02_Ciclo Hidrológico

8/17/2019 02_Ciclo Hidrológico

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CICLO HIDROLÓGICOHidrología General


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Al finalizar la sesión, el estudiante:

Reconoce la importancia del estudio de la Hidrología y su estrecha relación con otrasciencias.

Reconoce la importancia de los diferentes componentes del ciclo hidrológico y su

importancia en él. Diferencia la disponibilidad hídrica existente entre las diferentes vertientes

hidrográficas de nuestro país y su relación con la distribución de la población.

LOGROS


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¿Por qué estudiar el agua?


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Fuente: Kinzelbach (2011)


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Sequias

Avenidas



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3:58 p.m.



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• Es una rama de la geofísica que estudia el origen, distribución, movimiento,propiedades (físicas y químicas) e influencia del agua en la tierra.

• El dominio de la Hidrología abarca la historia completa del agua sobre la tierra.

• De manera estricta, es el estudio del ciclo hidrológico.

• La Hidrología como ciencia de la Ingeniería incluye aquellos aspectos cuantitativos,que tienen relación con la planificación, diseño y operación de obras de Ingeniería yciencias afines, para el uso de control del agua.

• Se relaciona con otras ciencias como la Meteorología, Geografía, Física, Estadística, Agronomía y Oceanografía.

1. HIDROLOGÍA


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• Proporciona métodos para resolver problemas prácticos que se presentan en eldiseño, la planeación y la operación de estructuras hidráulica.

• Problemas ingenieriles de aplicación:

Determinar el volumen requerido para:

- abastecimiento de agua a una población- abastecimiento de agua a una industria

- satisfacer la demanda agrícola

- satisfacer la demanda hidroenergética

- permitir la navegación

Determinar la capacidad de diseño de obras como:

- Alcantarillas

- Puentes

- Estructuras de control de avenidas

- presas

- sistemas de drenaje

- bocatomas- ductos a presión; etc

2. IMPORTANCIA DE LA HIDROLOGÍA


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TRABAJOS EN LADERA


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PRESAS SABO


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BARRERAS FLEXIBLES


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Sucesión de etapas queatraviesa el agua al pasar dela atmósfera a la tierra yvolver a la atmósfera :evaporación desde el suelo,mar o aguas continentales,

condensación de nubes,precipitación, acumulación enel suelo, escurrimiento ynueva-mente la evaporación.

• El ciclo hidrológico es

irregular: a veces hay muchaagua (inundaciones) y otrasveces muy poca (sequías).

• El ciclo hidrológico no tieneprincipio ni fin.

3. CICLO HIDROLÓGICO


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• El agua es la sustancia más abundante y común que existe en la biosfera. El aguaexiste en un espacio llamado hidrosfera, que se extiende desde unos 15 Km arribaen la atmósfera hasta 1 Km por debajo de la litosfera o corteza terrestre.

• El agua circula en la hidrosfera a través de un laberinto de caminos que constituyenel ciclo hidrológico.

• Se encuentra presente en la atmósfera, en los océanos y mares, en hielos yglaciares, en lagos y ríos, y en el subsuelo, totalizando alrededor de 1500 millonesde kilómetros cúbicos de agua.

• El 97% de ella, se concentra en los océanos (agua salada), el 2% constituye loshielos y glaciares, y sólo un porcentaje inferior al 0,5%, constituye el agua fácilmenteaprovechable por el hombre.

4. DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN LA TIERRA (1)


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4.DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN LA TIERRA (2)

El agua en la hidrósferaFuente: Farías (2005)


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4.DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN LA TIERRA (3)

Fuente: Chow (1994)


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5. BALANCE HIDROLÓGICO (1)

• Método de investigación del ciclo hidrológico.

• Analiza el equilibrio de los recursos hídricos en una región de la tierra. Puede ser:superficial (tierra), aerológico (aire) e isotópico (movimiento de masas: aire-agua-suelo).


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Fuente: Chow (1994)


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Ejemplo:

La cuenca del río Quiroz tiene un área de 2297 Km2, una precipitación media anual de 1093

mm, el caudal medio anual es de 22 m3/s, la ET anual es de 1700 MMC. ¿Cuál es el error

de apreciación?

Solución:

Area =2297*10 6 m2

Volumen precipitado = Area*Precipitación media

= 2510.621MMC

Volumen escurrido = Caudal *tiempo

= 22*3600*24*365=693.792MMC

Con estos componentes hacemos el análisis:

P=Q+ET+error

2510.621MMC=693.792MMC+1700MMC+error

error=116.829MMC=4.65%


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Ejemplo:

Durante un año dado se colectaron los siguientes datos hidrológicos para cierta cuenca

hidrográfica de 350Km2: precipitacion total 850mm; evaporación y evapotranspiración

420mm; y escorrentía superficial 225mm. Calcule el volumen de infiltración en MMC.

Desprecie la variacion de almacenamiento superficial y considere que no existen

afloramientos en toda la cuenca.

Solución:Infi ltración: 71.75MMC


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6. SISTEMA HIDROLÓGICO (1)

• Forma simplificada de representar al ciclo hidrológico.

• Un sistema es un conjunto de partes conectadas entre sí, que forman un todo.

• El ciclo hidrológico puede tratarse como un sistema cuyos componentes sonprecipitación, evaporación, escorrentía y otras fases del ciclo hidrológico, los cualespueden agruparse en subsistemas del ciclo total.


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• Para analizar el ciclo total,los subsistemas puedenanalizarse separadamente ycombinar los resultados de

acuerdo a las interaccionesentre los subsistemas.

Fuente: Chow (1994)


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• Volumen de control:

Referencia en tres dimensiones a través del cual el fluido circula.

En la práctica, no se suele analizar todo el globo sino pequeñas áreas, las cualespueden ser representadas por un volumen de control. En éste, no es necesarioconocer como circula el fluido dentro pero si como circula el fluido en la superficie decontrol.

• Sistema Hidrológico:

Es una estructura o volumen en el espacio, rodeada por una frontera, que acepta

agua y otras entradas, opera en ellas internamente y produce salidas.

Fuente: Chow (1994)


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• Las entradas más usuales son agua, aire y calor.

• Debido a que la mayor parte de los sistemas hidrológicos son intrínsecamentealeatorios (la precipitación es altamente impredecible), el análisis estadístico cumpleun papel importante en el análisis hidrológico.


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Fuente: Chow (1994)

7. LA CUENCA COMO SISTEMA HIDROLÓGICO


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8. ENFOQUE DE LOS PROBLEMAS HIDROLÓGICOS

• Los problemas hidrológicos son enfocados usualmente de manera simplificada como:

• Cada problema hidrológico es único.

DATOS

Precipitación

Caudal,

temperatura

Resultado

hidrológico

esperado

Análisis

estadístico


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9. MODELOS DE SISTEMAS HIDROLÓGICOS

• Es una aproximación al sistema real: sus entradas y salidas son variables hidrológicasmedibles y su estructura es un conjunto de ecuaciones que conectan entradas ysalidas.

• Las entradas y salidas pueden expresarse como funciones del tiempo; entonces

podemos plantear la siguiente “ecuación de transformación del sistema”:


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9. MODELOS DE SISTEMAS HIDROLÓGICOS

Fuente: Chow (1994)


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¿Qué aprendimos hoy?

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