Curso Hidrología Aplicada Introducción - CAPITULO PRIMERO.pdf

HIDROLOGIA APLICADA
FACULTAD DE INGENIERIA
Ing. Esp. M.I.R.H Harry Alejandro Pineda Padilla
Programa Ingeniería Civil
Universidad Tecnológica de Choco
Febrero de 2016

1 Introducción a la Hidrología
1,1 Historia de la Hidrología.
1,2 Definición de la Hidrología.
1,3 Ciencias Auxiliares de la Hidrología.
1,4 Aplicaciones de la Hidrología.
1,5 Ciclo Hidrológico.
1,6 Recurso Hídrico y su Distribución en la Tierra.
1. Introducción a la Hidrología
ESTRUCTURA DEL CAPITULO
Hidrología Aplicada Ing. Harry Alejandro Pineda Padilla

1. INTRODUCCIÓN A LA
HIDROLOGIA
El agua es la sustancia mas abundante en la tierra, es una fuerza
importante que constantemente esta cambiando la superficie de la
tierra.
El hombre requiere satisfacer sus necesidades básicas como
pueden ser: uso recreativo, para transformación de energía
eléctrica, la agricultura y abastecimiento.
Muchas veces no se puede satisfacer las necesidades humanas y
con frecuencia su escasez no permite de disponer de la cantidad
necesarias, otras veces su exceso ocasiona grandes daños
materiales, y perdidas de vidas humanas.

1,1 HISTORIA DE LA HIDROLOGIA
Por evidente que se vea el ciclo hidrológico (Concepto
Fundamental) hoy, hubo que transcurrir mucho tiempo
para poder lograr entender su mecanismo:
Ni siquiera los intelectos mas brillantes del renacimiento
pudieron evitar las hipótesis falsas.
◼ Se conocen 10 periodos que son: especulación,
observación, mediciones, experimentación,
modernización, empirismo, racionalización,
teorización, globalización y virtualización.

DESARROLLO HISTORICO DE LA
HIDROLOGIA
Ha estado ligado al desarrollo de las primera obras de in
hidráulicas para riego y control de inundaciones como lo
son:
◼ Una presa sobre el rio nilo en Egipto, 3200 A.C
◼ Los ríos tigris y eufrates en Mesopotamia, 3000 A.C
◼ El rio Yellow en China, 3000 A.C
◼ El rio indus en la India, 2500 A.C
◼ México (centro del país) 800 A.C
Historia de la Hidrología

HISTORIA DE LA HIDROLOGIA
CONCEPCION DEL CICLO HIDROLOGICO
Periodo de especulación:
Antigüedad a 1400 d.c. Griegos y Romanos (Homero, Tales, Platón,
Aristóteles; Seneca y Plinio) especularon sobre la concepción del
ciclo hidrológico. Aceptaban que los océanos eran la fuente final de
toda el agua, pero no podían imaginar que la cantidad de
precipitación era igual o mayor que la cantidad de escorrentía.
Sin embargo alrededor de 100 a.c. quien se acercó más al concepto
fue un Ingeniero Romano Marcus Vitruvius Pollio que relacionó los
conceptos de lluvia y nieve con agua subterránea

Periodo de Observación: 1400 a 1600 d.c. Etapa del
renacimiento. Leonardo de Vinci y Bernard Palissy
ampliaron la concepción del ciclo hidrológico (aún por
mera observación y análisis) relacionando lluvia-
infiltración - manantiales. La ingeniería de ríos avanza.

Periodo de Medición: (1600-1700). El ciclo hidrológico
y sus procesos inicia un proceso de cuantificación. Pierre
Perrault mide caudales en el R. Sena en Paris. Inician
estudios sobre los pozos artesanos.

Periodo de Experimentación: (1700-1800).
Coincide con la el desarrollo de experimentación en
hidráulica (piezómetro, teorema de Bernoulli, la formula
de Chezy y tubo pitot). Se desarrollo la hidrología
cuantitativa.

Periodo de Empirismo: (1800-1930).
Grandes aportaciones: aforo de aguas superficiales,
instrumentación para aforos, vertederos, manning,
desarrollo del campo de evaporación, se relacionan la
altitud y la precipitación. Se desarrolla el método
racional.

Periodo de Racionalización: (1930-1950).
La hidrología es mas analítica que empírica. Sherman
desarrollo el concepto de hidrogramas unitarios, para
transformar la precipitación en escorrentía directa.
Horton inicia los estudios de infiltración. Theis trabaja en
la hidráulica de pozos. Nace la hidrometeoroligia.
Einsten trabaja sobre el arrastre de sedimentos. Se
establecen muchos laboratorios hidráulicos e
hidrológicos.

Periodo de la Teorización: (1950-1990).
• El advenimiento del uso de las computadoras hizo
posible el análisis hidrológicos a gran escala:
- Hoy en día se utilizan simulaciones
computarizadas para la resolución de teorías
complejas que describen procesos hidrológicos.
- Se reducen grandes cantidades de observaciones
a resumen estadísticos para el mejor
entendimiento de los fenómenos hidrológicos y
para establecer niveles de diseño.

- Las PC han brindado inmensa capacidad
computacional (ejemplo disco duro con gran
capacidad de almacenamiento).
- Hojas de calculo electrónicas (ej. Excel) han dado
nuevas ventajas.

• Avance en la electrónica y la transmisión de datos:
- Han hecho posible el envió instantáneo de la
información desde sensores remotos.
- Desarrollo de programas en tiempo real para la
prevención de inundaciones y otras operaciones
de recurso hídrico.

• Evolución del conocimiento y métodos hidrológicos:
- Han la exactitud y alcance en la solución de
problemas hidrológicos.

Modernización:
✓ Cartografía digital
✓ Sistemas de información geográfica
✓ Grandes bases de datos hidrológicas y meteorológicas
✓ Imágenes satelitales: LANDSAT y SPOT para
interpretar el uso del suelo.
✓ Radar para pronostico de las lluvias (NEXRAD)
✓ Sistemas de alerta de inundaciones en tiempo real
(sensores)
✓ Software: HEC – HMS, SWAT, HEC RAS.

Periodo de la Globalización: (1990-2000).
• Los problemas hidrológicos afectan directamente la
vida y actividades de gran cantidad de personas:
- Un factor de riesgo siempre esta presente, un
evento mas extremo que otro históricamente
conocido puede ocurrir en cualquier momento.
- Es responsabilidad del hidrólogo proveer el mejor
análisis que el conocimiento y la información le
permiten.

Periodo de Virtualización: (2000 - +).
• Comunidades virtuales.
• Internet y la web 2,0.
• Su historia apenas empieza a escribirse.

1,2 DEFINICION DE LA HIDROLOGIA
◼ Hidro (agua) y logos (estudio, doctrina)
La Hidrología es la ciencia que estudia el agua en
cuanto su origen, distribución y circulación sobre la
superficie terrestre, teniendo en cuenta sus
propiedades, físicas, químicas y su relación con el medio
ambiente.
Definición de la Hidrología

QUE ES LA HIDROLOGIA
1. Es una ciencia amplia e interdisciplinaria:
◼ Esta lejos de tener un desarrollo completo.
◼ Se apoya en otras ciencias auxiliares.
– Requiere de material de otras ciencias para su interpretación
y uso.
– Aplica varios métodos analíticos y estadísticos.
◼ El conocimiento hidrológico se emplea para:
– Uso y control de recursos hídricos.
– Diseño de obras de defensa.
Definición de la Hidrología

1,3 CIENCIAS AUXILIARES DE LA
HIDROLOGIA
Ciencia que tienen mayor interrelación con la hidrología.
Ciencias Auxiliares
HIDROLOGIA
METEOROLOGIA
(Origen del
agua)
HIDRAULICA
(Agua en proceso de
movimiento)
CLIMATOLOGIA(pro
piedades estadística
de la atmosfera)
OCEANOGRAFIA(prof
undidad de mares y
océanos)
GEOLOGIA
(constitución de la
tierra)
ESTADISTICA
CALCULO DE LA
PROBABLIDAD

IMAGES DE LAS OTRAS CIENCIAS QUE SE
RELACIONAN CON LA HIDROLOGIA
Ciencias Auxiliares

1,4 APLICACIONES DE LA HIDROLOGIA
Los proyectos de obras hidráulicas son de dos tipos:
◼ los que se refieren al uso del agua.
◼ defensa de los daños que esta ocasiona.
La ingeniería Hidrológica: que usa los principios hidrológicos
en la solución problemas de ingeniería, que surgen de la
necesidad de uso y explotación de los recursos hídricos. Así
como para la protección de los daños que este ocasione.
La hidrología aplicada moderna exige el conocimiento
avanzado de matemáticas, tales como estadísticas,
planeamientos y resoluciones analíticas del comportamiento
del ciclo hidrológico.
Aplicaciones

Importancia de la hidrología:
Proporciona al ingeniero, los métodos para resolver
problemas prácticos que se presentan en el diseño,
planeación y la operación de estructuras hidráulicas.
Los proyectos de ingeniería civil típicos de uso y explotación
de los recurso hídricos son:
◼ Abastecimiento de agua potable.
◼ Aprovechamiento hidroeléctrico.
◼ Suministro de agua para múltiples usos.
◼ Navegación entre otros.
Aplicaciones

Los proyectos de ingeniería civil típicos para la protección de
daños que ocasiona el agua son:
◼ Drenaje urbanos( alcantarillados sanitarios y de aguas
lluvia).
◼ Drenaje vial( Puentes y alcantarilla de carreteras).
◼ Encauzamiento de ríos.
◼ Defensa contra inundaciones.
◼ Determinación de llanuras de inundación.
◼ Control de erosión de una cuenca.
◼ Dimensionamiento y operación de embalse.
Aplicaciones

1,4 EJEMPLO DE OBRAS CIVILES DONDE SE
APLICO EL CONOCIMEINTO DE LA HIDROLOGIA.
Aplicaciones

ESTUDIOS HIDROLOGICOS
REQUERIDOS EN PROYECTOS
MULTIPROPOSITO.
ESTUDIO 1 2 3 4 5
PROPOSITO PRECIPITACION EVAPORACION INFILTRACION CAUDALES, NIVELES
CONDICIONES DE AGUAS
SUBTERRANEAS
1 Erosion del suelo
Intensidad y
duracion
Humedad del Suelo
Capacidad de
infiltracion
2 Control de crecientes
Altura de
precipitacion de la
tormenta, intensidad
y duracion.
Tasa de la infiltracion
actual
Frecuencia de caudales
maximos
Infiltracion entrante
3 Navegacion
Hidrogramas de niveles.
Infitracion de agua a traves
de canales
Curva de duracion de
niveles.
Niveles minimos
4 Hidroelectricidad
Precipitacion y evaporacion sobre el area de
drenaje y evaporacion desde el area del
embalse
Promedios Infiltraciones a traves de la
presa
5 Drenaje
Frecuencia de
tormenta,
intensidad, duracion
Altura de drenaje anual
Tasa de la infiltracion
actual
Niveles
6 Irrigacion
Variacion anual de la
precipitacion,
temporada de
cosechas
Maxima evaporacion,
transpiracion
Perdida por
infiltracion
Años humedos y secos,
niveles en bocatoma
Perdida por percolacion,
Nivel de la tabla del agua
7 Abastecimiento de
agua
Precipitacion y evaporacion sobre el area de
drenaje y evaporacion desde el area del
embalse
Años humedos y secos Rendimiento seguro
8 Embalse de agua
subterranea
Precipitacion anual
sobre el area de
abastecimiento
Evaporacion anual del
area de abastecimiento
Infiltracion anual,
recarga
infriltacion entrante y
saliente
Almacenamiento
Aplicaciones

PRACTICA # 1
1. Prepare una lista de los instituto en el ámbito
nacional, regional o local se encargan de los asuntos
hidrológicos.
– Cual es la responsabilidad de cada uno de ellos. (criterios
establecidos: tres como mínimo al menos en cada nivel).
2. Seleccione un evento hidrológico importante, tal
como una creciente o sequia, que haya ocurrido en
su área y describa sus efectos.
(criterios establecidos: cada grupo elegirá un evento diferente del país
o región).
practica

PRACTICA # 1
3. Seleccione un proyecto importante de recurso
hidráulicos a escala regional, nacional o
internacional.
a) Explique los propósitos del proyecto y mencione
sus principales características.
b) Que puntos específicos de la hidrología de
contemplaron en cada uno.
(criterios establecidos: cada grupo analiza un proyecto distinto, realiza
un resumen).
Fecha de entrega el próximo viernes.
Practica

1,5 EL CICLO HIDROLOGICO
Ciclo Hidrológico

1,5 EL CICLO HIDROLOGICO
Ciclo Hidrológico
Definición:
◼ El ciclo hidrológico es un fenómeno global de
circulación de agua entre la superficie terrestre y la
atmosfera.
◼ El ciclo hidrológico es un conjunto de cambios que
experimenta el agua en la naturaleza, tanto en su
estado (liquido, solido y gaseoso), como en su forma
(agua superficial, agua subterránea etc.).

PROCESOS INVOLUCRADOS EN EL
CICLO HIDROLOGICO
Ciclo Hidrológico
◼ Fases básicas de interés del ciclo hidrológico:
– Precipitación.
– Evaporación. Agua atmosférica
– Transpiración. Evapotranspiración
– Infiltración. Agua subsuperficial.
– Escorrentía. Agua Superficial.

DESCRIPCIÓN DEL CICLO HIDROLÓGICO
Ciclo Hidrológico
1. El agua se evapora
desde los océanos y
de los continentes
(desde la superficie
del terreno y desde la
vegetación:
evapotranspiración)
para volverse parte
de la atmosfera

Ciclo Hidrológico
2 El vapor de agua
formado, se eleva y se
transporta por la
atmosfera en forma de
nubes, hasta que se
condensa y cae sobre los
océanos o la superficie
terrestre en forma de
precipitación.

Ciclo Hidrológico
3 Durante su
trayecto de la caída el
agua precipitada puede
evaporarse.

Ciclo Hidrológico
4 El agua precipitada
sobre los continente:
– Ser interceptada por las
plantas, construcciones
o cualquier otro objeto.
– Convertirse en el flujo
sobre el suelo.
– Infiltrarse en el.
– Corre a través del suelo
como flujo superficial.
– Descarga a los
ríos(corriente) como
escorrentía.

Ciclo Hidrológico
5 La mayoría parte del
agua interceptada,
una parte de la
infiltrada y otra que
corre por la superficie
se evaporan
nuevamente
regresando a la
atmósfera

Ciclo Hidrológico
6 De la precipitación
que llega a las
corrientes:
– Una parte se
infiltra.
– Otra llega hasta los
océanos y a otros
grandes cuerpos de
aguas como presas
y lagos.

Ciclo Hidrológico
7 De el agua infiltrada:
– Una parte es absorbida
por las plantas y
posteriormente es
transpirada, casi en su
totalidad, hacia la
atmosfera.
– Otra fluye bajo la
superficie terrestre
hacia la corrientes, el
mar u otros cuerpos de
aguas.
O bien percola hacia
zonas profundas del suelo
para ser almacenada
como agua subterránea
(recargada) que aflora
(emerge) mucho después
en manantiales o se
desliza hacia los ríos para
formar la escorrentía
superficial, y finalmente
fluye hacia el mar o se
evapora en la atmosfera a
medida que el ciclo
hidrológico continua.

CANTIDAD DEL AGUA ESTIMADA
EN EL MUNDO
Ciclo Hidrológico
Tasa del Movimiento y distribución porcentual del Agua en la Tierra

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