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ALUMNOS:

Huapaya Arias , Manuel

Huapaya Retamozo ,Meylin

Liñán Rodríguez ,Jazmín

PROFESOR:

Jiménez Bendezú ,Efraín

AULA:

602- A

FACTORES DEL ESCURRIMIENTO

HIDROLOGIA- FACTORES DEL ESCURRIMIENTO

AGRADECIMIENTO

Quiero agradecer a todos mis maestros ya que ellosme enseñaron valorar los estudios y a superarme cada día, también agradezco a mis padres porqueellos estuvieron en los días más difíciles de mi vida como estudiante.Y agradezco a Dios por darme la salud que tengo, por tener una cabeza con la que puedo pensar muy bien y además un cuerpo sano y una mente de bien. Estoy seguro que mis metasplanteadas darán fruto en el futuro y por ende medebo esforzar cada día para ser mejor en la universidady en todo lugar sin olvidar el respeto que engrandece a la persona.

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DEDICATORIA

Este trabajo está dedicado a mis padres ya quegraciasa ellos puedo estar en esta gran institución y poder aportar con mis conocimientos.También dedico a misabuelos ya que con ellos sigo siendo una persona de bien pese a cualquier tipo de enfermedad.

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OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERALES

Dar a conocer los términos fundamentales del escurrimiento.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Proporcionar información acerca de los factores que afectan el escurrimiento superficial.

METODOLOGIA

Las metodologías usadas para calcular los coeficientes de escurrimiento a nivel nacional, tienen deferencias intrínsecas en su aplicabilidad que pueden conducir a diferencias importantes: el MNE se utiliza para estimar el Ce asociado a escenarios de lluvia y el MPE para evaluar el comportamiento del Ce en periodos anuales. Sin embargo, ambas metodologías muestran similitudes en los resultados en grandes zonas, lo cual indica que para dicho sector, el coeficiente de escurrimiento anual, puede ser utilizado para evaluar la respuesta del terreno ante un evento pluvial.

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INTRODUCCIÓN

El estudio de los procesos hidrológicos de la biosfera y su relación con la vegetación y uso del suelo son importantes en la planeación del uso adecuado de los recursos hídricos. La información generada es útil en la planificación del manejo de cuencas, en el diseño de proyectos o el desempeño económico, y en la evaluación del impacto del uso de la tierra (Brooks et al., 1993).

Por otro lado, antes de diseñar los canales, diques u otras obras que controlen el escurrimiento superficial, es necesario cuantificar la cantidad de agua esperada. Si sólo se almacena el escurrimiento, puede ser suficiente conocer el volumen total de agua que se recogerá, pero si se requiere construir obras de conservación de suelo, el principal problema es la conducción del agua de un sitio a otro y, en este caso, el caudal de escurrimiento es importante, en especial el máximo volumen de agua que puede esperarse (Hudson, 1982).

Desde el punto de vista del aprovechamiento de los recursos hidráulicos de una región o del país, el escurrimiento de una corriente, constituye la disponibilidad para ser derivada y utilizada inmediatamente, en el riego y/o el abastecimiento de agua a las poblaciones, o bien, para ser almacenada en los embalses y empleada posteriormente en diversos fines, inclusive retenida para su control, con el objeto de reducir los daños que causa su abundancia.

El estudio del escurrimiento, comprenderá la descripción del proceso y los factores que afectan el escurrimiento dando los puntos claros para el mejor entendimiento del tema.

La expresión escurrimiento superficial suele referirse al volumen de las precipitaciones que caen sobre una cuenca, menos la retención superficial y la infiltración. El escurrimiento superficial o directo es función de la intensidad de la precipitación y de la permeabilidad de la superficie del suelo, de la duración de la precipitación, del tipo de vegetación, de la extensión de la cuenca hidrográfica considerada, de la profundidad del nivel freático y de la pendiente de la superficie del suelo. La aportación de una cuenca se representa comúnmente en una gráfica llamada "hidrograma", que consiste en una curva que representa las oscilaciones, respecto el tiempo, del nivel del agua de un río en una sección dada del mismo. En el caso de un río con un tiempo de descarga muy largo, los caudales que por él circulan al cabo de un tiempo, son el resultado de la acumulación del escurrimiento superficial con la aportación subterránea

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PROBLEMÁTICA

La creciente necesidad de lograr el equilibrio hidrológico que asegure el abasto suficiente de agua a la población se logrará armonizando la disponibilidad natural con las extracciones del recurso mediante el uso eficiente del agua.Perú, un país rico en recursos naturales, obtiene el agua que consume la población de fuentes tales como ríos, arroyos y acuíferos del subsuelo. Estos acuíferos se recargan de forma natural en época de lluvias.

Sin embargo, la época de lluvias tiene una duración promedio de cuatro meses lo que propicia una escasa captación. Aunado a esto, del total de agua captada por lluvias, aproximadamente el 70% se evapora.

La desproporción que existe entre la cantidad de agua que se capta por escurrimiento y las extensiones territoriales que comprenden aunado a la corta temporada de lluvias hace que la disponibilidad del agua sea cada vez menor.

Bajo este panorama enfrenta actualmente graves problemas de disponibilidad, desperdicio y contaminación del agua.

Parte de esta problemática, se enfrenta con la construcción de la Infraestructura Hidráulica que permite satisfacer de agua a los diferentes sectores de la población: el agrícola, el industrial, el doméstico y de servicios y para la generación de energía eléctrica, entre otros.

No obstante existen diferencias territoriales importantes que son desfavorables.En el norte del territorio nacional, el agua de lluvia que se capta por escurrimiento es únicamente el 4% mientras que en el sureste y las zonas costeras se logra captar el 50% del escurrimiento.

Así, entre otros beneficios de la infraestructura hidráulica se encuentra la protección a la población y las áreas productivas de situaciones como las inundaciones, además de aprovechar las zonas con alto promedio de escurrimientos para la generación de servicios como la energía eléctrica.

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http://www.monografias.com/trabajos14/verific-servicios/verific-servicios.shtml

http://www.monografias.com/trabajos35/materiales-construccion/materiales-construccion.shtml

http://www.monografias.com/trabajos/contamagua/contamagua.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/calidad-serv/calidad-serv.shtml#PLANT

http://www.monografias.com/trabajos10/formulac/formulac.shtml#FUNC

http://www.monografias.com/trabajos4/refrec/refrec.shtml

http://www.monografias.com/trabajos/tomadecisiones/tomadecisiones.shtml


MARCO TEÓRICO

Consiste en analizar la operación de un sistema hidrológico y predecir su salida, es decir, realizar un modelo hidrológico. Un modelo, es una aproximación al sistema real; sus entradas y salidas son variables hidrológicas mensurables y su estructura es un conjunto de ecuaciones que conectan las entradas y las salidas.

Los modelos hidrológicos pueden dividirse en dos categorías: físicos y abstractos. Los primeros incluyen modelos a escala y análogos; los modelos a escala, representan el sistema en escala reducida, tal como un modelo hidráulico del vertedero de una presa; y los modelos análogos, usan otro sistema físico con propiedades similares a las del prototipo. Los modelos abstractos representan el sistema en forma matemática, es decir, la operación del sistema se describe por medio de un conjunto de ecuaciones que relacionan variables de entrada y salida.

Estas variables pueden ser funciones del espacio y del tiempo, y también pueden ser variables probabilísticas o aleatorias, que no tienen un valor fijo en un punto particular del espacio y del tiempo, pero que están descritas a través de distribuciones de probabilidad.

Los fenómenos hidrológicos cambian en las tres dimensiones espaciales, pero el tener en cuenta explícitamente toda esta variación, puede hacer que el modelo sea muy complicado para aplicaciones prácticas. Por consiguiente, para la mayor parte de los propósitos prácticos es necesario simplificar el modelo, despreciando algunas de las fuentes de variación. Por lo que, teniendo en cuenta las formas en que se lleva a cabo la simplificación, los modelos hidrológicos se pueden clasificar en determinísticos y estocásticos. Un modelo determinístico no considera aleatoriedad; una entrada dada produce siempre una misma salida.

Un modelo estocástico tiene salidas que son, por lo menos, parcialmente aleatorias y se usa cuando esta variación es grande. Podría decirse que los modelos determinísticos hacen pronósticos, mientras que los modelos estocásticos hacen predicciones. Por ejemplo, pueden desarrollarse modelos determinísticos razonablemente buenos para la evaporación diaria en un lugar dado, usando información sobre energía disponible y transporte de vapor, pero tal información no puede usarse para desarrollar modelos confiables de precipitación diaria en un lugar, debido a que la precipitación es aleatoria en su mayor parte. Por consiguiente, la mayoría de los modelos de precipitación diaria son estocásticos.

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ESCURRIMIENTO

1. ORIGEN DEL ESCURRIMIENTO

El escurrimiento total proveniente de una cuenca típica heterogénea tiene 4 componentes: precipitación en los cauces, flujo sobre el terreno, escurrimiento sub-superficial y escurrimiento subterráneo. Sin embargo, con fines prácticos el escurrimiento total se clasifica generalmente en escurrimiento directo y escurrimiento base, el primero integrado por los tres primeros componentes y el segundo constituido por el escurrimiento subterráneo y el sub- superficial de lento drenaje.

Durante una tormenta que produce escurrimiento, la precipitación total puede considerarse integrada por: precipitación en exceso y pérdida de la tormenta.

2. ESCURRIMIENTO

El escurrimiento es el agua que fluye por sobre la superficie del terreno hasta el cauce más cercano y sólo se produce en los eventos de lluvia. En un evento de lluvia, cuando la intensidad de la misma es superior a la tasa de infiltración, se produce un almacenamiento superficial que primero llena las depresiones del terreno, conformando el almacenamiento de retención.

Luego que las depresiones se han llenado se inicia el almacenamiento detención, el cual genera el escurrimiento. Lo anterior es importante conocerlo ya que indica que la escorrentía no sólo depende de la infiltración sino del micro relieve. La tasa de escurrimiento dependerá del volumen del almacenamiento de detención y de la pendiente y rugosidad del terreno. En cuencas de suelos muy permeables, de cobertura densa y de poca pendiente, el escurrimiento es muy pequeño, por el contrario, en suelos arcillosos y con poca cobertura el escurrimiento es mayor; lo anterior es de suma importancia conocerlo ya que la escorrentía es el principal factor en la erosión de los suelos.

Es el agua generada por una cuenca en forma de flujo superficial, y por tanto constituye la forma más disponible del recurso. Tiene los siguientes componentes: Escurrimiento o escorrentía superficial, precipitación sobre el propio cauce, flujo sub superficial o hipodérmico, es la parte de la precipitación que circula pendiente abajo en el suelo a ligera profundidad.

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Es conveniente mencionar que diversos autores denominan a la escorrentía como escurrimiento.

3. TIPOS DE ESCURRIMIENTO

El agua proveniente de la precipitación y que llega a la superficie terrestre sigue diversos caminos hasta llegar a la salida de una cuenca. Estos caminos se pueden dividir en tres clases: escurrimiento superficial, escurrimiento sub superficial y escurrimiento subterráneo.

a. Escurrimiento superficial

La Escorrentía Superficial o Directa es la precipitación que no se infiltra en ningún momento y llega a la red de drenaje moviéndose sobre la superficie del terreno por la acción de la gravedad. Corresponde a la precipitación que no queda tampoco detenida en las depresiones del suelo, y que escapa a los fenómenos de evapotranspiración.

El proceso que describe el agua cuando se inicia un aguacero depende de las características del terreno: la primera lluvia caída se invierte en llenar la capacidad de retención de la parte aérea de las plantas y en saturar el suelo. Cuando la capacidad de infiltración es inferior a la intensidad de la lluvia, el agua comenzará a moverse por la superficie del terreno. Se forma, entonces, una capa delgada de agua. Ésta se mueve por la acción de la gravedad según la pendiente del terreno y es frenada por las irregularidades del suelo y por la presencia de vegetación hasta incorporarse a la red de drenaje, donde se junta con los otros componentes que constituyen la escorrentía total.

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b. Escurrimiento sub superficial

Es el agua de precipitación que, habiéndose infiltrado en el suelo, se mueve sub horizontalmente por los horizontes superiores para reaparecer súbitamente al aire libre como manantial e incorporarse a microsurcos superficiales que la conducirán a la red de drenaje.

c. Escurrimiento subterránea

Es la precipitación que se infiltra hasta el nivel freático, desde donde circula hasta alcanzar la red de drenaje. La Escorrentía Superficial es la más rápida de todas y la Escorrentía Subterránea la más lenta (del orden del m/h).

A parte de las tres formas referidas, la Escorrentía de un curso de agua está además constituida por la precipitación que cae directamente sobre su superficie de nivel, fracción que en la mayor parte de los casos reviste importancia muy escasa en relación con las otras aportaciones.

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4. EL CICLO DEL ESCURRIMIENTO

Los componentes de la Escorrentía evolucionan según un ciclo que distingue cuatro fases en relación con el ritmo de las precipitaciones.

a. Primera fase: Período sin precipitaciones.

Después de un período sin precipitaciones la Evapotranspiración tiende a agotar la humedad existente en las capas superficiales y a extraer agua de la franja capilar.

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Las aguas subterráneas alimentan a las corrientes superficiales descendiendo progresivamente su nivel piezométrico.

b. Segunda fase: Iniciación de la Precipitación.

La Evapotranspiración cesa. Las aguas meteóricas son interceptadas por la vegetación, las superficies de agua libre, los cursos de agua y el suelo.

En éste se infiltra una cantidad importante de agua que abastece su capacidad de almacenamiento; el excedente se mueve superficialmente en forma de Escorrentía Directa que alimenta débilmente los cursos de agua. Continúan las aportaciones de las

corrientes subterráneas a los cursos superficiales, no interrumpiéndose el descenso de los niveles piezométricos de la capa freática.

c. Tercera fase: Precipitación máxima.

Después de una cierta duración de la Precipitación, la cubierta vegetal apenas intercepta agua y prácticamente la totalidad de la Precipitación alcanza el suelo.

Las capas superficiales del suelo están saturadas. Parte de las precipitaciones se infiltran, alimentando a la Escorrentía Hipodérmica, y a los acuíferos, originándose en éstos una elevación del nivel piezométrico. La Precipitación que no se infiltra origina Escorrentía Superficial que en esta fase alcanza su valor máximo.

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La Escorrentía Subterránea aumenta ligeramente. La escorrentía total alcanza igualmente su máximo valor, apareciendo las crecidas.

d. Cuarta fase: Posterior a la Precipitación.

La lluvia cesa. La Escorrentía Superficial desaparece rápidamente. El suelo y subsuelo están saturados. Continúa la Infiltración de agua que está estancada en depresiones superficiales alimentando a la humedad del suelo, a la Escorrentía Hipodérmica y a las aguas subterráneas. Aparecen de nuevo los procesos de

evapotranspiración. Los cursos de agua, alimentados únicamente por las Escorrentías Hipodérmica y Subterránea entran en régimen de decrecida. El ciclo se cierra con la aparición de nuevo de la primera fase.

Una síntesis de la repartición de las precipitaciones y de la evolución de los componentes del escurrimiento.

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5. FACTORES DEL ESCURRIMIENTO

1. Factores meteorológicos, aquellos asociados con la precipitación: forma, tipo, intensidad, duración y frecuencia de la lluvia, cantidad y la distribución de la lluvia en el área de drenaje

2. Factores fisiográficos, los asociados con las características de la cuenca o áreas de drenaje: el tamaño, forma, pendiente, elevación relativa del área drenada, la permeabilidad del suelo, el tipo de vegetación, la humedad antecedente y altura de la capa freática.

1.- FACTORES METEOROLÓGICOS.

Formas de precipitación,

Tipos de precipitación,

Duración de precipitación

Intensidad de la precipitación,

Dirección de la tormenta,

Velocidad de la tormenta,

Distribución de la lluvia en la cuenca.

a. Forma y tipo de la precipitación.- La manera como se origina la precipitación y la forma que adopta la misma tiene una gran influencia en la distribución de los escurrimientos de la cuenca.

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b. Intensidad de precipitación.- Cuando la intensidad de lluvia excede a la capacidad de infiltración del suelo, se presenta el escurrimiento superficial.

c. Duración de la precipitación.- La capacidad de infiltración del suelo disminuye durante la precipitación, por lo que puede darse el caso, que tormentas con intensidad de lluvia relativamente baja, produzcan un escurrimiento superficial considerable, si su duración es extensa. En algunos casos, particularmente en las zonas bajas de la cuenca, para lluvias de mucha duración el nivel freático puede ascender hasta la superficie del suelo, llegando a nulificar la infiltración, aumentado por lo tanto, la magnitud del escurrimiento.

Se ha observado, que los caudales que se presentan en la descarga de una cuenca, son máximos cuando el tiempo que tardan en concentrarse (tiempo de concentración), es similar a la duración de la tormenta que los origina.

d. Distribución de la lluvia en la cuenca.- Es muy difícil, sobre todo en cuencas de gran extensión, que la precipitación se distribuya uniformemente, y con la misma intensidad en toda el área de la cuenca.

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El escurrimiento resultante de cualquier lluvia, depende de la distribución en tiempo y espacio de ésta. Si la precipitación se concentra en la parte baja de la cuenca, producirá caudales mayores, que los que se tendrían si tuviera lugar en la parte alta, donde el efecto regulador de los caudales, y el retardo en la concentración, se manifiestan en una disminución del caudal máximo de descarga.

e. Dirección y velocidad de la tormenta.- La dirección y velocidad con que se desplaza la tormenta, respecto a la dirección general del escurrimiento, en el sistema hidrográfico de la cuenca, tiene una influencia notable en el caudal máximo resultante y en la duración del escurrimiento superficial. En general, las tormentas que se mueven en el sentido de la corriente, producen caudales de descarga mayores, que las que se desplazan hacia la parte alta de la cuenca.

Otras condiciones meteorológicas.- Aunque la lluvia es el factor más importante que afecta y determina la magnitud de un escurrimiento, no es el único que debe considerarse. Existen condiciones meteorológicas generales que influyen, aunque de una manera indirecta en el escurrimiento superficial, como es el caso de la temperatura, la velocidad del viento, la humedad relativa, la presión barométrica, etc.

2.- FACTORES FISIOGRÁFICOS SUPERFICIE DE LA CUENCA

Características físicas de la cuenca:

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• Superficie de la cuenca

• Forma de la cuenca

• Elevación de la cuenca

• Pendiente de la cuenca

Tipo y uso del suelo

Humedad antecedente del mismo

a. Superficie de la cuenca

Debido a que la cuenca, es la zona de captación de las aguas pluviales que integran el escurrimiento de la corriente, su tamaño tiene una influencia, que se manifiesta de diversos modos en la magnitud de los caudales que se presentan. Se ha observado que la relación entre el tamaño del área y el caudal de descarga no es lineal.

Otro factor importante, que afecta la relación entre el caudal y la superficie de la cuenca, es que la máxima intensidad de lluvia, que puede ocurrir con cualquier frecuencia, decrece conforme aumenta la superficie que cubre la tormenta, por lo que para cuencas mayores, se tendrán intensidades de precipitación (referidas a la superficie de la cuenca), y caudales específicos de descarga menores.

b. Forma de la cuenca.- Para tomar en cuenta, cuantitativamente la influencia que la forma de la cuenca, tiene en el valor del escurrimiento, se han propuesto índices numéricos, como es el caso del factor de forma y el coeficiente de compacidad.

El factor de forma, expresa la relación entre el ancho promedio y la longitud de la cuenca, medida esta última desde el punto más alejado hasta la descarga. El ancho promedio se obtiene, a su vez, dividiendo la superficie de la cuenca entre su longitud. Para cuencas muy anchas o con salidas hacia los lados, el factor de forma puede resultar mayor que la unidad.

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Los factores de forma inferiores a la unidad, corresponden a cuencas más bien extensas, en el sentido de la corriente. El coeficiente de compacidad, es indicador de la regularidad geométrica de la forma de la cuenca. Es la relación entre el perímetro de la cuenca, y la circunferencia de un círculo con igual superficie que el la de la cuenca.

c. Elevación de la cuenca.- La elevación media de la cuenca, así como la diferencia entre sus elevaciones extremas, influye en las características meteorológicas, que determinan principalmente las formas de la precipitación, cuyo efecto en la distribución se han mencionado anteriormente. Por lo general, existe una buena correlación, entre la precipitación y la elevación de la cuenca, es decir, a mayor elevación la precipitación es también mayor.

d. Pendiente.- La pendiente media de la cuenca, es uno de los factores que mayor influencia tiene en la duración del escurrimiento, sobre el suelo y los cauces naturales, afectando de manera notable, la magnitud de las descargas; influye así mismo, en la infiltración, la humedad del suelo y la probable aparición de aguas subterránea al escurrimiento superficial, aunque es difícil la estimación cuantitativa, del efecto que tiene la pendiente sobre el escurrimiento para estos casos.

e. Tipo y uso del suelo.- El tamaño de los granos del suelo, su ordenamiento y comparación, su contenido de materia orgánica, etc., son factores íntimamente ligados a la capacidad de infiltración y de retención de humedad, por lo que el tipo de suelo, predominante en la cuenca, así como su uso, influye de manera notable en la magnitud y distribución de los escurrimientos.

f. Estado de humedad antecedente del suelo.- La cantidad de agua existente en las capas superiores del suelo, afecta el valor del coeficiente de infiltración. Si la humedad del suelo, es alta en el momento de ocurrir una tormenta, la cuenca generará caudales mayores debido a la disminución de la capacidad de infiltración.

6. RELACIÓN DE PRECIPITACIÓN – ESCURRIMIENTO

En términos generales se puede decir que los métodos hidrológicos para predicción de escurrimientos basados en mediciones directas de éstos, es decir, en registros de aforos, son preferibles a aquellos basados en relaciones entre la lluvia y el escurrimiento, ya que en éstos intervienen casi siempre parámetros cuya valuación es imprecisa y, en algunas ocasiones, subjetiva. Sin embargo, existen muchos casos en los que la información relativa a gastos máximos aforados es deficiente o nula, por lo cual no se pueden usar los métodos primeramente mencionados y es necesario empezar estableciendo las precipitaciones de diseño para después, mediante una función de liga, inferir con base en éstas los gastos de diseño. De acuerdo con la función de liga entre las tormentas y las avenidas producidas por éstas se han desarrollado diversos métodos basados en relaciones entre la lluvia y el escurrimiento.

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7. IMPORTANCIA

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Determinar el escurrimiento medio, con el fin de estimar el volumen de agua por almacenar o retener.

El cálculo del escurrimiento se realiza para dos objetivos: Determinar los escurrimientos máximos instantáneos y para el diseño de obras de conservación.

De acuerdo con las partes de la superficie terrestre en las que se realiza el escurrimiento superficial es un componente del ciclo hidrológico el cual resulta de la lluvia y/o caudal lateral que no llega a infiltrarse sobre la superficie de la tierra.

8. CÁLCULO DE LOS ESCURRIMIENTOS

La cantidad del escurrimiento se mide en metros cúbicos por segundo (m3/seg.). Esta expresión se empleará al determinar la capacidad de los conductos para el agua y estructuras.

El método que aquí se describe constituye una forma sencilla para obtener una estimación razonable y aproximada del escurrimiento superficial. Para calcular el escurrimiento se emplean muchos otros métodos; pero este es el que han estado usando con éxito algunos técnicos del Servicio de conservación de suelos de los estados del Corn Belt, faja maicera, de los Estados Unidos , y actualmente es el que está en uso en distintas partes de dicho país.

Al utilizarlo en otros lugares, puede haber necesidades de tener en cuenta algunas variaciones locales, e incluso este sencillo procedimiento requiere que el que lo emplee tenga experiencia y juicio. Para llegar a una cifra satisfactoria a los metros cúbicos de agua por segundo que escurrirán por un punto dado.

9. HIDROGRAMA DE ESCURRIMIENTO

Es una gráfica que nos muestra la descarga, caudal o gasto de un río en función del tiempo. Durante un período de sequía la descarga estará compuesta enteramente de contribuciones subterráneas.

A medida que el río o arroyo drena agua de la reserva subterránea, el nivel freático decae, dejando cada vez menos agua para alimentarlo. Si no hay una recarga del agua subterránea, el escurrimiento será cero.

El escurrimiento va a depender de la topografía, el clima, la geología y el tipo de suelo. El flujo base del escurrimiento decrece en un período de sequía debido a que el agua subterránea se drena hacia el río o arroyo, y así el nivel freático desciende.

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La recesión del flujo base es igual a:

Q = Q0 e -at

Donde:

Q = flujo al mismo tiempo t después de que la recesión empezó (ft3/s o m3/s)

Q0 = flujo al inicio de la recesión (ft3/s o m3/s)

a = constante de recesión para la cuenca (d-1)

t = tiempo desde que la recesión empieza (d)4

10. PARTES DE UN HIDROGRAMA

Si se mide el gasto (volumen de escurrimiento por unidad de tiempo; m3/s) que pasa de manera continua durante todo un año por una determinada sección transversal de un río y se grafican los valores obtenidos contra el tiempo.

Aunque la forma de los hidrogramas producidos por tormentas particulares varía no solo de cuenca a cuenca, sino también de tormenta a tormenta, es posible, en general distinguir las siguientes partes en cada hidrograma.

Punto de levantamiento. En este punto, el agua proveniente de la tormenta bajo análisis comienza a llegar a la salida de la cuenca y se produce inmediatamente después de iniciada la tormenta, durante la misma o incluso cuando ha

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transcurrido ya algún tiempo después de que cesó de llover. Su forma depende de varios factores, entre los que se pueden mencionar el tamaño de la cuenca, su sistema de drenaje, tipo de suelo, la intensidad y duración de la lluvia, etc.

Gasto pico. Es el gasto máximo que se produce por la tormenta. Con frecuencia es el punto más importante de un hidrograma para fines de diseño.

Punto de inflexión. En este punto es aproximadamente cuando termina el flujo sobre el terreno y de aquí en adelante, lo que queda de agua en la cuenca escurre por los canales y subterráneamente como escurrimiento base.

Final del escurrimiento directo. De este punto en adelante el escurrimiento es sólo de origen subterráneo. Normalmente se acepta como el punto de mayor curvatura de la curva de recesión, aunque pocas veces se distingue de fácil manera.

Tiempo de pico (Tp). Es el tiempo que transcurre desde el punto de levantamiento hasta el pico del hidrograma.

Tiempo base (Tb). Es el tiempo que transcurre desde el punto de levantamiento hasta el final del escurrimiento directo. Es, entonces el tiempo que dura el escurrimiento directo. 4Rama ascendente. Es la parte del hidrograma que va desde el punto de levantamiento hasta el pico.

Rama descendente o curva de recesión. Es la parte del hidrograma que va desde el pico hasta el final del escurrimiento directo. Tomada a partir del punto de inflexión, es una curva de vaciado de la cuenca.

El tiempo de un hidrograma aislado puede ser desde algunos minutos hasta varios días, y el pico puede tener valores del orden de unos cuantos litros por segundo hasta miles de metros cúbicos por segundo.

El área bajo el hidrograma, es el volumen total escurrido; el área bajo el hidrograma y arriba de la línea de separación entre el gasto base y directo, es el volumen de escurrimiento directo.

Debido a que el escurrimiento directo proviene de la precipitación, casi siempre aporta un componente del gasto total en un hidrograma mucho mayor que el que genera el escurrimiento base.

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11. ANÁLISIS DE HIDROGRAMAS

A pesar de que el flujo base de un arroyo o río es relativamente constante, la descarga total del escurrimiento fluctúa grandemente en el año. Esto se debe a los períodos de precipitación que contribuyen al flujo, interflujo y la precipitación directa sobre el cauce del río o arroyo. Para la mayoría de las cuencas de drenaje, la precipitación directa contribuye muy poco al cauce. El interflujo es un factor que puede ser altamente variable, dependiendo de la geología de la cuenca de drenaje. El factor principal en un hidrograma de tormenta es el flujo superficial, que se asume termina aproximadamente poco después del pico de la tormenta. Puede calcularse aproximadamente con la fórmula:

D = A0.2

Donde:

D = número de días entre el pico de la tormenta y el fin del flujo superficial

A = cuenca de drenaje (km2)4

O:

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D = 0.827 A0.2

Note que estas ecuaciones son empíricas y son dimensionalmente incorrectas. El valor exponencial de 0.2 es arbitrario. La cantidad obtenida con D va a depender de muchas características, como la pendiente, vegetación, densidad de drenaje, etc.

12. CÁLCULO DEL ESCURRIMIENTO

La cantidad del escurrimiento se mide en metros cúbicos, por segundos (m3/seg). Esta expresión se empleara al determinar la capacidad de los conductos para el agua y estructuras. El método que aquí se describe constituye una forma sencilla para obtener una estimación razonable y aproximada del escurrimiento superficial. Para calcular el escurrimiento se emplean muchos otros métodos; pero este es el han estado usando con éxito algunos técnicos del Servicios de conservación de suelos de los Estados del Corn Belt, faja maicera, de los Estados Unidos, y que actualmente es el que está en uso en distintas partes de dicho país.

Al utilizarlo en otros lugares, puede haber necesidad de tener en cuenta algunas variaciones locales, e incluso este sencillo procedimiento requiere que el que lo emplee tenga experiencia y juicio.

Para calcular el escurrimiento necesario para el diseño de una estructura de materiales permanentes, o para un cauce del agua cubierto de pasto, se necesitan graficas de escurrimiento.

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ANEXOS

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CONCLUSIONES

Se puede concluir que el escurrimiento proviene directa o indirectamente de la precipitación y de una u otra forma aparece siempre en los cauces de los ríos o arroyos, por lo cual para su estudio y conocimiento es indispensable el estudio de la precipitación y de las corrientes naturales.

Con la metodología antes descrita se logra facilitar y agilizar el trabajo de un análisis hidrológico en cuencas de pequeñas dimensiones, en donde no se cuenta con datos de registros hidrométricos.

A partir del análisis hidrológico en zonas con problemáticas ambientales y uso agrícola, se observan los parámetros hidrológicos y fisiográficos, como área de la cuenca, tipo y uso de coberturas, longitud y pendiente de los cauces, además de las estimaciones de lluvias medias, lluvias máximas, intensidades de lluvia, gastos máximos y la generación de hidrogramas sintéticos. Además, se logra identificar las oportunidades y las debilidades de las áreas de captación, cauces principales y escurrimientos tributarios, para el correcto drenaje de la cuenca. Observando los hidrogramas generados y los valores de las velocidades en los cauces, se identifica la problemática a resolver y, según sea el caso, elaborar un plan para reducir el tiempo de concentración con diferentes técnicas de reducción de escurrimiento desde correctas prácticas ambientales, hasta obras de protección cómo presas “rompe picos”.

Con la intención de proteger a las poblaciones que se encuentran aguas abajo de posibles inundaciones y crecientes de los ríos, al igual que salvaguardar la cuenca de erosión, asolvamiento de cauces y barrancas, generación de cárcavas y deterioro ambiental en general. En el caso en que la lluvia en exceso se necesite aprovechar, y las condiciones lo permitan, se analizará la posibilidad de realizar derivaciones en los cauces para aprovechamiento; riego directo de parcelas y almacenamiento del agua en las diferentes modalidades (superficial, subterráneo, en el suelo y vegetación y generando microclimas). De igual manera, construyendo almacenamientos de volúmenes pequeños con la intensión de no modificar el terreno y aprovechar la topografía, para realizar presas de contorno y presas en las barrancas y boquillas de los ríos.

Para el diseño y correcta ejecución del aprovechamiento del escurrimiento se necesitará realizar un funcionamiento de vaso, en el que se analicen todas las entradas y salidas de agua de los almacenamientos.

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BIBLIOGRAFÍA

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SAMACA, Nubia Elsy. Ciencias Naturales 7º. Bogotá. Santillana. 1999.

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