llegan en función del tiempo, se construirá el hidrograma de la avenida, que será el gráfico que indique dicha relación.En verano, el coeficiente de escorrentía pasa rara vez de 0,4 porque una gran parte del agua es absorbida por el suelo seco o evaporada por el sol. En invierno, la influencia de esos dos factores es mínima, y el río puede llevarse hasta más del 80% del agua recibida por la cuenca.

Daños causados por las avenidas

Durante las crecidas, el caudal y la velocidad de la masa líquida aumentan en forma considerable la fuerza erosiva del agua y su capacidad de transporte. Así, un corto periodo de tiempo basta para provocar cambios sensibles en la morfología de los márgenes y del lecho del río, ocasionando desbordes significativos. Para minimizar o incluso anular dichos desbordes, una adecuada defensa ribereña, un enrocado o la construcción de espigones, pueden ser ciertamente efectivos para prevenir este tipo de daños.

Casos célebres Riada de Santa Teresa, España, 1879. Crecida del Sena, que provocó la Inundación de París, Francia, 1910.

Gran riada de Valencia, España, 1957. Crecida del Arno, que ocasionó la Alluvione de 1966, Italia. Pantanada de Tous, España, 1982. Desborde de las cuencas del Elba y el Danubio, Europa Central, 2002. Desbordes del Río Aconcagua, Río Maipo y Río Tinguiririca, Chile, 2003.

Factores principales que provocan las crecidas

a) La precipitación. La existencia de frentes activos, las lluvias orográficas, así como las tormentas pueden producir precipitaciones excepcionales, que son la base de las crecidas. Las precipitaciones afectan de forma distinta según el tamaño de las cuencas. En cuencas grandes, para nuestra latitud son los frentes los que producen una generalización de la precipitación, mientras que en cuencas medianas o pequeñas son las lluvias convectivas u orográficas las que producen las mayores y más peligrosas avenidas, como por ejemplo la “gota fría” que afecta a Mediterráneo español.b) La fusión de la nieve. Este fenómeno debido a un aumento de la Tª, que puede acompañar a las lluvias intensas, puede ser un factor de incremento del caudal de una avenida.c) El estado de humedad del suelo. Como se sabe existe una primera retención que es muy baja con suelo inicialmente saturado. Es un factor importante en cuencas grandes.d) Geomorfología de la cuenca. Las características geomorfológicas de una cuenca como la pendiente o la vegetación son un factor básico en la generación de una avenida.e) La actividad humana. Puede variar las características de la avenida en una cuenca, como por ejemplo la existencia de zonas urbanizadas facilita la escorrentía, la existencia de embalses retrasa y lamina la avenida.

CÁLCULO DE CAUDALES DE AVENIDA

FÓRMULAS EMPÍRICAS

Estas fórmulas son válidas para dar un primer valor de referencia u orden de magnitud. Están basadas en la experimentación y el caudal de avenida Q (m3/s) se da en función de la superficie S (Km2).• Gómez Quijado: Q = 17·S2/3 para superficies menores de 2000 Km2.

• Fuller: Q(T) = Q1·(1 + 0,8·log T) donde Q(T) es el caudal para un período de retorno T y Q1 es la mediade los caudales diarios de cada año.

• Zapata: Q = 21·S0,6 .

MÉTODOS ESTADÍSTICOS

Están basados en grandes series de datos anuales de caudales, que permiten hallar caudales máximos siguiendo la siguiente metodología:a) Recopilación de datos.b) Análisis de datos.c) Extrapolación estadística.d) Contraste de resultados.Para que los estudios tengan una consistencia suficiente, es necesario una longitud mínima de la muestra que se define como “la longitud de muestra recomendable para un análisis de caudales, por métodos estadísticos de 40-50 años”.Para series de 30-40 años de longitud de serie, el análisis de frecuencia de caudales debe ser apoyado por otros métodos tales como comparación con cuencas similares o por medio de métodos que estudien el caudal a partir de precipitaciones.

En series cortas de 10-20 años, se utilizan métodos basados en el estudio de la precipitación (hidrograma unitario, modelos...).

MÉTODO RACIONAL

Es utilizado para la determinación de caudales de avenida en cuencas pequeñas de una superficie de 2,5 a 3 Km2. o bien que su tiempo de concentración sea del orden de 1 hora:

Q = (C·I·A) / 3,6

Donde C es el coeficiente de escorrentía, I es la intensidad de la tormenta y A es el área de la cuenca.Este método se basa en que el tiempo de aguacero, mayor o igual que el tiempo de concentración, determina el caudal máximo.La intensidad de la tormenta se deberá calcular para una duración igual al tiempo de concentración y para el período de retorno T que se desea calcular el caudal, según la ecuación I = a·Tn / (t + b)m , donde t es el tiempo de la tormenta y a, b, n y m son parámetros que dependen de las condiciones meteorológicas de la zona.

El coeficiente de escorrentía C, depende de la precipitación diaria y del umbral del caudal. Los coeficientes de escorrentía más comunes son:1. Pavimento de hormigón ! 0,70 - 0.95;2. Tratamiento superficial ! 0,60 - 0,80;3. Zonas boscosas ! 0,10 - 0,20;4. Zonas de vegetación densa de monte bajo ! 0,05 - 0,5;5. Zonas sin vegetación ! 0,20 - 0,80;6. Zonas cultivadas ! 0,20 - 0,40;El valor de este coeficiente está en función de la intensidad de la lluvia y por ello es necesario corregirlo en función de dicho parámetro, o bien indirectamente a través del periodo de retorno T.

MÉTODO DEL HIDROGRAMA UNITARIO

El método del hidrograma unitario desarrollado inicialmente por Sherman en 1932, es aplicable a cuencas de tamaño mediano con una superficie de 300 a 400 Km2, cuya respuesta ante una tormenta suponga un hidrograma complejo.El método del hidrograma unitario se basa en la posibilidad de aplicación del principio de linealización al proceso de escorrentía; según fue explicado por Sherman, se puede enunciar en 3 principios:

1. Para tormentas cortas e intensas, el tiempo de punta del hidrograma producido es constante e independiente de la duración de la tormenta.

2. Para tormentas de la misma duración e inferior al tiempo T0 del hidrograma, el volumen de escorrentía producido es proporcional a la intensidad de dichas tormentas:V2 / V1 = I2 / I1 , de la misma forma que Q2 / Q1 = I2 / I1 .

3. Principio de Superposición. El hidrograma producido por una tormenta de duración superior al tiempo T0, se puede obtener dividiendo la tormenta en partes de tiempo igual o inferior a T0 y superponiendo los hidrogramas obtenidos.

Por otra parte, el método de hidrograma unitario no considera las pérdidas en la lluvia por infiltracion, evaporación, etc., por lo que a la hora de su calibración es necesario valorar estas pérdidas y descontarlas en el pluviograma inicial.

MÉTODO DE HIDROGRAMAS SINTÉTICOS O ARTIFICIALES

Consiste en determinar las características fundamentales de un hidrograma cuando no se tienen datos reales, por medio de fórmulas empíricas. Destaca el hidrograma triangular, que es un modelo que sustituye la campana de Gauss por un triángulo, cuya altura coincide con el caudal de punta Qp que se calcula mediante:

Qp = 2·I·t0·S / 2,67·(tp + t0/2)

Donde I es la intensidad del temporal unitario, t0 es la duración del temporal unitario, tc es el tiempo de concentración, tp es el tiempo de punta. Los valores de estos dos últimos parámetros se obtienen mediante las ecuaciones:tp = 0,6·tc + (t0 / 2)tc = 1,4·[-(L·LC)1,5 / H]0,385Donde L (Km.) es la longitud del cauce principal, LC (Km.) es la longitud desde el c. de g. y H es el desnivel en metros.D.- CONCLUSIONES.-

El estudio del fenómeno de crecidas es importante ya que permite al ser humano prever posibles efectos negativos que se vengan con la crecida y así crear políticas o desarrollar acciones no que eviten el fenómeno si no que aminoren los secuelas que deja una crecida.

La hidrología también como ciencia ha aprovechado este fenómeno y en simulación a las represas que construyen los castores a construido grandes diques o represas que ayudan a guardar y a aprovechar la energía de las avenidas a favor del ser humano.

Si bien es cierto que las crecidas son fenómenos naturales que el ecosistema ha desarrollado desde inicios de la humanidad se debe evitar el contaminar los ríos, quebradas, arroyos, etc. ya que esto afecta el ciclo normal del medio ambiente y nos genera repercusiones negativas que a la larga se convierten en desastres que no se pueden prever.

Finalmente quiero expresar que el estudio de estos fenómenos naturales hace que nuestro criterio como futuros ingenieros tenga o lleve consigo una conciencia ambiental que tiende a fomentar la protección a este nuestro único planeta y a la vez a llevar a nuestros hogares un mensaje de ahorro y cuidado hacia nuestros recursos naturales.