Hidrología básica

1. HIDROLOGÍA BÁSICA

2. OBJETIVOS DE LA HIDROLOGÍA
La Hidrología es la ciencia natural que
estudia al agua, su ocurrencia, circulación
y distribución en la superficie terrestre, sus
propiedades químicas y físicas y su
relación con el medio ambiente,
incluyendo a los seres vivos.
Adquirir los conocimientos teóricos
básicos de los fenómenos hidrológicos
para resolver los problemas que se

3. Conocer la cantidad, frecuencia y
naturaleza de ocurrencia del proceso
lluvia-escurrimiento sobre la
superficie terrestre.
Determinar eventos de diseño, a
partir de los datos hidrológicos de los
diferentes fenómenos hidrológicos
que son registrados en las redes de
medición.

4. Distribución del agua en el planeta

5. Esta gráfica de barras
muestra en donde se localiza
el agua de la tierra y en que
forma ésta existe.
La barra de la izquierda
muestra en donde se
encuentra el agua; casi un
97% de toda el agua se
encuentra en los océanos.
La barra de en medio
muestra el 3% restante de la
barra izquierda, que nos dice
que el 77% esta el capas de
hielos, glaciares y aguas
marítimas interiores

6. Y un 22% de esta porción
del agua es subterránea.
La barra de la parte
derecha nos muestra el
1% restante; los ríos
representan menos de
una 4/10va parte
remanente de estas
aguas, sin embargo de
este remanente es de
donde la gente se surte la
mayor parte del agua
para su consumo diario.

7. Cuadro de distribución de Agua terrestre
Orientación del Agua % de agua total
Océanos 97.24%
Capas de Hielos, Glaciares 2.14%
Aguas Subterráneas 0.61%
Lagos de agua dulce 0.009%
Mares tierra adentro 0.008%
Humedad de la tierra 0.005%
Atmosfera 0.001%
Ríos 0.0001%
Volumen total de Agua 100%

8. Relación de la hidrología con la Ingeniería
Civil
Desde el punto de vista de la Ingeniería Civil, veremos que la
Hidrología incluye los métodos para determinar el caudal como
elemento de diseño de las obras que tienen relación con el uso y
protección del agua, como es el caso de represas, canales,
acueductos y drenaje pluvial, entre otros.
El ingeniero civil que se ocupa de proyectar, construir o
supervisar el funcionamiento de instalaciones hidráulicas debe
resolver problemas como diseñar puentes, estructuras para el
control de avenidas, presas, vertederos y sistemas de
abastecimiento de agua.
El ingeniero civil especializado en hidrología analiza esos
recursos hidráulicos para planificar todo tipo de obras de
construcción relacionadas con el suministro del agua.

9. CICLO HIDROLÓGICO

10. Definición
Es el conjunto de cambios (fenómenos
hidrológicos) que experimenta el agua en
la naturaleza, tanto en su estado (sólido,
liquido y gaseoso) como en su forma
(agua superficial, agua subterránea, etc).
Es frecuente definir la Hidrología como la
ciencia que se ocupa del Estudio del Ciclo
Hidrológico.

11. ESCURRIMIENTO O ESCORRENTÍA
SUPERFICIAL: 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. La escorrentía
superficial está constituida entonces por la
precipitación menos la infiltración, la
intercepción y el almacenamiento superficial.
Durante una lluvia, este elemento de la

13. EFECTOS DE LA ESCORRENTÍA
SUPERFICIAL
EROSIÓN: la escorrentía superficial es una de las
causas de erosión en la superficie de la tierra,
provocando una menor productividad de las cosechas,
por lo que sus efectos se estudian en el campo de la
conservación del suelo.

14. ESCORRENTÍA SUB-SUPERFICIAL O
FLUJO INTERMEDIO: es aquella parte
de escorrentía total que se debe a la
precipitación que se infiltra, y que luego
escurre lateralmente a través de los
primeros horizontes de suelo por encima
de la capa subterránea hasta incorporarse
eventualmente a los cauces superficiales
de drenaje. La magnitud y distribución en
el tiempo de este componente depende
en último término de la estructura

16. ESCORRENTÍA SUBTERRÁNEA: es aquella parte de
la escorrentía total debida a la percolación profunda
de la lluvia o del agua de derretimiento de la nieve,
que se incorpora de esta manera al agua subterránea.
Esta, a su vez, puede interceptar el cauce de un río y
aportar así parte del flujo subterráneo. La magnitud
de la percolación profunda dependerá naturalmente
de la importancia de la lluvia, de la estructura
geológica de la cuenca y del porcentaje de humedad
de los estratos de suelo sobre el acuífero. El aporte de
la escorrentía subterránea a la escorrentía total en el
rio se manifiesta con mayor lentitud que los otros
componentes y además su efecto es también
prolongado debido a la lentitud de los escurrimientos

18. Interpretación de Balance Hídrico
Un balance hídrico es un análisis de las entradas y salidas de agua en un
sector de una cuenca a lo largo del tiempo, teniendo en cuenta los cambios
en el almacenamiento interno bajo diferentes escenarios.
La ecuación general del Balance Hidrológico en una cuenca determinada
tiene la siguiente forma:
P+Qa+G= ET+Q+dS
P = es la precipitación en el período seleccionado.
Qa = es el aporte superficial de cuencas vecinas.
G = constituye el flujo neto de aguas subterráneas desde y hacia cuencas
vecinas.
ET = representa la evapotranspiración real en la cuenca.
Q = es el caudal superficial que sale de la cuenca que se analiza.
dS = es el cambio en almacenamiento superficial y subterráneo.

19. LA PRECIPITACIÓN

20. DEFINICIÓN
Es toda forma de humedad que
originándose en las nubes llega a la
superficie terrestre. Entre las formas
de precipitación se tiene la lluvia, el
granizo, el rocío, la neblina, la nieve,
la helada (escarcha).

21. TIPOS DE PRECIPITACION
La precipitación se clasifica usualmente de
acuerdo al factor causante de la elevación de
masas de aire que se ven sometidas a un
proceso de enfriamiento a gran escala,
requerido para producir una precipitación
significativa.
En tal sentido, las precipitaciones pueden ser:
Convectivas
Orográficas

22. Precipitación Convectiva
Es la que se produce cuando, por efecto de calentamiento
durante el día, masas de aire húmedo y caliente se elevan,
forman nubes y luego, desencadenan precipitación. Está
usualmente asociado a las tormentas vespertinas.

23. Precipitación Orográfica
Es la que resulta de la ascensión mecánica de corrientes de
aire húmedo que se desplazan horizontalmente cuando chocan
con, barreras naturales, tales como montañas. En el país, es el
caso de las lluvias que se presentan en zonas de selva alta,
cuando las masas de aire húmedo provenientes de la llanura
amazónica chocan con la cordillera de los Andes.

24. Precipitación Ciclónica
Resulta de la ascensión de masas de aire convergentes a un
área de baja presión, o ciclón. Las precipitaciones ciclónicas
pueden a su vez ser clasificadas como frontales o no frontales.
Las lluvias frontales pueden ser de frente frío y/o de frente
caliente.

25. INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE
PRECIPITACIONES
PLUVIOMETRO
Es un instrumento de
medición de
precipitación de agua
que consiste en la
abertura de un cono que
recoge el agua, luego
mide la cantidad de agua
en milímetros (mm),
pudiendo así determinar
la cantidad de liquido
que cae por metro
PLUVIOGRAFO
Es un instrumento que
registra en forma
continua la cantidad
total y la duración de
lluvia caída en
milímetros (mm), de los
registros puede definirse
no solo la altura de la
precipitación caída sino
también, cuanto ha
caído, permitiendo

26. Métodos para medir la precipitación
Este método provee una buena estimación si las estaciones
pluviométricas están distribuidas uniformemente dentro de la
cuenca, el área de la cuenca es bastante plana y la variación de
las medidas pluviométricas entre las estaciones es pequeña.
Según el Método Aritmético, la Precipitación media se calcula
aplicando la siguiente expresión:
Donde Pi es la precipitación puntual en la estación i y n el
número de estaciones dentro de los límites de la cuenca en
estudio. Como vemos es simplemente un promedio de las
Cálculo de la Precipitación Media con el Método
Aritmético

27. Método de los Polígonos de Thiessen
Este método se puede utilizar para una distribución
no uniforme de estaciones pluviométricas, provee
resultados más correctos con un área de cuenca
aproximadamente plana, pues no considera
influencias orográficas.
El método asigna a cada estación un peso
proporcional a su área de influencia, la cual se define
para cada estación de la siguiente manera:
Todas las estaciones contiguas se conectan mediante
líneas rectas en tal forma que no hayan líneas
interceptadas, es decir conformando triángulos:

29. En cada una de las líneas previamente dibujadas se trazarán
mediatrices perpendiculares, las cuales se prolongarán hasta
que se corten con otras mediatrices vecinas:

30. Los puntos de cruce o intersección entre las mediatrices
representan los puntos del polígono cuya superficie constituye
el área de influencia de la estación que queda dentro de dicho
polígono.

31. Finalmente, el área de cada uno de estos polígonos debe
ser calculada (Ai) para poder realizar el Cálculo de la
Precipitación Media sobre la cuenca mediante la
expresión:
Vale destacar que, en los polígonos limítrofes (cercanos
al límite de la cuenca, como el de la estación N° 6 en la
figura anterior) se considera solamente el área interior.

32. Método de las Isoyetas
Es el método más preciso, pues permite la
consideración de los efectos orográficos en el cálculo
de la lluvia media sobre la cuenca en estudio. Se basa
en el trazado de curvas de igual precipitación de la
misma forma que se hace para estimar las curvas de
nivel de un levantamiento topográfico.
Sobre la base de los valores puntuales de
precipitación en cada estación (como los enmarcados
en un cuadro rojo en la siguiente figura) dentro de la
cuenca, se construyen, por interpolación, líneas de
igual precipitación:

34. Las líneas así construidas son conocidas como isoyetas. Un mapa de
isoyetas de una cuenca es un documento básico dentro de cualquier
estudio hidrológico, ya que no solamente permite la cuantificación del
valor medio sino que también presenta de manera gráfica la distribución
de la precipitación sobre la zona para el período considerado. Una vez
construidas las isoyetas será necesario determinar el área entre ellas para
poder determinar la precipitación media mediante la expresión:
Donde:
Pj: Valor de la Precipitación de la Isoyeta
j, Aj: Área incluida entre dos isoyetas consecutivas (j y j+1).
m: Número total de isoyetas.
Como se observa de la anterior expresión este método asume que la
lluvia media entre dos isoyetas sucesivas es igual al promedio
numérico de sus valores.

35. Análisis de las lluvias
En hidrología interesa conocer la magnitud de la lluvia que sirva de base
para el diseño de un sistema hidráulico determinado. El análisis de la
lluvia tiene aplicación en diferentes estudios de obras o proyectos
hidráulicos, tales como: represas, drenaje urbano y agrícola, puentes,
carreteras, encausamiento y de defensa ribereña, conservación de suelos
entre otras. En el análisis de lluvia interesa conocer los siguientes
elementos:
Intensidad (I): Es la cantidad de agua caída (mm) por unidad de tiempo
(hora), y normalmente se expresa en mm/h. En hidrología interesa
conocer la magnitud de la intensidad máxima presentada dentro la lluvia
analizada.
Duración (D): Es el tiempo de duración de la lluvia. Es el tiempo que
transcurre entre el inicio y el fin de la tormenta; normalmente se expresa
en minutos u horas.
Frecuencia (F): Está dada por el número de veces que se presenta o se
repite una tormenta de intensidad I y de duración D. Generalmente se
expresa en años (tiempo de retorno) o probabilidad de ocurrencia
(frecuencia).