hidrología- Obras hidráulicas

1. HIDROLOGÍA - OBRAS
HIDRÁULICAS

2. CONTENIDO
• CICLO HIDROLOGICO
• DISTRIBUCIÓN DEL AGUA TOTAL EN LA
TIERRA
• ECUACIÓN FUNDAMENTAL DE LA
HIDROLOGÍA
• APLICACIONES
• HIDROMETRÍA E INSTRUMENTACIÓN -
IDEAM

3. CICLO HIDROLÓGICO
Es el principal mecanismo de abastecimiento de agua. Es el
proceso de circulación del agua entre los distintos
compartimientos de la hidrosfera. Ciclo biogeoquímico de
mínimas reacciones y el agua solamente se traslada.
Es el principal
mecanismo de
abastecimiento de
agua.

4. CICLO HIDROLÓGICO

5. CICLO HIDROLÓGICO
• Evaporación: El agua
cambia de líquido a gas
(vapor), agua, plantas y
animales.
• Condensación: Sucede
cuando pasa de gas a líquido
(como comúnmente la
conocemos)
• Sublimación: Es cuando
pasa directamente de sólido a
gas y viceversa

6. Solidificación
• La nieve o el granizo se generan cuando al
disminuir la temperatura en el interior de una
nube por debajo de 0oC, el vapor de agua o el
agua misma se congelan.
La nieve: se solidifica el agua a baja altura
El granizo: asenso rápido de las gotas de agua que
forman una nube.

7. Es la ciencia o rama de las ciencias de la tierra
que se dedica al estudio de la distribución,
espacial y temporal, y las propiedades del agua
presente en la atmósfera y la corteza terrestre.
HIDROLOGÍA

8. Representa el 0,0016% del
total de agua del planeta

9. Balance hídrico
• Es el equilibrio entre todos los RECURSOS
HÍDRICOS que ingresan al SISTEMA y los que
salen del mismo, en un intervalo de tiempo
determinado.

10. Entradas (I):
Precipitación
Importaciones de agua
(aguas residuales,
descargas de
hidroeléctricas, etc)
Escorrentía superficial
desde otras hoyas
Aguas subterráneas desde
otras hoyas.
Salidas (O):
Evaporación
Transpiración
Escorrentía superficial hacia
otras hoyas (p.e.mar)
A subt hacia otras hoyas.
Infiltración
Exportaciones de agua
(agricultura, acueductos,
industria, etc)
Balance Hídrico – Ecuación
fundamental

11. Balance Hídrico – Ecuación
fundamental
Cambio de almacenamiento (∆S):
Almacenamiento de aguas subterráneas
Almacenamiento por cambio de humedad del suelo
Almacenamiento superficial en embalses y en
canales propia escorrentía superficial.

12. APLICACIONES DE LA HIDROLOGÍA
• Escogencia de fuentes de abastecimiento de agua
para uso doméstico o industrial.
• Estudio y construcción de obras hidráulicas.
▫ Fijación de dimensiones hidráulicas, presas y fijación
de métodos de construcción
• Drenaje:
▫ Características del nivel freático y examen de
condiciones de alimentación y escurriemiento natural
del nivel freático: precipitación, hoya de contribución y
nivel de agua de las corrientes.

13. APLICACIONES DE LA HIDROLOGÍA
• Irrigación:
▫ Escogencia de agua necesaria y Estudio de
evaporación e infiltración
• Regulación de los cursos de agua y control de
inundaciones
▫ Estudio de variaciones de caudal y previsión de
crecientes máximas y examen de las oscilaciones del
nivel de agua y de las áreas de inundación.

14. APLICACIONES DE LA HIDROLOGÍA
• Control de polución
▫ Análisis de capacidad de recepción de los cuerpos
receptores de efluentes de sistemas de agua de
desecho: caudales mínimos, capacidad de aireación y
velocidad de escurrimiento.
• Control de erosión
▫ Análisis de intensidad y frecuencia de precipitaciones
máximas; determinación de coeficientes de escorrentía
superficial (k= Es / Pt)

15. APLICACIONES DE LA HIDROLOGÍA
• Aprovechamiento hidroeléctrico.
▫ Caudales máximos, mínimos y promedio de cursos de
agua para estudio económico y dimensionamiento de
instalaciones para aprovechamiento.
▫ Estudio de sedimentos para determinación de embalse
muerto.
▫ Estudio de evaporación e infiltración
▫ Estudio de oleaje en embalses.

16. APLICACIONES DE LA HIDROLOGÍA
• Navegación
▫ Obtención de datos sobre construcción y mmto. de
canales navegables.
• Operación de sistemas hidráulicos complejos.
• Recreación y preservación del medio ambiente
• Preservación y desenvolvimiento de la vida
acuática

17. INFORMACIÓN HIDROLÓGICA
REQUERIDA PARA DISEÑO DE OBRAS
HIDRÁULICAS
• PRECIPITACIÓN Y
PERÍODO DE
RETORNO
• CAUDAL (escorrentía
superficial)

18. Precipitación:
Son todas las formas de humedad emanadas de la
atmósfera y depositadas en la superficie terrestre,
tales como:
1. Lluvia,
2. Granizo,
3. Rocío,
4. Neblina,
5. Nieve
6. Helada.

19. Precipitación convectiva
Precipitación estratiforme
Precipitación orográfica
Grupos de nubes o clusters tropicales
Fenómeno del niño y la niña
Huracanes
Formas de Precipitación

20. Precipitación Convectiva
Movimientos
verticales de aire, muy
fuertes. (inicia en la
parte inferior de las
nubes.
Se forman en 45 min.
Tormentas de
duración es corta.

21. Movimientos de aire relativamente débiles que al chocar con
varias nubes produce precipitaciones de varias horas y de
menor intensidad. (Inicia en la parte superior de las nubes)
Precipitación Estratiforme

22. Precipitación Orográfica
• Muy constante en la
zona de páramos
• ESTIAJE: Nivel
o caudal mínimo de un
río o laguna en
cierta época del año,
debido principalmente
a sequías por escasez de
lluvias. También puede
deberse a
una fuerteevaporación
del río por
una mayor insolación, e
ntre otros motivos.

23. Precipitación Orográfica
• ESTIAJE: Nivel o caudal mínimo de un río o laguna en cierta época del año,
debido principalmente a sequías por escasez de lluvias. También puede
deberse a una fuerteevaporación del río por
una mayor insolación, entre otros motivos.
• AVENIDA: La avenida o crecida es el rápido aumento del nivel de agua
quedesciende por un curso fluvial. Aunque el término "crecida" significa el
momento de máximo caudal, normalmente se considera como crecida
cuando produce efectoscatastróficos.

24. Grupos de nubes o clusters tropicales
Ocurre en zona de convergencia de vientos con
áreas de precipitación de 50.000 Km2, forman las
precipitaciones de tipo convectivo y orográfico
(gran magnitud e intensidad)
Duran varios días.
La unión de clusters
forma una Vaguada
Tropical.

25. Fenómeno del niño y de la niña
• Son fenómenos de tipo ecuatorial (vaguadas de
clusters), diferentes a los comúnmente
presentados .
• Son lluvias muy fuertes, que se presentan en
zonas donde el promedio de lluvias es muy bajo.
• NIÑO: lluvias en costas de Ecuador, Perú,
México y California. Sequía en Colombia,
Venezuela y Centroamérica
• NIÑA: Lluvias en Colombia, Venezuela y Centro
américa. Sequía en Perú, México y California.

28. Huracanes
Son sistemas convectivos
de gran magnitud, que se
presentan en las costas
tropicales del mar Caribe:
entre Florida y Venezuela.
Producen lluvias y vientos
muy fuertes.
La mayoría se originan en
el atlántico y aumentan su
fuerza a medida que avanza
al caribe.

29. INFORMACIÓN HIDROLÓGICA -
Precipitaciones
MEDIDAS PLUVIOMETRICAS:
Cantidad del lluvias, ∆h, la altura de caída y acumulada
sobre una superficie plana e impermeable.
• Altura pluviométrica, mm
• Intensidad de precipitación (i), mm/hr
• Duración, hr, inicio y fin de precipitación.

30. •
INFORMACIÓN HIDROLÓGICA -
Precipitaciones

31. Método polígono de Thiesen:
Se utiliza para una distribución no uniforme de aparatos.
Resultados más correctos en una hoya aproximadamente plana.
Se definen áreas de influencia de cada estación pero no se tiene en
cuenta la orografía.
n = numero de estaciones
Pi: Precipitación registrada Estación i
Ai = Area de influencia correspondiente a
estacón i.
INFORMACIÓN HIDROLÓGICA -
Precipitaciones

32. Método Isoyetas:
Es el método más preciso. Curvas de igual precipitación y se elaboran
considerando la orografía de la hoya.
INFORMACIÓN HIDROLÓGICA -
Precipitaciones
n: numero de curvas de igual precipitación.
Pi: precipitación correspondiente a la curva
de igual precipitación i
Pi+1= precipitación correspondiente a la
curva de igual precipitación i+1
Ai, i+1 = Área entre las curvas de igual
precipitación i e i+1.

33. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA
ESCORRENTÍA
Factores climáticos:
1. Intensidad de precipitación (a mayor
intensidad mayor probabilidad de exceso de
escorrentía), duración de la precipitación (a
mayor duración es mayor la escorrentía) y
precipitación antedecente (lluvia anterior que
deja el suelo humedo).
INFORMACIÓN HIDROLÓGICA -
Caudal

34. INFORMACIÓN HIDROLÓGICA -
Caudal
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA
ESCORRENTÍA
Factores fisiográficos
2. Área y forma de la superficie: a mayor cantidad
de escorrentía que genere la hoya, mayor es el
caudal.
3. Pendiente de las laderas y taludes.

35. INFORMACIÓN HIDROLÓGICA -
Caudal
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA
ESCORRENTÍA
Factores fisiográficos
4. Naturaleza de la cobertura vegetal.
5. Rugosidad y superficie del terreno.
6. Características de los suelos subsuperficiales
Permeabilidad: a mayor permeabilidad menor
exceso de precipitación.

36. INFORMACIÓN HIDROLÓGICA -
Caudal
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA
ESCORRENTÍA
Factores humanos
• Obras hidráulicas construidas en la hoya.
• Rectificación de ríos. a mayor permeabilidad
menor exceso de precipitación.

37. PERCOLACIÓN
El agua lluvia al caer
sobre el suelo, trata de
infiltrarse, desplazando
el agua existente hacia
abajo por los macro
poros y formando una
especie de onda de
presión de agua dentro
del suelo, la cual
produce un frente
húmedo de infiltración.

38. • La permeabilidad se mide en cm/s (es la penetración del agua en el
suelo )
• La capacidad de percolación se mide en mm/hr (se refiere al paso
lento de las aguas a través de los materiales porosos filtración)
PERCOLACIÓN

39. LA CUENCA
• Toda cuenca tiene un canal principal
• Es un territorio drenado por un único
sistema de drenaje natural, que a
través de un único río, entrega sus
aguas al mar o a un lago endorréico.
Orden de la corriente:
• 1er orden: No tienen tributarios
• 2do orden: dos corrientes de 1er
orden se unen.
• 3er orden: dos corrientes de 2do
orden se unen.
• Corrientes n+1: cuando dos
corrientes de orden n se unen.
Línea
divisoria
de agua

40. 1. Área de drenaje: es el área plana dentro de la línea
divisoria de agua.
2. Longitud de la cuenca: está definida por la longitud
del canal principal, medido desde la salida de la
cuenca, hasta el extremo superior de la línea divisoria
de agua.
LA CUENCA - propiedades
Thalweg, una voz procedente
del alemán que significa «camino del
valle», y que es la línea que une los
puntos de menor altura en un valle o en el
cauce de un río y donde la corriente, si la
hay, es más rápida.

41. 1. as
2. as
3. Pendiente: es un factor importante para definir el
momentum de una avenida de agua y el momentum a
su vez refleja la magnitud de la avenida. Para la
pendiente se debe analizar el canal principal y los
canales secundarios. Las cuencas de mayor pendiente
tienen una respuesta más rápida que las cuencas de
menor pendiente
LA CUENCA - propiedades

42. 1. zx
2. Asf
3. asdf
4. Altitud: las diferencias de elevación influyen sobre los
niveles de precipitación e intensidad de lluvia, así como la
temperatura y la disponibilidad de agua.
5. Curva hipsométrica: es la representación gráfica del
relieve de una cuenca. Se obtiene graficando el valor de la
cota en las ordenadas y el porcentaje del área acumulada en
las abscisas.
LA CUENCA - propiedades

43. LA CUENCA - propiedades
6. Forma de la cuenca: está determinada por la forma del
canal principal con respecto a la longitud de los canales
triburarios:
Alargada: Lcanal ppal > Lcanal tributario
Abanico: Lcanal ppal casi = Lcanal tributario
Ancha: Lcanal ppal < Lcanal tributario

44. LA CUENCA - propiedades
7. Forma del sistema de drenaje: está relacionada con la
forma de la cuenca. Un sistema alargado presenta, en
algunos casos, el doble del caudal que un sistema ancho. El
factor de forma se denota con la forma K.
Una cuenca con un factor de
forma bajo está menos sujeta
a crecidas, que una de la
misma área pero con mayor
factor de forma.
Kf = 4,6 Cuenca alargada
Kf = 1,3 Cuenca ancha
Kf= A / L2
L: Longitud de la curvaen Km.
A: Área de drenaje, en Km2.
Kf: Factor de forma

45. 8. Densidad y estructuras de drenaje:
Densidad: es el número de corrientes tributarias que hay en el sistema
de drenaje.
Estruct. Drenaje: es la forma interna de esta red.
Cuencas con suelos impermeables o arcillosos, presentan una mayor
densidad que aquellas con suelos permeables o arenosos.
D = ∑ L / A
L: Longitud total de las corrientes de agua, en Km
A: Área total de la cuenca, en Km2.
D: Densidad de drenaje, en Km/ Km2.
LA CUENCA - propiedades

46. 9. Cobertura vegetal y uso de la tierra: las
actividades humanas cambian las
características de la superficie de la cuenca y
por lo tanto su respuesta hidrológica.
LA CUENCA - propiedades

47. 10.Rugosidad de la superficie: Determina la
velocidad del agua en la superficie del terreno y
esta a su vez tiene importancia fundamental en
la determinación de caudales:
Formula de continuidad es: Q = V . A
LA CUENCA - propiedades

48. VARIABLES ESCORRENTÍA:
• Caudal específico, q
Caudal Q dividido por el área de drenaje A de la
hoya. (m3/s/km2, l/s/km2)
• Caudales mínimos, medios y máximos
Es común, tener estos datos.
INFORMACIÓN HIDROLÓGICA -
Caudal

49. … Continúa VARIABLES ESCORRENTÍA
• Coeficiente de escorrentía superficial, C.
C= (V escorrentía superficial)/( V precipitado total) intervalo de tiempo
C (Vía pavimentada) = 0.7 a 0.95
C (parque con árboles y zona de pastos) = 0.1 a 0.25
INFORMACIÓN HIDROLÓGICA -
Caudal

50. INFORMACIÓN HIDROLÓGICA -
Caudal
… Continúa VARIABLES ESCORRENTÍA
• Tiempo de concentración, tc
Es el tiempo que la lluvia que cae en el punto más distante de la
corriente de agua toma para llegar a una sección determinada de dicha
corriente. (minutos y horas)

51. INFORMACIÓN HIDROLÓGICA -
Caudal
… Continúa VARIABLES ESCORRENTÍA
• Tiempo de retorno, tr
Es el tiempo promedio, en años, en que un determinado evento (en este caso
el caudal), es igualado o superado por lo menos una vez.
Es el parámetro más significativo en el diseño de obras hidráulicas, p.e.
vertedero de una presa, puente, diques para el control de inundaciones.
Varía en función de la importancia de la obra, para evitar
superdimensionamientos.
Canalización de aguas lluvias en ciudades de mediano porte o grandes: de 20 a
50 años
Ciudades de pequeño porte: de 5 a 10 años
Puentes importantes: 100 años

52. INFORMACIÓN HIDROLÓGICA -
Caudal
… Continúa VARIABLES ESCORRENTÍA
• Nivel de agua, h
Se expresa en metros o en centímetros.
Altura alcanzada por el nivel de agua en relación con un
nivel de referencia.

53. INFORMACIÓN HIDROLÓGICA -
Caudal
HIDROGRAMAS: es la
representación gráfica de la
variación del caudal en relación con
el tiempo (horas, días, meses, años)
• Son útiles para:
1. Comparar el comportamiento
del caudal en el tiempo.
2. Analizar lo que ocurre en una
precipitación.

54. • Las obras hidráulicas causan modificaciones en los
ecosistemas fluviales, por lo tanto debe existir armonía
entre estas y la gestión del agua, la cual algunas veces se
torna compleja debido a la controversia entre algunas
consideraciones de tipo ambiental y el desarrollo
socioeconómico.
Caudal ecológico

55. Caudal ecológico
• Se origina en los EUA en los años 60
• Preocupación por conservar ecosistemas
acuáticos de los salmones.
• RIO: Biota acuática, la ribera, la morfología y el
régimen sedientológico forman un todo,
SINERGIA.

56. Caudal ecológico – declaración de
Brisbane (Conferencia Internacional de Caudales,
Australia, 2007)
• Son los flujos de agua, el momento de su
aplicación y la calidad del agua, precisos para
mantener los ecosistemas de agua dulce y de los
estuarios, así como los medio de subsistencia y
bienestar de las personas que dependen de tales
ecosistemas.

57. INFORMACIÓN HIDROLÓGICA -
Caudal
• CAUDAL, Q: VOLUMEN DE AGUA QUE
CIRCULAN EN UN CAUCE, EN UN LUGAR Y
TIEMPO DETERMINADO.
• VOLUMEN HIDRÁULICO= ESCORRENTÍA
DE UNA CUENCA HIDROGRÁFICA
UNIDADES
SI Ingles
m3/s ft3/s

58. INFORMACIÓN HIDROLÓGICA -
Caudal
• FLUJO VOLUMÉTRICO:
CAUDAL Q = L3 T-1; m3/s
AREA A = L2
VELOCIDAD V = LT-1

59. INFORMACIÓN HIDROLÓGICA -
Caudal
• MEDICIÓN: Fundamental para garantizar la
seguridad de la estructura, el abastecimiento de
poblaciones, eficiencia en el tratamiento de
aguas, entre otras.
Colapso de presa de
residuos de aluminio
en Hungría.

60. Metodologías de
Medición:
Geometría de la sección y medición de la
velocidad media de flujo.
Trazadores
INFORMACIÓN HIDROLÓGICA -
Caudal

61. ESTACIONES
METEOROLÓGICAS
• Año 1969: SCMH
• Año 1976: HIMAT
• Año1993: IDEAM

62. PARÁMETROS A MEDIR
• Precipitación y numero de días de lluvia
• Caudal ríos
• Temperatura media, media max y min.
• HR y tensión de vapor
• Radiación global
• Brillo solar
• Evaporación
• ETP
• Dirección y velocidad del viento
• Estabilidad atmosférica

63. TIPOS DE ESTACIONES
• Estación Pluviométrica
(PM): dotada de un
pluviómetro o recipiente
que permite medir la
cantidad de lluvia caída
entre dos observaciones
consecutivas.
• Estación Pluviográfica
(PG): Registra en forma
mecánica y continúa la
precipitación en una
gráfica que permite
conocer la cantidad,
duración, intensidad y
periodo en que ha
ocurrido la lluvia.
Actualmente se utilizan
los pluviógrafos de
registro diario.

64. Estación Climatológica Principal (CP): Es aquella en la cual se hacen
observaciones de visibilidad, tiempo atmosférico presente, cantidad,
tipo y altura de las nubes, estado del suelo, precipitación, temperatura
del aire, humedad, viento, radiación, solar, brillo solar, evaporación
y fenómenos especiales. Gran parte de estos parámetros se obtienen de
instrumentos registradores. Por lo general se efectúan tres observaciones
diarias.
TIPOS DE ESTACIONES
Estación Climatológica Ordinaria
(CO): Este tipo de estaciones
poseen obligatoriamente un
pluviómetro, pluviógrafo y
psicrómetro. Es decir miden
lluvias y temperaturas extremas e
instantáneas.

65. TIPOS DE ESTACIONES
Estación Sinóptica Principal (SP): en este
tipo de estación se efectúan observaciones
de los principales elementos
meteorológicos en horas convenidas
internacionalmente. Los datos se toman
horariamente y corresponden a
nubosidad, dirección y velocidad de los
vientos, presión atmosférica,
temperatura del aire, tipo y altura de las
nubes, visibilidad, fenómenos
especiales, características de humedad,
precipitación, temperaturas extremas,
capa significativas de nubes recorrido
del viento y secuencia de los
fenómenos atmosféricos. Esta
información se codifica y se intercambia a
través de los centros mundiales con el fin
de alimentar los modelos globales y
locales de pronóstico y para el servicio de
la aviación.

66. Estación Sinóptica
Suplementaria (SS): Al
igual que en la estación
anterior, las observaciones
se realizan a horas
convenidas
internacionalmente y los
datos corresponden
comúnmente a visibilidad,
fenómenos especiales,
tiempo atmosférico,
nubosidad, estado del
suelo, precipitación,
temperatura del aire,
humedad del aire y
viento.
TIPOS DE ESTACIONES

67. Estación Agrometeorológica
(AM): En esta estación se
realizan observaciones
meteorológicas y biológicas,
incluyendo fenológicas y otras
observaciones que ayuden a
determinar las relaciones entre el
tiempo y el clima, por una parte y
la vida de las plantas y los
animales, por la otra. Incluye el
mismo programa de
observaciones de la estación CP,
más registros de temperatura a
varias profundidades (hasta un
metro) y en la capa cercana al
suelo (0, 10 y 20 cm sobre el
suelo).
TIPOS DE ESTACIONES

68. TIPOS DE ESTACIONES
Estación de Radiosonda (RS): La
estación de radiosonda tiene por
finalidad la observación de
temperaturas, presión, humedad y
viento en las capas altas de la
atmósfera (tropósfera y baja
estratósfera), mediante el rastreo, por
medios electrónicos o de radar, de la
trayectoria de un globo meteorológico
que asciende libremente.
Estación mareográfica (MM):
Estaciones para observación del
estado del mar. Mide nivel,
temperatura y salinidad de las aguas
marinas. Se incluyen en la categoría
de estaciones meteorológicas
especiales