ESCORRENTIA SUPERFICIAL

Y

ESCORRENTIA SUBTERRANEA

HIDROLOGIA GENERAL

DEFINICION DE ESCORRENTIALa escorrentía o

escurrimiento hace referencia a la lámina de agua que circula sobre la superficie en una cuenca de drenaje, es decir la altura del agua de lluvia escurrida y extendida.

Normalmente se considera como la precipitación menos la evapotranspiración real y la infiltración del sistema suelo.

*Escorrentia superficial

*Escorrentía subterránea

Escorrentía Superficial

Definición:

Está constituida por aquella parte de la precipitación que escurre superficialmente sobre el cauce principal de la cuenca. Antes de que esta parte de la precipitación se incorpore a un cauce natural de cualquier magnitud, la lámina de agua que escurre superficialmente se denomina usualmente flujo superficial.

Depende fundamentalmente de dos tipos de factores:Meteorológicos:Se pueden considerar la forma, el tipo, la duración y la intensidad de la precipitación, la dirección y la velocidad de la tormenta, y la distribución de la lluvia en la cuenca.Fisiográficos: Se pueden considerar las características físicas de la cuenca (superficie, forma, elevación, pendiente), tipo y uso del suelo, humedad antecedente del mismo.

FACTORES QUE AFECTAN LA ESCORRENTIA SUPERFICIAL

FACTORES METEOROLOGICOS Forma y tipo de la precipitación: El efecto de la forma de la precipitación, se

manifiesta principalmente en el tiempo de concentración de la escorrentía. Si la precipitación cae en forma de lluvia , con intensidad y duración suficiente, el escurrimiento superficial se presentara casi de inmediato, no ocurriendo lo mismo cuando la precipitación es en forma de nieve, donde la respuesta de la cuenca, será más lenta debido al tiempo necesario para que produzca el deshielo.

Intensidad de precipitación: Cuando la intensidad de lluvia excede a la capacidad de infiltración del suelo, se presenta la escorrentía superficial, observándose para incrementos posteriores en la intensidad de lluvia, aumento en el caudal transportado por el rio. Esta respuesta, sin embargo, no es inmediata pues existe un retardo debido al tamaño de la cuenca, al almacenamiento en las depresiones y al efecto regulador de los cauces.

Duración de la precipitación: La capacidad de infiltración del suelo disminuye durante la precipitación, por lo que puede darse el caso, que las tormentas con intensidad de lluvia relativamente baja, produzcan una escorrentía superficial considerable, si su duración es extensa en algunos casos, particularmente en las zonas bajas de la cuenca.

Distribución de la lluvia en la cuenca: Es la resultante de cualquier lluvia depende de la distribución en tiempo y espacio de esta. Si la precipitación se concentra en la parte baja de la cuenca, producirá caudales mayores, que los que se tendrían si tuviera lugar en la parte alta, donde el efecto regulador de los caudales, y el retardo en la concentración, se manifiestan en una disminución del caudal máximo de descarga.

Dirección y velocidad de la tormenta: La dirección y velocidad con que se desplaza la tormenta, respecto a la dirección general del escurrimiento, en el sistema hidrográfico de la cuenca, tiene una influencia notable en el caudal máximo resultante y en la duración del escurrimiento superficial. En general, las tormentas que se mueven en el sentido de la corriente, producen caudales de descarga mayores, que las que se desplazan hacia la parte alta de la cuenca.

Otras condiciones meteorológicas: Aunque la lluvia es el factor más importante que afecta y determina la magnitud del escurrimiento, no es el único que debe considerarse. Existen condiciones meteorológicas generales que influyen, aunque de una manera indirecta en el escurrimiento superficial, como es el caso de la temperatura, la velocidad del viento, la humedad relativa, la presión barométrica, etc.

FACTORES FISIOGRAFICOS: Superficie de la cuenca:

Debido a que la cuenca, es una zona de captación de las aguas pluviales que integran el escurrimiento de la corriente, su tamaño tiene una influencia, que se manifiesta de diversos modos en la magnitud de los caudales que se presentan.

Forma de la cuenca:

Para tomar en cuenta, la forma de la cuenca el de escurrimiento se ha propuesto índices numéricos, como es el caso del factor de forma y el coeficiente de compacidad.El factor de forma,expresa la relación entre el ancho promedio y al longitud de la cuenca, medida esta última desde el punto más alejado hasta la descarga. El ancho promedio se obtiene, a su vez, dividiendo la superficie de la cuenca entre su longitud.

Distribución de la lluvia en la cuenca:

Es muy difícil, sobre todo en cuencas de gran extensión, que la precipitación se distribuya uniformemente, y con la misma intensidad en toda área de la cuenca.El escurrimiento resultante de cualquier lluvia, depende de la distribución en tiempo y espacio de esta. Si la precipitación se concentra en la parte baja de la cuenca, producirá caudales mayores, que los que se tendrían si tuviera lugar en la parte alta, donde el efecto regulador de los caudales, y el retardo en la concentración, se manifiestan en una disminución del caudal máximo de descarga.

Escorrentía SubterráneaDefinición:

Es el agua que desciende por gravedad y alcanza la zona saturada y constituye la recarga de agua subterránea. El agua subterránea puede volver a la atmósfera por evapotranspiración cuando el nivel saturado queda próximo a la superficie del terreno. La cual pasara a engrosar el caudal de los ríos, directamente en el cauce o atreves de manantiales, o descarga directamente en el mar, u otras grandes superficies, cerrando así el ciclo hidrológico.

Origen:

La fase subterránea del ciclo del agua comienza cuando una parte de las aguas superficiales penetra a través de los poros y fisuras de las rocas hacia el subsuelo. Este fenómeno se conoce como infiltración y depende de la interacción una serie de factores que determinan que la cantidad de agua infiltrada pueda variar ampliamente de unas regiones a otras.

Aunque en un sentido estricto toda el agua infiltrada podría considerarse como "agua subterránea", sólo una parte de ella descenderá por gravedad lo suficiente como para llegar a alimentar los acuíferos subterráneos, mientras que otra parte quedará retenida a escasa profundidad dando lugar a la humedad del suelo.

¿Qué sucede cuando llueve?

Después de unas lluvias intensas el agua migra a través de los poros de las rocas quedando en parte retenida sobre todo por las partículas (con carga) que las constituyen. Al principio el agua satura todos los poros desplazando al aire que hubiere, el suelo se encuentra a capacidad máxima, en este estado hídrico el agua no es útil para las plantas pues no existe oxígeno libre en los poros. Rápidamente gran parte del agua desciende por gravedad (agua gravitacional) hasta alcanzar el nivel freático puesto que está débilmente retenida.

MEDICION DE LA ESCORRENTIA(AFOROS)

La hidrometría, es la rama de la hidrología que estudia la medición del escurrimiento. Para este mismo fin, es usual emplear otro término denominado aforo. Aforar una corriente, significa determinar a través de mediciones, el caudal que pasa por una sección dada y en un momento dado.Existen diversos métodos, para determinar el caudal de una corriente de agua, cada uno aplicable a diversas condiciones, según el tamaño de la corriente o según la precisión con que se requieran los valores obtenidos. Los métodos más utilizados son:

*Aforos con flotadores*Aforos volumétricos*Aforos químicos*Aforos con vertederos*Aforos con correntómetro o molinete

AFOROS CON FLOTADORES:Una forma sencilla de aproximar el valor del caudal de un cauce, es realizar aforo con flotadores. Por este método, se mide la velocidad superficial (v) de la corriente y el área de la sección transversal (A), luego con estos valores aplicando la ecuación de continuidad, se calcula el caudal con la fórmula: Q =V*APara realizar este aforo, se debe escoger en lo posible un tramo recto del cauce de longitud L.

Tramo de un rio adecuado para aforo con flotadores.

* MEDIDA DE LA VELOCIDAD SUPERFICIAL DE LA CORRIENTE

El procedimiento para medir la velocidad es como sigue: *Medir la longitud (L) del tramo AB *Medir con un cronometro el tiempo (T), que tarda en desplazarse el flotador (botella , madera, cuerpo flotante natural) en el tramo AB. * Calcular la velocidad superficial: V=L/TCALCULO DEL AREA PROMEDIO DEL TRAMOPara el calculo del área hacer lo siguiente: *Calcular el área en la sección A (AA) *Calcular el área en la sección B (AB) *Calcular el área promedio

CALCULO DEL AREA DE UNA SECCIONPara calcular el área en cualquiera de las secciones, hacer lo siguiente: *Medir el espejo de agua (T).

*Dividir (T), en cinco o diez partes (midiendo cada 0.20, 0.30, 0.50, etc), y en cada extremo medir su profundidad.

*Calcular el área para cada tramo, usando el método del trapecio

*Calcular el área total de la sección:AA=∑Ai Este método es el más inexacto, pero da una aproximación inicial del caudal.

AFORO VOLUMETRICO:Este método consiste en hacer llegar la corriente, a un deposito o recipiente de volumen (V) conocido, y medir el tiempo (T) que tarda en llenarse dicho deposito.Para calcular el caudal, hacer: *Calcular o medir el volumen del depósito o recipiente (V) *Con un cronometro, medir el tiempo (T), requerido para llenar el deposito. *Calcular el caudal con la ecuación: Q=Dónde: Q = Caudal, en l/s o /s V = Volumen del depósito, en l o T = Tiempo en que se llena el depósito, en s.

Este método es el más exacto, pero es aplicable solo cuando se miden caudales pequeños. Por lo general, se usa en los laboratorios para calibrar diferentes estructuras de aforo, como sifones, vertederos, aforador Parshall, etc. Las medidas con recipiente, se deben repetir 3 veces, y en caso de tener resultados diferentes, sacar un promedio, ya que se puede cometer pequeños errores al introducir el recipiente bajo el chorro.

AFORO QUIMICO:Consiste en inyectar, en el curso de agua que se requiere aforar, el cual tiene un contenido natural de sales de concentración Co (Gramos de sal por litro de agua), un caudal constante q de una solución concentrada C1, de un producto químico. Esta solución se diluye en el agua del rio para dar lugar a una mezcla homogénea de concentración C2, de la que se puede sacar muestras, aguas abajo.

El caudal se calcula aplicando el principio de conservación de la materia, es decir:

AFORO CON VERTEDEROS

Este método consiste en interponer una cortina en el cauce con el fin de represar el agua y obligarla a pasar por una escotadura (vertedero) practicado en la misma cortina.

Aforo con vertedero

Los vertederos son los dispositivos más utilizados para medir el caudal en canales abiertos, ya que ofrecen las siguientes ventajas: *Se logra precisión en los aforos. *La construcción de la escultura es sencilla. *No son obstruidos por los materiales que flotan en el agua. *La duración del dispositivo es relativamente larga.Para utilizar este tipo estructura, solo se requiere conocer la carga del agua sobre la cresta del vertedero, y para la obtención del caudal, utilizar su ecuación de calibración.La carga h, sobre el vertedero se debe medir a una distancia de 3h a 4h aguas arriba del vertedero.Existen varias formula halladas en forma experimental, siendo las siguientes, las que se mas se usan en aforos de cursos de agua:

Vertedero rectangular, de cresta aguda, con contracciones

-Vertedero triangular, de cresta aguda:

AFOROS CON CORRENTOMETROS O MOLINETESPara este método, se emplea el correntómetro o molinete. Estos son aparatos que miden la velocidad, en un punto dado del curso del agua. Esta velocidad es medida en los instrumentos, por medio de un órgano móvil, que detecta la velocidad de la corriente y transmite las indicaciones de un interruptor encargado de cerrar un circuito eléctrico, cuando ha dado un cierto número de vueltas, sobre un contador o contometro (de impulsiones de sonido, señales luminosas, digitales, etc.).Hay muchos tipos de correntómetros; unos son de eje vertical, sin hélice, donde el elemento móvil son pequeñas copas (como en un anemómetro), otros son del eje horizontal y el elemento móvil es una hélice, como los correntómetros OTT.

Se pide calcular el aforo de un rio donde se va a trabajar de un promedio de 60 metros de longitud la medición de la profundidad máxima es de medio metro, los aforos de los 3 tramos es de 30 metros, la cual se encontró una altura no mayor a 40 cm.Calcular:

-Profundidad Media - Calcular el área promedio

-Velocidad media -CaudalCalculo del área :Calculo de la primera sección: 

𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 =(0+13.4+19.6+23.6+38.2+26.7+26.3+12.4+9.1+7.8+4.6+4.4+7.9+9.8+9.4+8.9+9.3+8.2+5.4+4.0+1.9+0)/22

𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎=250.9/22

𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎=11.4045cm = 0.1140m 𝐴= ℎ𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑋 𝑎𝑛𝑐 𝑜 𝐴=0.1140 11m𝑋 𝐴=1.254 2𝑚

Calculo de la segunda sección:  𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎

(0+4.7+14.2+29.2+47.0+43.1+39.5+34.6+34.0+32.5+30.1+31.5+30.2+29.8+29.8+27.1+28.4+27.3+24.6+22.1+13.9+7.4+0)/23 

𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎=581/23

𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎=25.26cm = 0.2526m 𝐴= ℎ𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑋 𝑎𝑛𝑐 𝑜 𝐴= 0.2526 10.8 𝑚 𝑋 𝑚 𝐴=2.728 

Calculo de la tercera sección:  𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎

=(0+27.0+26.0+28.0+29.0+27.7+27.7+27.5+29.3+32.0+29.5+39.0+34.0+36.7+39.0+42.0+41.0+40.8+40.8+38.5+36.7+33.0+18.8+32.0+15.5+8.5+0.35+0)/28

𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎=780.35/28  𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎=27.87 =0.2787 2𝑐𝑚 𝑚

 𝐴= ℎ𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑋 𝑎𝑛𝑐 𝑜 𝐴=0.2787 13.0 𝑚 𝑋 𝑚

=3.6231 2𝐴 𝑚

AREA PROMEDIO:

A=(3.6231+2.728+1.254)/3=7.6051 2/3=2.5350m2𝑚Calculo de la velocidad:

T=4’53.54”=293.54”L=60m V=L/T =60 /293.54"=0.2044m/s𝑚Vmedia:0.5X0.2044=0.1022m/sCalculo del caudal:

Q=VxAQ=0.1022m/s X 2.5350m2Q=0.2591m3/sQ=259 lt/s 

GRACIAS