UNIVERSIDAD CONTINENTAL - CURSO DE HIDROLOGIA

1. Hidrologí
a
Clase 11:
Escorrentía superficial
Docente:
Ing. Giovanni
Vargas Coca

2. 120 000 m3/seg

3. Nilo

5. Yangtse

6. Yenisei

7. Mississipi

8. Amarillo

9. Obi

10. Generalidades
• Escorrentía: movimiento de agua sobre la superficie del terreno
debido a la existencia de diferencia de carga hidráulica
(pendiente);
• Ocurre si la intensidad de la Precipitación es mayor a la
capacidad de infiltración del suelo; es mayor si la lluvia cae
sobre suelo saturado;

11. Factores de Escorrentía
o Depende de factores:
• Climáticos: temperatura, precipitación,
evapotranspiración;
• Geológicos – geomorfológicos: características de cuenca,
suelo, vegetación;
• Hidráulicos: caudal, características de cauces.

12. CLIMA:
Genera patrones de escurrimiento que dependen de:
o Precipitación total anual;
o Distribución de precipitación;
o Forma de precipitación;
o Temperatura media anual;
o Temperatura estacional;
o Evapotranspiración potencial;
o Impacta principalmente al hidrograma anual.
Factores climáticos

13. Características de la Cuenca
Características de Cauces
o Propiedades hidráulicas (tamaño y forma de secciones,
pendientes, rugosidades) longitud de tributarios y efectos
de remanso y torrentes.
o Propiedades geométricas: tamaño, forma, y densidad de
drenaje;
o Propiedades físicas: uso de la tierra, condiciones de
infiltración, tipos de suelos, características geológicas
(permeabilidad, rendimiento y retención específica) y
topográficas (pendiente, orientación, elevación, etc).

14. o Constituida por parte de la precipitación que escurre
superficialmente.
o Antes que se incorpore a un cauce natural de cualquier
magnitud, lámina de agua que escurre superficialmente se
denomina usualmente flujo superficial.
E. Superficial = precipitación – ( infiltración + intercepción + almacenamiento superficial)
Escorrentía Superficial

15. Componentes escorrentía
Infiltración
Interflujo

16. Escorrentía Total
Precipitación directa sobre Cauces y sus
afluentes
Flujo subterráneo
Escorrentía
total

17. Escorrentía Total = Escorrentía Directa + Flujo Base
Aquella que se incorpora rápidamente al río poco
después de lluvia o del derretimiento de nieves
Escorrentía superficial, flujo intermedio rápido y
precipitación sobre cauces.
Queda condicionado principalmente por aporte del agua
subterránea al río. Se mantiene durante período sin
lluvias. También flujo intermedio lento puede o no
formar parte del flujo base.

18. HIDROMETRÍA
La palabra hidrometría proviene del griego Hidro que significa
‘agua’ y –metría que significa ‘medición’. Por lo tanto la
hidrometría es la ciencia que trata de la medición y análisis del
agua incluyendo métodos, técnicas e instrumentos utilizados en
Hidrología.

19. NIVEL DE AGUA
El nivel de agua es la altura de la superficie de un río, lago u otra masa de
agua con relación a una determinada referencia, en el caso de un río será
de su lecho. En general, debe ser medida con una exactitud de un
centímetro, mientras que en las estaciones de aforo que efectúan
registros continuos la exactitud debe ser de tres milímetros.

20. MEDICIÓN EL NIVEL DEL AGUA
Las mediciones de los niveles de agua de los ríos, lagos o algún cuerpo
de agua, se usan directamente para la predicción de crecidas (máximas
alturas de agua), definir o delinear zonas con riesgo de inundación y
para proyectar estructuras (puentes u otras obras hidráulicas).
INSTRUMENTOS O EQUIPOS QUE MIDEN EL NIVEL DEL AGUA
En las estaciones hidrométricas del SENAMHI - ELECTROPERU, se cuenta
con el limnímetro y limnígrafo.

21. Medición de Escorrentía
 Caudal se mide como caudal en estaciones
de aforo o estaciones hidrológicas:
limnimétricas o limnigráficas.
Estación limnimétrica
Miras limnimétricas

22. Estaciones Hidrológicas
Niveles de agua medidos con:
reglas limnimétricas.
Mira limnimétrica
Estación limnimétrica

23. Estación Limnigráfica
Estaciones de aforo que cuentan con un
limnígrafo o instrumento registrador de
variación de niveles de agua o tirantes
Limnígrafo

24. Estación Limnigráfica
Limnígrafo

25. Limnígrafos

26. Relación Nivel - Caudal
h
Q
En estación de aforos, de área de sección transversal
permanente, se mide caudales y niveles de agua y se establece
curva de calibración (h-Q).

27. PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS QUE SE DEBE CUMPLIR EN EL
DISEÑO DEL LIMNÍMETRO
Según el Reglamento Técnico OMM-Nº 49, indica las características funcionales que
debe reunir los limnímetros y tipos de limnímetros.
• Deben ser precisos y estar claramente graduados.
• Deben ser resistentes a la corrosión y de fácil mantenimiento.
• Deben ser fáciles de instalar y utilizar.
• Las graduaciones deberán ser claras y permanentes. Los números deberán ser
claramente legibles y estar situadas de tal manera que no haya ninguna posibilidad
de ambigüedad.
• Para dar conformidad a su construcción, se deberá constatar que las marcaciones de
las subdivisiones tendrá una precisión de ± 0,5 mm y el error acumulado de longitud
no será superior al mayor de dos valores siguientes: 0,1 por ciento ó 0,5 milímetros.
• Las miras limnimétricas que se tiene instalada en el SENAMHI tienen las siguientes
dimensiones, un espesor de 7 milímetros, 10 centímetros de ancho y 1 metro de
largo como longitud adecuada (7mmx10cmx1m). Estas medidas son estándares en la
red del SENAMHI y las más recomendables.

28. CLASIFICACIÓN LAS ESTACIONES HIDROLÓGICAS DE OBSERVACIÓN
El Reglamento Nº 49 de la OMM, clasifica a las estaciones en:
• Estaciones hidrométricas
• Estaciones climatológicas para fines hidrológicos
• Estaciones de agua subterránea
• Estaciones hidrológicas para propósitos específicos

29. ESTACIÓN HIDROMÉTRICA
El Glosario Hidrológico Internacional (1994), define a la estación hidrométrica como el lugar de observación en la cual se
obtienen datos sobre el agua de ríos, lagos o embalses. En una estación hidrométrica se deberá observar uno o más de
los elementos que se citan a continuación se detalla:
• El nivel de agua de los ríos, lagos y embalses;
• El caudal o flujo de las corrientes;
• Transporte o depósito de sedimentos o ambos;
• La temperatura y otras propiedades físicas del agua de un río, lago y embalses;
• Las características y extensión de la capa de hielo de los ríos, lago o embalse;
• Las propiedades químicas del agua de los ríos, lagos y embalses.

30. PROCEDIMIENTO DE INSTALACIÓN DE UNA ESTACIÓN
HIDROMÉTRICA
• El tramo a escoger deberá tener en lo posible en un tramo recto unos 100 metros aguas arriba y debajo de la
estación de aforo.
• La corriente total debe estar confinada en un solo cauce para todos los niveles y pueden existir corrientes
subterráneas.
• El lecho del río no debe estar sujeto a socavaciones ni a rellenos y debe estar libre de plantas acuáticas.
• Las orillas deben ser permanentes, lo suficientemente altas para contener las crecidas y deben estar libres de
arbustos.
• Deben haber controles naturales inalterables: afloramiento de rocas en el fondo o un cañón estable durante el
estiaje, y un cauce encajonado para las crecientes caídas o cascadas, insumergible en todos los niveles de manera
de tener una relación estable entre el nivel y el caudal. Si no hay condiciones naturales satisfactorias para un
control de aguas bajas, se debe prever la instalación de un control artificial.
• Se debe disponer de un sitio conveniente para alojar el limnígrafo, inmediatamente aguas arriba del control, y
protegerlo contra posibles daños por los escombros llevados por las aguas durante las crecidas del río. El
limnígrafo debe estar por encima de toda crecida probable que pueda ocurrir durante el período de vida de la
estación; g) el sitio de aforo debe estar lo suficientemente aguas arriba de la confluencia con otro río o de los
efectos de la marea, para evitar toda influencia variable que puedan ejercer sobre el nivel en el sitio de la estación.
• Se debe disponer de una longitud de tramo suficiente para medir el caudal a todos los niveles dentro de una
razonable proximidad de la estación de aforo. No es necesario que las mediciones para aguas altas y bajas se
efectúen en la misma sección transversal del río.
• El sitio debe ser fácilmente accesible para facilitar la instalación y el funcionamiento de la estación de aforo.
• El sitio debe disponer de instalaciones de telemetría o transmisión por satélite, si se requieren.
• La formación de hielo en el área no debe interrumpir el registro de los niveles y las mediciones del caudal.

31. AFORO DE CAUDALES
Es el conjunto de operaciones para determinar el caudal
en un curso de agua para un nivel de observación.

32. Medición de Escorrentía
Descarga: volumen de agua por unidad de
tiempo que pasa a través de una sección de un
cauce, se calcula según la formula:
Q = A x V, en m3/s
Donde:
o A: área de sección transversal del cauce (m2)
o V: velocidad media (m/s)
o A = d x w, para un canal rectangular (m2)
Siendo: d: tirante (m)
w: ancho del canal (m)

33. Métodos para Medir Caudales
• Métodos directos:
• Método volumétrico
• Método área velocidad
• Dilución con trazadores
• Métodos indirectos:
• Estructuras hidráulicas.
• Método área - pendiente:
fórmula de Manning:

34. Métodos Directos

35. Método volumétrico

36. Método Volumétrico
• Método sencillo, consiste en
llenar una vasija hasta volumen
determinado y medir tiempo que
se tome en llenarse.
• Puede ser empleado para
caudales bajos y en tuberías o
canales que tengan caída libre.
• A menudo es forma más fácil de
determinar caudal.
Q= l/seg

37. Métodos Área – Velocidad
• Se determina velocidad del fluido y área transversal a
dirección del mismo.
• Caudal se calcula con base a expresión Q = VA, siendo V
velocidad media.
• Variación entre métodos está en manera de medir
velocidad:
• Método del flotador;
• Trazadores;
• Método del correntómetro. Sección transversal
para método área -
velocidad

38. Variación de Velocidad
Variación de velocidad (perfil y secciones)

39. Método del Flotador
Un aforo con flotadores se
efectúa en tramos rectos, con
flujo uniforme.
Se colocan dos cordeles
separados una distancia
de 10 m.
Se echa flotador más
arriba y al centro del
cauce. Se mide tiempo
que demora entre
cordeles.

40. Método del Flotador
Coeficiente 0,75 se introduce para corregir la velocidad
superficial y aproximarla a la velocidad media.
Vs = e (m)/t (seg)
Q = 0,75AVs

41. Método del Flotador

42. Método del Correntómetro
 Método de medición de velocidad
media más usado en cauces
naturales;
 Consta de sistema de copas cónicas
o de hélice que gira alrededor de
eje horizontal;
 Mide velocidad del flujo, a través de
velocidad de rotación de hélice,
colocada a determinada
profundidad.

43. Correntómetros o Molinetes

44. Tipos de Medición con Molinete
Directa
Con teleférico
Usando puentes

45. 45
Tipos de medición …
Con teleférico
Desde embarcación
Directa

46. Medición con correntómetro
 Mediciones se efectúan a 0,2 y 0,8 de
profundidad, (y  0,6 m); a 0,6 de profundidad,
para y < 0,6 m;
 Velocidad de rotación (N, en rpm), se
transforma a velocidad lineal, con
ecuación calibración:
V = a + bN

47. H 0.2H
0.8H
Li
Sección i
Medición con Correntómetro
 Sección del cauce se divide en áreas parciales, de ancho Li.
 Para cada sección i se mide profundidad
media (Hi) y velocidad media (Vi),
promedio de velocidades a 0,2 y 0,8 de
profundidad;

48. Medición con Correntómetro
• Caudal parcial (Qi):
producto de área parcial
(Si = Hi.Li) por velocidad
media (Vi);
Caudal total:
Q = Qi

49. Ejemplo de Aforo con Correntómetro

50. Aforo con Trazadores
• Se adiciona en un punto del
cauce una sustancia coloreada o
químicamente activa o
radiactiva, y se procede a medir
la longitud y el tiempo de
recorrido, hasta un punto
previamente escogido.
Trazadores: pueden ser de 3
tipos:
1) Químicos: sal común y
dicromato de sodio;
2) Fluorescentes: fluoresceína y
rodamina;
3) Materiales radioactivos: yodo
132, bromo 82, sodio.

52. Métodos Indirectos

53. Estructuras Hidráulicas
• Vertederos: estructuras hidráulicas por encima de las
que pasa el agua. Punto o arista más bajo en contacto
con agua se denomina cresta.
• Vertederos de cresta delgada: placas con perfil en
cualquier forma; se emplean en bajos caudales
• Vertederos de pared gruesa: muros; aforo
en canales grandes.
• Diferencia de niveles entre superficie libre
un punto aguas arriba y su cresta se
denomina H y velocidad en conducto aguas
arriba se denomina velocidad de llegada.

54. • La distancia entre el fondo del canal y la cresta
debe ser por lo menos dos veces la carga sobre
vertedero.
• Unión entre vertedero y canal debe ser
impermeable.
• Tanto la cresta como el canal aguas arriba
deben mantenerse limpios.
• El Vertedero debe estar localizado en una
sección recta, con poca pendiente.
• Los Vertederos más empleados son:
rectangulares, triangulares y trapezoidales.
• El Vertedero debe ser seleccionado en
base al flujo a medir.
Vertederos

55. Vertedero retangular:
(L y H en m, Q en m3/s)
5,1
84,1 HLQ 
5,2
42,1 HQ 
VERTEDEROS
Vertedero triangular:

56. Vertederos

57. • Dispositivo de gran exactitud para medir flujos en conductos
abiertos.
• Consta, como Venturi, de una sección convergente, una garganta
o sección estrecha y una sección divergente.
• Fórmula general para cálculo del caudal es:
Q= 4WHn
Donde:
H: Altura de agua sobre garganta en
ft;
W: Ancho de canaleta en sección de
garganta;
n: 1.522 W0.026
Q: Caudal en ft3/s.
Aforador Parshall
Una de mayores ventajas
ofrecida es que por tipo de
flujo que se produce (crítico)
no hay sedimentación de
sólidos

58. Aforador Parshall

59. Datos de Escorrentía
UNIDADES
(m3/s) ó
(l/s)
(m3/s/km2) ó
(l/s/ha)
lámina de agua, (cm) ó
(mm)
Dimensionamiento
de obras
comparación de
regímenes hidrológicos
Estudio de relaciones precipitación-escorrentía o en
balances hidrológicos de cuencas

60. Análisis de Escorrentía
La escorrentía varía en función de la precipitación en
la cuenca;
Las mediciones generan gran cantidad de datos, que
es necesario procesar;
Para procesarla se utiliza la Estadística;
Se considera la escorrentía como variable aleatoria;
Se puede adaptar un modelo matemático que
represente comportamiento, en función de
precipitación y características de cuenca.

61. Análisis de Escorrentía
• Primer paso: chequeo de
confiabilidad; se analizan
registros históricos para probar
su consistencia y
homogeneidad, y además,
completar y extender dicha
información;
• Tratamiento de información es
igual al efectuado para
precipitación.

62. Relación PRECIPITACIÓN-ESCORRENTÍA
Las Características de la cuenca afectan a la
escorrentía, para una precipitación dada:
 Pendiente, a mayor pendiente mayor velocidad de
escorrentía;
 Forma, escorrentía será diferente para cuencas de
igual área, pero de diferente forma (alargada,
achatada, etc);
 Densidad de drenaje, a mayor valor, respuesta
hidrológica de cuenca será más rápida (cuenca
muy bien drenada);

63. Escorrentía = f(Precipitación, propiedades del suelo)
Relación PRECIPITACIÓN-ESCORRENTÍA
Propiedades del suelo
Precipitación (mm)
Escorrentía (mm)
Propiedades del suelo
Precipitación (mm)
Escorrentía (mm)
 Cobertura del terreno, también es un factor muy
importante.

64. Lluvia (mm/hr)
Flujo (m3/s)
Cuenca
Relación PRECIPITACIÓN-ESCORRENTÍA

65. Lluvia (mm/hr)
Flujo (m3/s)
Tiempo
Flujo = f(Lluvia, propiedades cuenca hidrográfica)
Relación PRECIPITACIÓN-ESCORRENTÍA

66. Modelo PRECIPITACIÓN - ESCORRENTÍA
Exceso
precipitación
Escorrentía
directa
Función
transferencia
Modelo hidrograma

67.  Hidrograma, es cualquier gráfico que
relaciona alguna propiedad del flujo de
agua de un cauce con el tiempo.
 Estrictamente, es el gráfico que muestra
la variación del caudal de un río con el
tiempo.
 Dicho gráfico muestra efecto integral
de características físicas y climáticas
que gobiernan relaciones entre
precipitación y escorrentía en una
cuenca.
Hidrogramas

68. Hidrogramas
Q
t (días)1 2 3 4 5
(2) Lectura diaria
(5) Flujo medio diario
(1) Lectura ocasional
(3) Caudal pico
(4) Registro
contínuo

69. • Variación temporal de escorrentía
superficial, puede visualizarse
mejor a través de hidrogramas,
donde puede apreciarse variación
cíclica estacional, con valores altos
o picos en períodos húmedos,
o época de lluvias, y valores bajos o
nulos en períodos
secos o de estiaje.
Hidrogramas

70. Factores que Influyen en Hidrograma
• Climáticos:
• Tipos de precipitación;
• Intensidad y duración de precipitación;
• Tamaño y dirección de tormentas.
• Geológicos y de cobertura surperficial:
• Tipos de rocas y suelos;
• Vegetación.
• Características físicas de cuenca:
• Topografía;
• Sistema y densidad de drenaje;
• Gradiente superficial.
• Otros factores:
• Usos de tierra;
• Lagos;
• Usos del agua.

71. Hidrograma de caudales medios mensuales,
Río Guarapiranga (Brasil)

72. 0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
100.00
110.00
1913/14
1915/16
1917/18
1919/20
1921/22
1923/24
1925/26
1927/28
1929/30
1931/32
1933/34
1935/36
1937/38
1939/40
1941/42
1943/44
1945/46
1947/48
1949/50
1951/52
1953/54
1955/56
1957/58
1959/60
1961/62
1963/64
1965/66
1967/68
1969/70
1971/72
1973/74
1975/76
1977/78
1979/80
1981/82
1983/84
1985/86
1987/88
1989/90
1991/92
1993/94
1995/96
1997/98
1999/00
2001/02
2003/04
AÑOS
Caudal(m3
/s)
Qnormal = 30.2 m3/s
Comportamiento multianual del caudal del río
Chancay

73. Comportamiento multianual del caudal del río Rimac

74. Histograma de caudales medios anuales, Río
Guarapiranga (Brasil)

75. Curvas de Duración
• Curva de duración es un procedimiento gráfico para el análisis de
frecuencia de datos de caudales;
• Representa frecuencia acumulada de ocurrencia de un caudal
determinado.
• Es una gráfica que tiene caudal, Q, como ordenada y número de días del
año (generalmente expresados en % de tiempo) en que ese caudal, Q, es
excedido o igualado, como abscisa.
• Ordenada Q para cualquier porcentaje de probabilidad, representa
magnitud del flujo en un año promedio, que espera que sea excedido o
igualado un porcentaje, P, del tiempo.

76. Curvas de Duración
Por medio de estas curvas se definen:
o Caudal característico máximo: Caudal rebasado 10 días al año.
o Caudal característico de sequía: Caudal rebasado 355 días al año.
o Caudal de aguas bajas: caudal excedido 275 días al año o el 75 % del tiempo.
o Caudal medio anual: altura de un
rectángulo de área equivalente al área
bajo la curva de duración.

77. Curvas de duración, río Guarapiranga (Brasil)

78. Curvas de duración, río Ica
75
Q75

79. Curvas de duración, río Guarapiranga (Brasil)

80. Practica
1.- Con los datos de caudal del rio Cunas elaborar:
• El hidrograma de caudales medios mensuales.
• La curva de duración de caudales medios para cada
mes.
2.- Con los datos de caudal del rio Mantaro elaborar
la curva de duración de caudales para el año 1988.
Con esa información establecer:
• Caudal característico máximo.
• Caudal característico de sequía.
• Caudal de aguas bajas.

82. GRACIAS