Introduccion a la hidrologia

INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA “ANTONIO JOSE DE SUCRE” EXTENSION BARQUISIMETO

ING. MARIE MENDOZA BARQUISIMETO 2012

UNIDAD: I INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA

HIDROLOGIA

1

2

UNIDAD: I INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA

UNIDAD Nº 1: INTRODUCCIÓN A LA HIDROLOGÍA

OBJETIVO TERMINAL: Al finalizar la Unidad los alumnos estarán en capacidad de interpretar los fundamentos teóricos de la hidrología y sus relaciones e importancia con el desarrollo de la Construcción Civil.

Definición de Hidrología

La Hidrología (del griego hydor, agua) es la disciplina científica dedicada al estudio de las aguas de la Tierra, incluyendo su presencia, distribución y circulación a través del ciclo hidrológico, y las interacciones con los seres vivos. También trata de las propiedades químicas y físicas del agua en todas sus fases.

El objetivo primario de la hidrología es el estudio de las interrelaciones entre el agua y su ambiente. Ya que la hidrología se interesa principalmente en el agua localizada cerca de la superficie del suelo, se interesa particularmente en aquellos componentes del ciclo hidrológico que se presentan, precipitación, evapotranspiración, escorrentía y agua en el suelo. Los diferentes aspectos de estos fenómenos son estudiados en sus varias subdisciplinas. La hidrometeorología, por ejemplo, se concentra en el agua localizada en la capa fronteriza inferior de la atmósfera, mientras que la hidrometría se encarga de las

hidrografía involucra la descripción y la confección de mapas de los grandes cuerpos de agua, tales como lagos, mares interiores y océanos. Por el otro lado, la hidrología del suelo se centra en el agua que se encuentra en la zona saturada debajo de la superficie del suelo, y en la física suelo-agua en la zona no saturada.

La hidrología se nutre de disciplinas como la geología, química, edafología y fisiología vegetal, empleando muchos de sus principios y métodos. Los investigadores en el campo usan mucho (y cada vez más) las simulaciones computarizadas de los sistemas hidrológicos naturales y las técnicas de detección remota, como, por ejemplo, el uso de

UNIDAD: I INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA

mediciones del agua superficial, especialmente precipitación y flujo de las corrientes. La

3

satélites que orbitan el planeta equipados con cámaras infrarrojas para detectar cuerpos de aguas contaminadas o para seguir el flujo de manantiales termales.

La investigación hidrológica es importante para el desarrollo, gestión y control de los recursos de agua. Sus aplicaciones son muchas, incluyendo el desarrollo de sistemas de irrigación, control de inundaciones y erosión de suelos, eliminación y tratamiento de aguas usadas, disminución de la contaminación, uso recreacional del agua, la conservación de los peces y vida silvestre, la generación hidráulica, y el diseño de estructuras hidráulicas.

Las personas interfieren el ciclo del agua para sus propias necesidades. El agua es desviada temporalmente de una parte del ciclo, ya sea extrayéndola del suelo o tomándola de un río o lago. Esa agua es usada para diversas actividades en el hogar, los negocios y en las industrias; para el transporte de los desechos a través de las cloacas; para la irrigación de fincas y plazas; y para la producción de energía eléctrica.

Luego de ser usada, el agua es regresada a otra parte del ciclo: descargada, quizás, aguas abajo o dejada a que se infiltre en el suelo. Normalmente, el agua usada es de menor calidad, incluso luego de ser tratada, lo cual ocasiona problemas a los usuarios

El hidrólogo estudia los procesos fundamentales de transporte para poder describir la cantidad y calidad del agua que se desplaza por el ciclo (evaporación, evaporación, escorrentía, infiltración, flujo subterráneo, y otros componentes). El ingeniero hidrólogo, o ingeniero de recursos hídricos, se encarga de la planificación, diseño, construcción y operación de los proyectos para el control, uso y gestión de los recursos hídricos. Los problemas del recurso agua también son estudiados por los meteorólogos, oceanógrafos, geólogos, químicos, biólogos, economistas, politólogos, especialistas en matemáticas aplicadas e informática, e ingenieros de esta rama.

UNIDAD: I INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA

aguas abajo.

4

Desarrollo histórico de la Hidrología

La historia de la hidrología está ligada a la del aprovechamiento del agua y también a la labor de científicos y naturalistas de espíritu, a los avances de la ciencia y adelantos tecnológicos, a la enseñanza y capacitación hidrológica y a la visión de los que ocupan los niveles de decisión política y de gestión hidrológica. El desarrollo histórico de la Hidrología puede resumirse en los siguientes períodos:

Periodo de la especulación (antigüedad – 1400 d.C.).

En este período se destacan los siguientes hechos:

- Se han encontrado documentos de la región del río Nilo en Egipto (3.000 a.C.), en donde se mencionan grandes inundaciones. Aún en la actualidad existen unas estructuras de medición de caudales denominadas nilómetros precursores de los actuales limnímetrosutilizados por los antiguos egipcios para cuantificar las inundaciones periódicas del río Nilo.

- Los temas hidrológicos constituyeron temas de especulación por parte de los filósofos.

Hidrología, existieron grandes constructores de obras de tipo hidráulico, como se manifiesta en los acueductos y derivaciones construida, entre otros, por los egipcios y posteriormente por los romanos.

Período de observación (1.400 - 1.600).

Hubo un cambio gradual de los conocimientos puramente filosóficos, hacia la ciencia experimental de hoy. Hombres como Leonardo Da Vinci (1.452-1.519), detallaron correctamente el ciclo hidrológico.

UNIDAD: I INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA

- A pesar de que existen evidencias para demostrar que los hombres comprendían poco de

5

Período de las mediciones (1.600 – 1.700).

En este período se inició la moderna ciencia de la hidrología, con la medición de caudales, precipitación y capilaridad. Pierre Perrault (1.608-1.680), comparó medidas de lluvia con la descarga estimada del río Sena, demostrando que la escorrentía era cerca de la sexta parte de la precipitación. El astrónomo inglés Halley (1.656-1.742) midió la precipitación con un pequeño recipiente y estimó la evaporación del mar Mediterráneo a partir de esos datos. Sin embargo, el concepto del ciclo hidrológico fue puesto en duda por algunas personas hasta 1.921.

Período de experimentación (1.700 – 1.800).

En este período se inventaron los piezómetros, el tubo de Pitot, los correntómetros, los modelos a escala y se enunciaron el teorema de Bernoulli y la fórmula de Chezi.

Período de modernización (1.800 – 1.900).

Por primera vez se aplicó el conocimiento geológico a la solución de los problemas

capilar, la ley de Darcy para flujo subterráneo, la fórmula de Dupuit-thiem para pozos.

En la escorrentía superficial se avanzó en la Hidráulica con el desarrollo de fórmulas y aparatos de medición y se dio inició a la medición de las corrientes naturales de agua en forma sistemática. En los Estados Unidos, las medidas organizadas de precipitación se iniciaron en 1.819 bajo la autoridad del ejército; las mismas fueron transferidas al Signal Corps en 1.870 y finalmente, en 1.891, fueron encargadas al U.S. Weather Bureau, el cual lleva el nombre de Nacional Weather Service a partir de 1.970.

UNIDAD: I INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA

de las aguas subterráneas. Aparecieron las ecuaciones de Hagen- Poiseuille de flujo

6

En el campo de la evaporación se reconocieron las relaciones entre evaporación y presión de vapor (Ley de Dalton), se hicieron intentos para correlacionar la precipitación con la altitud. En los EEUU se establecieron varias estaciones hidrometeorológicas.

Período del empirismo (1.900 – 1.930).

Se encontró que los resultados empíricos producidos en los períodos anteriores eran insatisfactorios, por lo tanto los países desarrollados pusieron gran énfasis en la investigación por parte de las oficinas relacionadas con los problemas hidrológicos; de la misma manera actuaron las sociedades profesionales con inherencia en dichos problemas.

La gran expansión de la actividad en el control de inundaciones, irrigación, conservación de suelos y otros campos relacionados que comenzó alrededor de 1.930 originó el primer impulso real hacia la investigación organizada en Hidrología, ya que la necesidad de datos más precisos para el diseño de estas obras se hizo más evidente.

Período de racionalización (1.930 – 1950).

En este período se impuso el análisis racional sobre el empirismo. Apareció la teoría del hidrograma unitario y se determinó el exceso de lluvia en base a la infiltración.

datos hidrológicos. Se revitalizó el uso de la estadística para los cálculos hidrológicos. Se discutió el papel de la meteorología en la Hidrología, creándose una nueva ciencia: la hidrometeorología Se desarrollaron algunos análisis teóricos del transporte de sedimentos.

Un notable avance de este período fue el establecimiento de muchos laboratorios de Hidráulica e Hidrología.

UNIDAD: I INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA

Gumbel propuso la distribución del valor extremo para el análisis de frecuencia de los

7

Periodo de Teorización (1950-hasta la fecha)

Los principios matemáticos racionales de la Hidrología se transforman junto con la mecánica de los fluidos moderna, en modelos matemáticos que puedan ser resueltos a gran velocidad mediante la utilización en gran escala de la informática.

Con el aumento de la población y el mejoramiento de las condiciones económicas, se ha desarrollado un gran interés por los recursos hidráulicos, lo que ha creado una necesidad de educación e investigación en el campo de la Hidrología.

Documentos escritos por los antiguos griegos y romanos indican que éstos aceptaban que los océanos fuesen la fuente final de toda el agua pero no podían imaginar que la cantidad de precipitación es igual o mayor que la cantidad de escorrentía. Típico de las ideas de la época era la concepción de que el agua de los océanos se movía subterráneamente hasta la base de las montañas. Allí se desalinizaba en forma natural y ascendía en forma de vapor de agua a través de conductos hasta la cumbre de las montañas donde se condensaba y escapaba en el nacimiento de las corrientes. Marcos Vitruvio Pollio (100 AC., aprox.), parece haber sido el primero en reconocer el papel jugado por la precipitación tal como lo aceptamos en la actualidad.

La infraestructura física requerida para el aprovechamiento o control del agua se conoce como obras hidráulicas y comprenden todas las instalaciones técnicas que se construyen con el objetivo de tomar medidas para la explotación y utilización de los recursos hídricos, así como la protección contra sus efectos perjudiciales.

El conocimiento de la Hidrología es indispensable en la planificación, diseño, construcción y operación de las obras necesarias para el aprovechamiento o control del

UNIDAD: I INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA

Importancia de la hidrología en la ingeniería

8

agua, tales como presas, conductos para transportar agua, plantas hidroeléctricas, sistema de riego, abastecimiento y distribución de agua para consumo humano e industrial, etc.

Los estudios hidrológicos contribuyen en gran medida a determinar hasta qué punto es factible, económico y seguro el desarrollo de un Proyecto Hidráulico. El diseño de un Proyecto sin concurrencia de adecuados datos hidrológicos y sus correspondientes análisis, traerá como consecuencia una alta probabilidad de fracaso.

Los datos hidrológicos y sus respectivos análisis son parte importante de las bases físicas utilizadas en el diseño de muchos tipos de obras hidráulicas, como por ejemplo:

•El diseño de una presa estará en función de la capacidad del embalse, relacionado íntimamente con los factores climáticos, topografía de la zona, operación del embalse, efectos de los sedimentos en la vida útil de la obra, requerimientos para la derivación del agua durante la construcción, determinación del caudal de diseño del aliviadero y demás condiciones físicas y económicas que establecen las limitaciones en la capacidad total del embalse.

•Los diferentes conductos utilizados para transportar el agua, tales como alcantarillas, zanjas, tubos, canales, etc., requieren la determinación de una capacidad apropiada de cada una de dichas estructuras, de acuerdo a las demandas y ofertas del recurso agua.

mediante las caídas o saltos de agua, utilizan el caudal proporcionado por los estudios hidrológicos, como uno de los factores que determinan la cantidad de energía disponible.

•En el caso de los sistemas de riego, existen dos factores básicos para su desarrollo: tierra y agua, los cuales están estrechamente interrelacionados con la determinación de los requerimientos de agua para el riego. Si la tierra es el factor limitante, los requerimientos unitarios del recurso hídrico determinan la cantidad de agua a utilizar; si el agua es el factor limitante, estos requerimientos fijan el tamaño del área a regar.

UNIDAD: I INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA

•Las plantas hidroeléctricas que convierten la energía potencial del agua en trabajo útil,

9

En algunas áreas de riego, especialmente localizadas en zonas áridas o semiáridas, el alto contenido de salinidad del agua puede reducir la capacidad productiva de las tierras. Si hay una fuente de agua fresca (bajo contenido salino), que se pueda añadir al agua salina, es fácil diluir la solución hasta un punto tal que no ocasiones daños a los cultivos. Con este objeto se puede almacenar agua fresca durante los periodos de creciente para añadirla al agua salina durante los periodos secos, también se puede transvasar agua de una cuenca a otra a fin de lograr efectos similares.

•La determinación de los caudales de diseño en la planificación del drenaje urbano, vial y agrícola. Toda obra de ingeniería debe estar asociada a un adecuado diseño, construcción y operación del correspondiente sistema de drenaje, que faciliten la evacuación y disposición del agua excedente de las inmediaciones del proyecto de ingeniería de que se trate.

•Los datos hidrológicos son de especial importancia cuando se trabaja en el control de la erosión, lo que se conoce como Obras de Conservación, entre otras: diseño de terrazas, control de torrentes, protección de taludes, etc.

•Los requerimientos de agua para la navegación depende de las características del cauce natural o canal y de las profundidades de agua que se pueda garantizar a las embarcaciones en los puntos críticos de la corriente.

•Las corrientes de agua ofrecen el medio más fácil para la disposición de los desperdicios y aguas residuales. El incremento de la población y el crecimiento del desarrollo industrial

agua. Los requerimientos de volumen de agua para el control de la polución o contaminación en las corrientes hídricas se cuantifica mediante consideraciones de parámetros, entre los cuales se mencionan: contenido de oxigeno disuelto, demanda bioquímica de oxigeno, caudal y velocidad de la corriente.

•Plantas de Tratamiento, que comprende el conjunto de operaciones de tipo físico, químico o biológico cuya finalidad es la eliminación o reducción de la contaminación o las características no deseables de las aguas, bien sean naturales, de abastecimiento, de proceso o residuales.

UNIDAD: I INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA

traen como consecuencia un aumento de las cargas contaminantes sobre las corrientes de

10

Desde un punto de vista metodológico, la presentación de una ciencia incluye una clara definición del objeto de su estudio, la discusión de las características de los fenómenos que tiene como objetivo explicar, y un análisis de las relaciones con otros conocimientos científicos.

En consecuencia, en este trabajo se presenta una definición de Hidrología, un análisis inicial de la asociación con problemas de la Ingeniería, y una discusión más amplia de las relaciones con otras ciencias y temas que presentan un conjunto de líneas abiertas de integración con otros conocimientos.

El término Hidrología hace referencia al estudio científico del agua, sus propiedades, distribución, y efectos sobre la superficie terrestre, el suelo, y la atmósfera.

La Hidrología es una ciencia que trata del agua en la Tierra, su ocurrencia y distribución, sus propiedades físicas y químicas, y su relación con el medio ambiente, que incluye su relación con los seres vivos.

Es una situación conocida que los objetos de estudio de una ciencia se modifican con el paso del tiempo, y en consecuencia resulta conveniente como guía de este análisis discutir

Las características de los estudios que se desarrollen en el marco de la Hidrología serán diferentes según el enfoque profesional y las distintas bases de conocimientos que sean utilizados en la resolución de problemas técnicos, desarrollos, o investigaciones.

Un problema central a resolver con las distintas metodologías científicas que se utilizan, apunta a explicar y predecir las variaciones en la distribución temporal y areal del agua.

UNIDAD: I INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA

los temas actuales en estudio y los posibles escenarios futuros.

11

En la relación con la Ingeniería aparece definida la necesidad de realizar predicciones acerca de la disponibilidad del agua, y en este tema se asocia la Hidrología con las necesidades propias de los diseños de obras hidráulicas.

Problemas en los diseños de obras y factores de riesgo

En este parágrafo se discute una presentación clásica del origen de los problemas en el diseño de obras civiles, y se presenta un análisis que se centra en los diferentes modelos utilizados para la explicación de los procesos físicos.

Según McCuen (1989), entre los principales factores que contribuyen a que los diseños de las obras civiles puedan resultar ineficaces, se encuentran:

La ocurrencia de la precipitación no es pronosticable

En la actualidad no es posible predecir exactamente cuánta precipitación ocurrirá en un determinado período de tiempo (día, mes, año) y espacio. Esta característica define una primera dificultad en los proyectos de Ingeniería para controlar el escurrimiento bajo todas las condiciones posibles de variación espacial y temporal del agua, a partir del concepto de que existen distintas fuentes de incertidumbre asociadas a: 1) la propia del

modelo matemático, y 3) la debida a la estimación de los parámetros del modelo.

En este punto debe aparecer claramente definida una primera asociación con los objetos de estudio de otras ciencias. En este caso la Meteorología (por ejemplo: tipos de precipitación) y la Estadística con modelos estocásticos (o sea, probabilísticos) para la representación puntual y área de la precipitación.

UNIDAD: I INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA

fenómeno bajo análisis (en este caso, la precipitación), 2) la debida a la selección del

12

Costos de las obras para asegurar el control total

Desde un enfoque más práctico, obras cuyos parámetros de diseño permitan controlar totalmente estas variaciones tendrían un costo muy elevado, por lo tanto, aparece la necesidad de establecer criterios adecuados para seleccionar los proyectos más eficientes, utilizando técnicas objetivas para su identificación.

En este punto aparece claramente definida una nueva asociación con la Planificación y la Investigación Operativa, que proveen los modelos matemáticos necesarios para optimizar el proceso de selección de las obras y la definición de sus parámetros de diseño.

Los procesos hidrológicos son muy complejos

En consecuencia, no existe una teoría completa -y por lo tanto continua- para describirlos, ya que existe una marcada dependencia con las mediciones de numerosas variables hidrometeorológicas de diseño.

En este punto, se debe contemplar la necesidad de contar con teorías científicas que permitan realizar predicciones con menores niveles de incertidumbre, utilizando modelos

En los últimos años se puede observar la presencia de un nueva familia de modelos matemáticos que tienen como objetivo explicitar los procesos físicos y producir una respuesta en términos probabilísticos.

El diseño de los proyectos hidráulicos Los estudios de proyectos de operaciones para el suministro de agua se hacen con el objeto de visualizar la manera como trabajará el proyecto. En su forma final es un panorama del proyecto en acción, basado en la experiencia pasada y en las proyecciones futuras de las condiciones de escurrimiento y demanda. En estos aspectos tienen especial

UNIDAD: I INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA

explicativos cuyas aplicaciones sean bien conocidas.

13

cabida la utilización de los modelos hidrológicos como herramienta fundamental para estimar los diversos parámetros de diseño.

El uso del agua en un proyecto hidráulico esta dictado por dos factores principales:

•Necesidad del agua (demanda) •Disponibilidad del agua (oferta)

La combinación de estos dos factores viene determinada por los elementos que proporciona la Hidrología, puesto que esta ciencia será en última instancia la que dictará las dimensiones y precauciones que hayan de tomarse en el diseño de las obra para el aprovechamiento hidráulico.

Diseñar un sistema hidráulico cualquiera sin el conocimiento de los factores hidráulicos que lo determinan, es algo así como diseñar una estructura sin el conocimiento de las cargas que actúan sobre ella o diseñar una vía de comunicación sin el conocimiento del volumen y la densidad del tráfico usuario.

En el diagrama de flujo de la figura 1.1, se muestra una secuencia lógica de los componentes de una obra de tipo hidráulico, pudiendo ser considerados otros

un sistema de drenaje vial existen las obras de captación representadas por los sumideros y las de recolección constituidas por los tubos que van al conductor principal, conformando la estructura de conducción que transporta el agua hasta un drenaje natural en donde se efectúa la deposición final.

Para el caso particular del sistema de aguas blancas y alcantarillado de una ciudad, todo el sistema indicado se cumple y los términos equivalentes se muestran en la figura 1.1.

UNIDAD: I INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA

componentes adicionales según el tipo de obra de que se trate; por ejemplo, en el caso de

14

Los proyectos para el aprovechamiento y control del agua tienen ciertas características inherentes a su naturaleza que los hacen arriesgados y con cierto grado de incertidumbre que debe ser cubierto con la intensidad y profundidad del estudio hidrológico. Al efectuarse los estudios hidrológicos, adicionando la evaluación económica y financiera, se debe tener en cuenta dichas características, entre las cuales se mencionan:

a. Los proyectos hidráulicos tienden a ser únicos en su género. b. Los desarrollos hidráulicos son completamente irreversibles. c. Los proyectos hidráulicos requieren muchas suposiciones que introducen riesgos variados. d. Los proyectos hidráulicos contienen varias incertidumbres naturales. e. Los proyectos hidráulicos requieren por lo general de una inversión intensiva de capital. f. Los grandes proyectos hidráulicos requieren de largos periodos de maduración y desarrollo, tienen costos iniciales altos y beneficios diferidos. g. Los grandes proyectos hidráulicos requieren gran habilidad y experiencia en los

UNIDAD: I INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA

diferentes niveles de su desarrollo.

15

alcantarillado de una ciudad.

UNIDAD: I INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA

FIGURA 1.1. Disposiciรณn general de las obras hidrรกulicas. Sistema de aguas blancas y

16

Relaciones de la hidrológica con otras ciencias El campo de la Hidrología es sumamente amplio y en muchas oportunidades traslapa sus actividades con otras ciencias, tales como: la oceanografía, la meteorología, la geografía, la fisiografía, la geología, la geomorfología, la sedimentación, la biología, la ecología, la agronomía, la edafología, la mecánica de fluidos e hidráulica, las matemáticas incluyendo las probabilidades, estadística y computación.

En las aplicaciones de la Hidrología, frecuentemente no es posible comenzar con una ley de física básica y mediante el razonamiento deductivo llegar a predecir una conclusión. En la mayor parte de los casos se debe comenzar con un gran número de hechos observados, los cuales se analizan estadísticamente a fin de establecer modelos de predicción. Estos análisis requieren la aplicación de la teoría de las probabilidades y de las técnicas estadísticas, juntos con los recursos modernos de la computación.

Frecuentemente cada problema hidrológico es diferente a los demás y por lo tanto no es posible transferir directamente las conclusiones de una cuenca a otra. Sin embargo, utilizando procedimientos apropiados podemos simular en algunos casos dichos datos, por lo que uno de los trabajos del hidrólogo, es desarrollar procedimientos que permitan la transmisión valida de los datos de una cuenca a otra.

Los nexos entre la Hidrología y otras ciencias de la Tierra, como la Meteorología, la

hidrológico y su relación con los fenómenos meteorológicos, tipos de suelo, topografía y otros factores geológicos. Esta complejidad hace que los límites entre las ciencias mencionadas sean difíciles de definir, ya que dificulta el establecimiento de claras condiciones de borde entre los conocimientos.

Hidrometeorología: estudia la presencia y evolución del agua en la atmósfera.

Limnología: estudio del agua en lagos y embalses.

UNIDAD: I INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA

Ecología, la Geología y la Oceanografía, surgen de la natural complejidad del ciclo

17

Potamología: estudio de ríos y arroyos.

Glaciología: estudio de la nieve y el hielo en la naturaleza.

Hidrogeología: estudio y modelación del agua subterránea.

El ciclo hidrológico y las modificaciones en el escurrimiento.

El ciclo hidrológico de un ambiente natural puede presentar alteraciones debidas principalmente a la erosión, ya que las tormentas de alta intensidad causan erosión sobre la superficie, y los caudales extremos que se producen a partir de tormentas de gran volumen producen caudales de alta velocidad en los cursos, con la posibilidad de erosionar el canal de escurrimiento.

Por otro lado, en épocas de sequías extremas puede ocurrir un aumento de las superficies desérticas, es decir, desaparición de vegetación, con el consiguiente aumento del escurrimiento superficial y la disminución de la capacidad de almacenamiento de la cuenca.

Conclusión: aún en un ambiente natural, la precipitación y su caudal asociado producen

El ciclo hidrológico en ambientes modificados por el hombre

El suelo destinado a la agricultura presenta una menor capacidad de infiltración, y por lo tanto una disminución de la capacidad de almacenamiento, con el consiguiente aumento de escurrimiento superficial.

Los principales efectos de la urbanización aparecen al reducirse la vegetación y la posibilidad de almacenamiento en depresiones. Las superficies impermeables reducen

UNIDAD: I INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA

cambios en las características de las cuencas.

18

drásticamente la capacidad de infiltración del suelo y como dichas superficies son menos rugosas se incrementa considerablemente la velocidad de los caudales, lo que provoca una mayor erosión superficial aguas abajo, en áreas no urbanizadas.

El aumento del escurrimiento superficial y de la velocidad de los caudales, produce un incremento de los caudales máximos, con los consiguientes fenómenos de erosión de los canales y las pérdidas económicas por inundación.

En consecuencia aparece la necesidad de realizar obras que permitan compensar la pérdida de almacenamiento natural, con lo que la urbanización trae aparejada la realización de obras de ingeniería en pos de esos objetivos.

Funciones de la Hidrología en la Ingeniería de los Recursos de Agua

La hidrología constituye un valioso auxiliar de la ingeniería para el planeamiento, diseño y operación de proyectos de desarrollo de agua. Para cumplir con su cometido la hidrología desarrolla los diversos métodos y procedimientos de registro, recolección, procesamiento de datos y el correspondiente análisis y aplicación de los mismos.

Además de los elementos básicos, la hidrología continúa formando parte de las

conductoras del agua, el análisis económico para evaluar la conveniencia relativa de un proyecto propuesto (análisis de coso-beneficio) y la operación misma del proyecto específico.

Los datos más importantes para el diseño hidrológico de una obra se enumeran a continuación:

Meteorológicos: radiación, nubosidad, precipitación, temperatura, humedad, viento, evaporación y transpiración.

UNIDAD: I INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA

disciplinas que deben participar en el diseño de las estructuras almacenadoras o

19

Escorrentía: caudales y volúmenes.

Erosión y sedimentación: cargas de sedimentos en suspensión y de fondo, relación entre caudales y cargas de sedimentos, factores que influyen en la erosión y sedimentación.

Aguas subterráneas: niveles freáticos, superficies piezométricas, características del flujo en los acuíferos como depósitos y como conductos de agua, gradientes hidráulicos, datos geológicos.

Geográficos y topográficos: incluye fotografías aéreas y varias clases de mapas usados para la ubicación de las cuencas, localización de estaciones climatológicas, etc.

Edafológicos: Características del complejo suelo-cobertura.

Geomorfológicos y fisiográficos: formas y características de los terrenos derivados de las condiciones geológicas y climáticas y que influyen en los patrones de precipitación, escurrimiento, cantidad de infiltración y movimiento de las aguas subterráneas.

En relación con el procesamiento de datos es conveniente puntualizar que, antes de

organizar dicha información, tomando en consideración los aspectos siguientes: Prueba de consistencia: para determinar el efecto de ciertos fenómenos físicos en las relaciones básicas importantes y también para determinar la confiabilidad de los datos.

Estimación de datos faltantes: mediante las relaciones existentes dentro del registro de una estación específica o por correlación con otras estaciones existentes.

Tablas y gráficos: en una forma específica, según los estudios a ser realizados.

UNIDAD: I INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA

utilizar los datos para un proyecto específico, se hace necesario verificar, analizar y

20

Formatos para el uso de computadoras: preparación de los datos para su procesamiento en computadoras.

APLICACIONES DE LA HIDROLOGÍA − Diseño y operación de embalses − Abastecimiento de agua a poblaciones − Irrigación − Generación de Energía Eléctrica − Obras de drenaje − Control de inundaciones − Erosión y control de sedimentos − Estudio de la calidad del recurso hídrico

UNIDAD: I INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA

− Protección de los ecosistemas

21

GLOSARIO Obra Hidráulica o Infraestructura Hidráulica: Es una construcción, en el campo de la ingeniería civil que constituyen un conjunto de estructuras construidas con el objeto de manejar el agua, cualquiera que sea su origen, con fines de aprovechamiento o de defensa.

Presa: es una barrera u obstáculo construido transversalmente a un valle, para retener el flujo de agua dentro de un área determinada.

Embalse: emplazamiento artificial usado para el almacenamiento, regulación y control de los recursos hídricos. Sinónimo: vaso de almacenamiento, lago artificial. Existen varios tipos de embalses, dependiendo de su función: e. de almacenamiento, e. de control de crecidas, e. de regulación, e. de compensación.

Caudal: es una medida de flujo que se define como el volumen de agua que fluye a través de una sección transversal de un río, canal o tubería en la unidad de tiempo. Ej.: litros por

UNIDAD: I INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA

segundo o metros cúbicos por segundo.

22