FACULTAD DE INGENIERAESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERA CIVILTRABAJOINFORME SOBRE VARIABLES HIDROLGICASAUTORALVAREZ TTITO LEONEL RENATODOCENTEEFRAIN JIMENEZLIMA-PERU2015

INTRODUCCIONDentro de cada subcuenta, se han hallado los valores correspondientes a cada una de las variables hidrolgicas para cada una de las masas de agua.

Adems de la cuantificacin de los procesos que intervienen en el ciclo hidrolgico, se encuentra la interceptacin hecha por las coberturas vegetales la cual se ha estimado como una fraccin de la precipitacin incidente. La anterior cuantificacin se conoce como balance hdrico, donde se realiza un clculo de la cantidad de la masa de agua que ingresa menos las que sale del sistema estudiado, siendo esta diferencia el cambio de la masa en el sistema. En el caso de la interceptacin, nuestro volumen de control es el follaje, el cual est conformado por las hojas y los tallos o ramas que se encuentran en la parte area de la planta.

La presencia de vegetacin afecta la cantidad de agua que alcanza el nivel del suelo estando la interceptacin directamente relacionada con la interaccin suelo-planta atmosfera, condicionando los procesos de infiltracin, escorrenta y evaporacin. La cantidad de agua disponible en la zona radicular es funcin de las anteriores variables, siendo determinante en los procesos de nutricin, reproduccin y transpiracin de la planta. Adems, el agua sobre el follaje de la vegetacin es un importante factor ecolgico que condiciona los procesos qumicos, fsicos y biolgicos que ocurren sobre las superficies foliares (Jaramillo, 2003).

MARCO TEORICO

Para entender los modelos dinmicos que simulan el proceso de interceptacin de lluviaspor coberturas vegetales es necesario partir de la definicin de interceptacin y su papel en el ciclo hidrolgico. Posterior a esto se presenta el balance hdrico donde el objeto esConocer el cambio de almacenamiento en el follaje, lugar donde se presenta el proceso de interceptacin en coberturas vegetales. Se contina presentando las variables Hidrolgicas implcitas en el proceso de interceptacin y las tcnicas e Instrumentos convencionales utilizados para su medicin.

VARIABLES HIDROLOGICAS

CAUDAL EVAPORACION EVAPOTRANSPIRACION1.1 CAUDALEndinmica de fluidos,caudales la cantidad de fluido que circula a travs de una seccin del ducto (tubera, caera, oleoducto, ro, canal,...) por unidad de tiempo. Normalmente se identifica con elflujo volumtricoo volumen que pasa por un rea dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo msico o masa que pasa por un rea dada en la unidad de tiempo.El caudal de un ro es fundamental en el dimensionamiento depresas,embalsesy obras decontrol de avenidas. Dependiendo del tipo de obra, se emplean los caudales medios diarios, con un determinado tiempo de recurrencia otiempo de retorno, o los caudales mximos instantneos. La forma de obtencin de uno y otro es diferente y, mientras para los primeros se puede tomar como base los valores registrados en una estacin de medicin, durante un nmero considerable de aos, para los segundos, es decir para los mximos instantneos, muy frecuentemente se deben calcular a travs demodelos matemticos.La medicin prctica del caudal lquido en las diversasobras hidrulicas, tiene una importancia muy grande, ya que de estas mediciones depende muchas veces el buen funcionamiento del sistema hidrulico como un todo, y en muchos casos es fundamental para garantizar la seguridad de la estructura. Existen diversos procedimientos para la determinacin del caudal instantneo. En el artculomedicin del caudalse presentan algunas.Caudal instantneoComo su nombre indica, es el caudal que se determina en un instante determinado. Su determinacin se hace en forma indirecta, determinado el nivel del agua en el ro, e interpolando el caudal en la curva calibrada de la seccin determinada precedentemente.El aprovechamiento de los ros depende del caudal que tienen, es decir, de la cantidad de agua que transporta.

2.2 EVAPORACIN

Laevaporacines un proceso fsico que consiste en el paso lento y gradual de un estadolquidohacia un estadogaseoso, tras haber adquirido suficiente energa para vencer latensin superficial. A diferencia de la ebullicin, la evaporacin se puede producir a cualquier temperatura, siendo ms rpido cuanto ms elevada sea esta. No es necesario que toda la masa alcance elpunto de ebullicin. Cuando existe un espacio libre encima de un lquido, una parte de sus molculas est en formagaseosa, al equilibrase, la cantidad de materia gaseosa define lapresin de vapor saturante, la cualnodepende delvolumen, pero vara segn la naturaleza del lquido y latemperatura. Si la cantidad de gas es inferior a la presin de vapor saturante, una parte de las molculas pasan de la fase lquida a la gaseosa: eso es la evaporacin. Cuando la presin de vapor iguala a la atmosfrica, se produce laebullicin.1Enhidrologa, la evaporacin es una de lasvariables hidrolgicasimportantes al momento de establecer el balance hdricode una determinada cuenca hidrogrfica o parte de esta. En este caso, se debe distinguir entre la evaporacin desde superficies libres y la evaporacin desde el suelo. La evaporacin de agua es importante e indispensable en la vida, ya que elvapor de agua, alcondensarsese transforma ennubesy vuelve en forma delluvia,nieve,nieblaoroco.Vista como unaoperacin unitaria, la evaporacin es utilizada para eliminar el vapor formado por ebullicin de una solucin o suspensin lquida.El movimiento trmico de una molcula de lquido debe ser suficiente para vencer latensin superficialy evaporar, esto es, suenerga cinticadebe exceder el trabajo de cohesin aplicado por la tensin superficial a la superficie del lquido. Por eso, la evaporacin acontece ms rpidamente a altastemperaturas, a altos caudales entre las fases lquida y vapor y en lquidos con bajas tensiones superficiales (esto es, conpresin de vaporms elevadas).Con solamente una proporcin pequea de molculas localizada cerca de la superficie y movindose en la direccin correcta para escapar del lquido en un cierto instante, la tasa de evaporacin es limitada. Adems, como las molculas de mayor energa escapan y las que quedan tienen menor energa cintica mdia, la temperatura del lquido se reduce. Este fenmeno tambin es llamado deenfriamiento evaporativo. Un ejemplo para dicho fenmeno es la transpiracin (sudor).

Determinacin de la evaporacin La evaporacin puede medirse en forma directa desde pequeas superficies de agua naturales o artificiales (tanques de evaporacin) o a travs deevapormetrosolismetros. Estos ltimos poseen una superficie porosa embebida en agua y se ubican en condiciones tales que la medicin es condicionada por las caractersticas meteorolgicas de la atmsfera, tales como grado higromtrico, temperatura, insolacin, viento, etc.Las tasas de evaporacin as observadas pueden generalmente ser consideradas como mximas y dan una buena aproximacin del poder evaporante de la atmsfera. Aplicando a dichos valores mximos diversos coeficientes de reduccin y comparando los resultados corregidos con los suministrados por las frmulas de evaporacin, se deducirn los valores ms probables de las tasas de evaporacin aplicables a la superficie de inters.El ms utilizado de los evapormetros es el detipo Piche. Est constituido por un tubo cilndrico de vidrio de 25 cm de largo y 1.5 cm de dimetro. El tubo est graduado y cerrado en su parte superior, mientras que su abertura inferior est obturada por una hoja circular de papel filtro normalizado de 30 mm de dimetro y 0.5 mm de espesor, fijada por capilaridad y mantenida por un resorte. Llenado el aparato de agua destilada, sta se evapora progresivamente a travs de la hoja de papel filtro. La disminucin del nivel del agua en el tubo permite calcular la tasa de evaporacin (en mm por cada 24 hs, por ejemplo). El proceso de evaporacin est ligado esencialmente aldficit higromtricodel aire; sin embargo, el aparato no tiene tal vez en cuenta suficientemente la influencia de la insolacin. Este aparato, en las estaciones hidrometeorolgicas se instala bajo abrigo.Los depsitos otanques de evaporacinutilizados en distintos pases son de formas, dimensiones y caractersticas diferentes, pues los especialistas no estn de acuerdo sobre el mejor tipo a emplear.Variable hidrolgicaLa razn entre la prdida de calor de una superficie de agua por evaporacin y la prdida de calor debido a la conveccin, independiente de la velocidad del viento es dada por

dondees la prdida de calor de una superficie de agua por conveccin W/(m2K),es la perdida de calor de una superficie de agua por evaporacin en W/(m2K),yson las temperaturas del agua y del aire en Kelvin (o Celsius) yyson las presiones del vapor de la superficie del agua y del aire yes la presin baromtrica, con todas presiones en mmHg (Bowen, 1926).La ecuacin de Bowen fue modificada por Sartori (1987) que introdujo un parmetro que permite el clculo de los tres casos de flujo de masa que pueden ocurrir cuando una superficie libre de agua es expuesta al aire, cuyas situaciones no pueden ser calculadas solamente con la ecuacin de Bowen. As, la ecuacin de Bowen-Sartori queda:

donderhes la humedad relativa.

Importancia de la variable hidrolgica

El agua se evapora en la superficie ocenica, sobre la superficie terrestre y tambin por los organismos, en el fenmeno de latranspiracinen plantas ysudoracinen animales. Los seres vivos, especialmente las plantas, contribuyen con un 10% al agua que se incorpora a la atmsfera.El agua en forma de vapor sube y se condensa formando lasnubes, constituidas por agua en pequeas gotas. Estas se enfran acelerndose la condensacin y unindose a otras gotitas de agua para formar gotas mayores que terminan por precipitarse a la superficie terrestre en razn a su mayor peso. Laprecipitacinpuede ser slida (nieveogranizo) o lquida (lluvia). Elvapor de aguatambin puede condensarse en forma denieblaoroco.Una parte del agua que llega a la superficie terrestre ser aprovechada por losseres vivos. Tarde o temprano, toda esta agua volver nuevamente a la atmsfera, debido principalmente a la evaporacin.

3.3 EVAPOTRANSPIRACINLaevapotranspiracinse define como la prdida de humedad de una superficie por evaporacin directa junto con la prdida de agua por transpiracin de la vegetacin. Se expresa en milmetros por unidad de tiempo.

Ciclo hidrolgico y balance energticoLa evapotranspiracin constituye un importante componente del ciclo y balance del agua. Se estima que un 70% del total de agua recibida por una zona (precipitacin) es devuelta a la atmsfera a travs del proceso, mientras que el 30% restante constituye laescorrentasuperficial y subterrnea. Junto con ser un componente delciclo hidrolgico, la evapotranspiracin interviene en el balance calorfico y en la redistribucin de energa mediante los traspasos que de ella se producen con los cambios de estado del agua, permitiendo as un equilibrio entre la energarecibida y la perdida. El conocimiento de las prdidas de agua mediante el proceso permite tener un acercamiento a las disponibilidades del recurso y consecuentemente puede realizarse una mejor distribucin y manejo del mismo

Los factores que intervienen en el proceso de evapotranspiracin son diversos, variables en el tiempo y en el espacio y se pueden agrupar en aquellos de ordenclimtico, los relativos a laplantay los asociados alsuelo.Esta diversidad de factores, por una parte, ha dado lugar a distintas orientaciones al abordar el complejo fenmeno y diferentes respuestas ante su estimacin; ha favorecido, por otro lado, el desarrollo de una serie de conceptos tendientes a lograr una mayor precisin de ideas al referirse al fenmeno y surgen como un intento de considerar las distintas condiciones declima, suelo ycultivoprevalecientes en el momento en que el fenmeno ocurre. Estas definiciones o conceptos, entre otros, son:uso consuntivo, evapotranspiracin potencial, evapotranspiracin de referencia o del cultivo de referencia, evapotranspiracin real y cultivo de referencia.

Evapotranspiracin real, actual o efectiva (ETr)No obstante las mayores precisiones alcanzadas con la incorporacin de algunos de los conceptos anteriores, las condiciones establecidas por ellos no siempre se dan en la realidad, y aquella evapotranspiracin que ocurre en la situacin real en que se encuentra el cultivo en el campo, difiere de los lmites mximos o potenciales establecidos. Para referirse a la cantidad de agua que efectivamente es utilizada por la evapotranspiracin se debe utilizar el concepto de evapotranspiracin actual o efectiva, o bien, ms adecuadamente, el de evapotranspiracin real.LaETres ms difcil de calcular que laETPoETo, ya que adems de las condicionesatmosfricasque influyen en laETPoETo, interviene la magnitud de las reservas dehumedaddel suelo y los requerimientos de los cultivos. Para determinarla se debe corregir laETPoETocon un factorKcdependiente del nivel de humedad del suelo y de las caractersticas de cada cultivo.9

Evapotranspiracin potencial (ETP)Existe acuerdo entre los diversos autores al definir laETP, concepto introducido porCharles Thornthwaiteen1948, como la mxima cantidad de agua que puede evaporarse desde un suelo completamente cubierto de vegetacin, que se desarrolla en ptimas condiciones, y en el supuesto caso de no existir limitaciones en la disponibilidad de agua.4Segn esta definicin, la magnitud de laETPest regulada solamente por las condicionesmeteorolgicaso climticas, segn el caso, del momento o perodo para el cual se realiza la estimacin.El concepto deETPes ampliamente utilizado y desde su introduccin ha tenido gran influencia en los estudios geogrficosdel clima mundial; de hecho su diferencia respecto de las precipitaciones (Pp-ETP) ha sido frecuentemente usada como un indicador dehumedado aridez climtica. Tambin ha influido sobre la investigacinhidrolgicay ha significado el mayor avance en las tcnicas de estimacin de la evapotranspiracin.

METODOLOGAEl clculo de las variables hidrolgicas se utilizan para conocer la eficiencia tcnica y el diseo de obras de conservacin del suelo y agua:El escurrimiento medio, para estimar el volumen de agua por almacenar o retenerEl escurrimiento Mximo instantneo para disear obras de excedencia (vertedores, cauces empastados, canales, etc)Produccin de sedimentos y degradacin especfica de los suelos

Escurrimiento medio

Vm = C Pm A

Donde: Vm = Volumen medio que puede escurrir (m3) A = rea de la cuenca (ha) C = Coeficiente de escurrimiento(Adimensional) Pm = Precipitacin media (mm)

Ejemplo de clculoEstimar el volumen medio de una cuenca de 50 ha, con:Terrenos planos (5%), de textura arenosa, con cultivo de maz (20 ha) (C = 0.3)Terrenos de pastizales, de textura media con pendiente de 6% (30 ha) (C =0.36)Precipitacin media anual es de 800 mm. Coeficientes ponderadoV m = (0.34) (800) (50) (10)V m = 136,000 m3

Escurrimiento mximo instantneo

El escurrimiento mximo instantneo para el diseo de obras de excedencia se puede estimar por los mtodos de:Huellas mximasRacionalRacional modificadoCurvas numricas o del SCS (USA).