Curso de Hidrolog a Escorrent a I

1. Curso de Hidrolog�aEscorrent�a I Por: Sergio Vel�squez Mazariegos svelasqu@catie.ac.cr 2011

2. Capitulo 4. Escurrimiento4.1 Aspectos Generales El escurrimiento es el componente del ciclo hidrol�gico que se define como el agua proveniente de la precipitaci�n, que circula sobre o bajo la superficie terrestre, y que llega a una corriente para finalmente ser drenada hasta la salida de la cuenca (estaci�n de aforo).

3. Capitulo 4. Escurrimiento4.1 Aspectos Generales �Qu� pasa con la precipitaci�n cuando llega a la superficie de la tierra? 1. Una parte de la precipitaci�n se infiltra. Una parte de �sta, satisface la humedad del suelo, de las capas que se encuentran sobre el nivel fre�tico del agua Una vez que estas capas se han saturado, el agua subterr�nea es recargada, por la parte restante del agua que se infiltra. 2. Otra parte de la precipitaci�n, tiende a escurrir sobre la superficie terrestre La precipitaci�n que ocasiona este escurrimiento, se llama altura de precipitaci�n en exceso (hp). 3. Una peque�a proporci�n se pierde.

4. Cap�tulo 4. Escurrimiento4.1 Aspectos Generales El escurrimiento se clasifica en tres tipos: Escurrimiento superficial (Q) Escurrimiento subsuperficial (Qs) Escurrimiento subterr�neo (Qg) Con base en lo anterior, el escurrimiento se clasifica en tres tipos: ?? Escurrimiento superficial (Q) ?? Escurrimiento subsuperficial (Qs). ?? Escurrimiento subterr�neo (Qg) En la figura 4.1, se muestra un esquema donde se indica la relaci�n entre la precipitaci�n y el escurrimiento total.Con base en lo anterior, el escurrimiento se clasifica en tres tipos: ?? Escurrimiento superficial (Q) ?? Escurrimiento subsuperficial (Qs). ?? Escurrimiento subterr�neo (Qg) En la figura 4.1, se muestra un esquema donde se indica la relaci�n entre la precipitaci�n y el escurrimiento total.

5. Cap�tulo 4. Escurrimiento4.1 Aspectos Generales Escurrimiento superficial Proviene de la precipitaci�n no infiltrada y que escurre sobre la superficie del suelo. Efecto inmediato sobre el escurrimiento total existe durante la tormenta e inmediatamente despu�s de que esta termine La parte de la precipitaci�n total que da lugar a este escurrimiento, se denomina precipitaci�n en exceso (hp). Escurrimiento subsuperficial Proviene de una parte de la precipitaci�n infiltrada. El efecto sobre el escurrimiento total, puede ser inmediato o retardado. Si es inmediato se le da el mismo tratamiento que al escurrimiento superficial, en caso contrario, como escurrimiento subterr�neo. Escurrimiento subterr�neo es aquel que proviene del agua subterr�nea, la cual es recargada por la parte de la precipitaci�n que se infiltra, una vez que el suelo se ha saturado. Escurrimiento superficial, es aquel que proviene de la precipitaci�n no infiltrada y que escurre sobre la superficie del suelo. El efecto sobre el escurrimiento total es inmediato, y existir� durante la tormenta e inmediatamente despu�s de que esta termine. La parte de la precipitaci�n total que da lugar a este escurrimiento, se denomina precipitaci�n en exceso (hp). Escurrimiento subsuperficial, es aquel que proviene de una parte de la precipitaci�n infiltrada. El efecto sobre el escurrimiento total, puede ser inmediato o retardado. Si es inmediato se le da el mismo tratamiento que al escurrimiento superficial, en caso contrario, como escurrimiento subterr�neo. Escurrimiento subterr�neo, es aquel que proviene del agua subterr�nea, la cual es recargada por la parte de la precipitaci�n que se infiltra, una vez que el suelo se ha saturado. Escurrimiento superficial, es aquel que proviene de la precipitaci�n no infiltrada y que escurre sobre la superficie del suelo. El efecto sobre el escurrimiento total es inmediato, y existir� durante la tormenta e inmediatamente despu�s de que esta termine. La parte de la precipitaci�n total que da lugar a este escurrimiento, se denomina precipitaci�n en exceso (hp). Escurrimiento subsuperficial, es aquel que proviene de una parte de la precipitaci�n infiltrada. El efecto sobre el escurrimiento total, puede ser inmediato o retardado. Si es inmediato se le da el mismo tratamiento que al escurrimiento superficial, en caso contrario, como escurrimiento subterr�neo. Escurrimiento subterr�neo, es aquel que proviene del agua subterr�nea, la cual es recargada por la parte de la precipitaci�n que se infiltra, una vez que el suelo se ha saturado.

6. Cap�tulo 4. Escurrimiento4.1 Aspectos Generales

7. Cap�tulo 4. Escurrimiento4.1 Aspectos Generales

8. 4.2 Factores que afectan el escurrimiento superficial Meteorol�gicos forma, tipo, duraci�n e intensidad de la precipitaci�n la direcci�n y la velocidad de la tormenta la distribuci�n de la lluvia en la cuenca. Fisiogr�ficos Caracter�sticas f�sicas de la cuenca (superficie, forma, elevaci�n, pendiente) tipo y uso del suelo humedad antecedente del mismo. Meteorol�gicos, se pueden considerar la forma, el tipo, la duraci�n y la intensidad de la precipitaci�n, la direcci�n y la velocidad de la tormenta, y la distribuci�n de la lluvia en la cuenca. Fisiogr�ficos, se pueden considerar las caracter�sticas f�sicas de la cuenca (superficie, forma, elevaci�n, pendiente), tipo y uso del suelo, humedad antecedente del mismo. Meteorol�gicos, se pueden considerar la forma, el tipo, la duraci�n y la intensidad de la precipitaci�n, la direcci�n y la velocidad de la tormenta, y la distribuci�n de la lluvia en la cuenca. Fisiogr�ficos, se pueden considerar las caracter�sticas f�sicas de la cuenca (superficie, forma, elevaci�n, pendiente), tipo y uso del suelo, humedad antecedente del mismo.

9. 4.2.1 Factores Meteorol�gicos Forma y tipo de la precipitaci�n Si la precipitaci�n es de origen orogr�fico ===> ocurre seguramente en las zonas monta�osas en la parte alta de la cuenca, por lo que los escurrimientos se regularizar�n notablemente durante su recorrido, y se tendr�n valores relativamente bajos del caudal en la descarga. El efecto de la forma de la precipitaci�n, se manifiesta principalmente en el tiempo de concentraci�n de los escurrimientos En forma de lluvia, con intensidad y duraci�n suficiente, el escurrimiento superficial se presentar� casi de inmediato Precipitaci�n en forma de nieve el escurrimiento es retardado, donde la respuesta de la cuenca, ser� m�s lenta debido al tiempo necesario para que se produzca el deshielo. Forma y tipo de la precipitaci�n La manera de como se origina la precipitaci�n, y la forma que adopta la misma, tiene gran influencia en la Escurrimiento - p�gina (139) distribuci�n de los escurrimientos en la cuenca. As� por ejemplo, si la precipitaci�n es de origen orogr�fico, seguramente ocurrir� en las zonas monta�osas en la parte alta de la cuenca, por lo que los escurrimientos se regularizar�n notablemente durante su recorrido, y se tendr�n valores relativamente bajos del caudal en la descarga. El efecto de la forma de la precipitaci�n, se manifiesta principalmente en el tiempo de concentraci�n de los escurrimientos. Si la precipitaci�n cae en forma de lluvia, con intensidad y duraci�n suficiente, el escurrimiento superficial se presentar� casi de inmediato, no ocurriendo lo mismo cuando la precipitaci�n es en forma de nieve, donde la respuesta de la cuenca, ser� m�s lenta debido al tiempo necesario para que se produzca el deshielo Forma y tipo de la precipitaci�n La manera de como se origina la precipitaci�n, y la forma que adopta la misma, tiene gran influencia en la Escurrimiento - p�gina (139) distribuci�n de los escurrimientos en la cuenca. As� por ejemplo, si la precipitaci�n es de origen orogr�fico, seguramente ocurrir� en las zonas monta�osas en la parte alta de la cuenca, por lo que los escurrimientos se regularizar�n notablemente durante su recorrido, y se tendr�n valores relativamente bajos del caudal en la descarga. El efecto de la forma de la precipitaci�n, se manifiesta principalmente en el tiempo de concentraci�n de los escurrimientos. Si la precipitaci�n cae en forma de lluvia, con intensidad y duraci�n suficiente, el escurrimiento superficial se presentar� casi de inmediato, no ocurriendo lo mismo cuando la precipitaci�n es en forma de nieve, donde la respuesta de la cuenca, ser� m�s lenta debido al tiempo necesario para que se produzca el deshielo

10. 4.2.1 Factores Meteorol�gicos Intensidad de precipitaci�n Intensidad de lluvia excede a la capacidad de infiltraci�n del suelo, se presenta el escurrimiento superficial, observ�ndose para incrementos posteriores en la intensidad de lluvia, aumento en el caudal transportado por el r�o. Existe un retardo debido a: tama�o de la cuenca almacenamiento en las depresiones efecto regulador de los cauces Intensidad de precipitaci�n Cuando la intensidad de lluvia excede a la capacidad de infiltraci�n del suelo, se presenta el escurrimiento superficial, observ�ndose para incrementos posteriores en la intensidad de lluvia, aumento en el caudal transportado por el r�o. Esta respuesta, sin embargo, no es inmediata, pues existe un retardo debido al tama�o de la cuenca, al almacenamiento en las depresiones y al efecto regulador de los cauces.Intensidad de precipitaci�n Cuando la intensidad de lluvia excede a la capacidad de infiltraci�n del suelo, se presenta el escurrimiento superficial, observ�ndose para incrementos posteriores en la intensidad de lluvia, aumento en el caudal transportado por el r�o. Esta respuesta, sin embargo, no es inmediata, pues existe un retardo debido al tama�o de la cuenca, al almacenamiento en las depresiones y al efecto regulador de los cauces.

11. 4.2.1 Factores Meteorol�gicos Duraci�n de la precipitaci�n La capacidad de infiltraci�n del suelo disminuye durante la precipitaci�n, por lo que puede darse el caso, que tormentas con intensidad de lluvia relativamente baja, produzcan un escurrimiento superficial considerable, si su duraci�n es extensa. En algunos casos, particularmente en las zonas bajas de la cuenca, para lluvias de mucha duraci�n el nivel fre�tico puede ascender hasta la superficie del suelo, llegando a nulificar la infiltraci�n, aumentado por lo tanto, la magnitud del escurrimiento. Los caudales de una cuenca, son m�ximos cuando el tiempo que tardan en concentrarse (tiempo de concentraci�n), es similar a la duraci�n de la tormenta que los origina. Duraci�n de la precipitaci�n La capacidad de infiltraci�n del suelo disminuye durante la precipitaci�n, por lo que puede darse el caso, que tormentas con intensidad de lluvia relativamente baja, produzcan un escurrimiento superficial considerable, si su duraci�n es extensa. En algunos casos, particularmente en las zonas bajas de la cuenca, para lluvias de mucha duraci�n el nivel fre�tico puede ascender hasta la superficie del suelo, llegando a nulificar la infiltraci�n, aumentado por lo tanto, la magnitud del escurrimiento. Se ha observado, que los caudales que se presentan en la descarga de una cuenca, son m�ximos cuando el tiempo que tardan en concentrarse (tiempo de concentraci�n), es similar a la duraci�n de la tormenta que los origina. Duraci�n de la precipitaci�n La capacidad de infiltraci�n del suelo disminuye durante la precipitaci�n, por lo que puede darse el caso, que tormentas con intensidad de lluvia relativamente baja, produzcan un escurrimiento superficial considerable, si su duraci�n es extensa. En algunos casos, particularmente en las zonas bajas de la cuenca, para lluvias de mucha duraci�n el nivel fre�tico puede ascender hasta la superficie del suelo, llegando a nulificar la infiltraci�n, aumentado por lo tanto, la magnitud del escurrimiento. Se ha observado, que los caudales que se presentan en la descarga de una cuenca, son m�ximos cuando el tiempo que tardan en concentrarse (tiempo de concentraci�n), es similar a la duraci�n de la tormenta que los origina.

12. 4.2.1 Factores Meteorol�gicos Distribuci�n de la lluvia en la cuenca La lluvia no se distribuye uniformemente en cuencas grandes, ni con la misma intensidad. Si la precipitaci�n se concentra en la parte baja de la cuenca produce caudales mayores, que los que se tendr�an si tuviera lugar en la parte alta donde el efecto regulador de los caudales, y el retardo en la concentraci�n, se manifiesta en una disminuci�n del caudal m�ximo de descarga. Distribuci�n de la lluvia en la cuenca Es muy dif�cil, sobre todo en cuencas de gran extensi�n, que la precipitaci�n se distribuya uniformemente, y con la misma intensidad en toda el �rea de la cuenca. El escurrimiento resultante de cualquier lluvia, depende de la distribuci�n en tiempo y espacio de �sta. Si la precipitaci�n se concentra en la parte baja de la cuenca, producir� caudales mayores, que los que se tendr�an si tuviera lugar en la parte alta, donde el efecto regulador de los caudales, y el retardo en la concentraci�n, se manifiesta en una disminuci�n del caudal m�ximo de descarga. Distribuci�n de la lluvia en la cuenca Es muy dif�cil, sobre todo en cuencas de gran extensi�n, que la precipitaci�n se distribuya uniformemente, y con la misma intensidad en toda el �rea de la cuenca. El escurrimiento resultante de cualquier lluvia, depende de la distribuci�n en tiempo y espacio de �sta. Si la precipitaci�n se concentra en la parte baja de la cuenca, producir� caudales mayores, que los que se tendr�an si tuviera lugar en la parte alta, donde el efecto regulador de los caudales, y el retardo en la concentraci�n, se manifiesta en una disminuci�n del caudal m�ximo de descarga.

13. 4.2.1 Factores Meteorol�gicos Direcci�n y velocidad de la tormenta 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 meteorol�gicas Condiciones meteorol�gicas generales que influyen, aunque de una manera indirecta en el escurrimiento superficial Temperatura velocidad del viento humedad relativa presi�n barom�trica, etc. Direcci�n y velocidad de la tormenta La direcci�n y velocidad con que se desplaza la tormenta, respecto a la direcci�n general del escurrimiento, en el sistema hidrogr�fico de la cuenca, tiene una influencia notable en el caudal m�ximo resultante y en la duraci�n 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 meteorol�gicas Aunque la lluvia es el factor m�s importante que afecta y determina la magnitud de un escurrimiento, no es el �nico que debe considerarse. Existen condiciones meteorol�gicas 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 presi�n barom�trica, etc. Direcci�n y velocidad de la tormenta La direcci�n y velocidad con que se desplaza la tormenta, respecto a la direcci�n general del escurrimiento, en el sistema hidrogr�fico de la cuenca, tiene una influencia notable en el caudal m�ximo resultante y en la duraci�n 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 meteorol�gicas Aunque la lluvia es el factor m�s importante que afecta y determina la magnitud de un escurrimiento, no es el �nico que debe considerarse. Existen condiciones meteorol�gicas 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 presi�n barom�trica, etc.

14. 4.2.2 Factores Fisiogr�ficos Superficie de la cuenca Relaci�n entre el tama�o del �rea y el caudal de descarga no es lineal. A igualdad de los dem�s factores cuencas mayores, se observa una disminuci�n relativa en el caudal m�ximo de descarga, debido a que son mayores, el efecto de almacenaje, la distancia recorrida por las aguas, y por lo tanto, el tiempo de regulaci�n en los cauces naturales. M�xima intensidad de lluvia, que puede ocurrir con cualquier frecuencia, decrece conforme aumenta la superficie que cubre la tormenta cuencas mayores, se tendr�n intensidades de precipitaci�n (referidas a la superficie de la cuenca), y caudales espec�ficos de descarga menores. Superficie de la cuenca Debido a que la cuenca, es la zona de captaci�n de las aguas pluviales que integran el escurrimiento de la corriente, su tama�o tiene una influencia, que se manifiesta Hidrolog�a - p�gina (142) de diversos modos en la magnitud de los caudales que se presentan. Se ha observado que la relaci�n entre el tama�o del �rea y el caudal de descarga no es lineal. A igualdad de los dem�s factores, para cuencas mayores, se observa una disminuci�n relativa en el caudal m�ximo de descarga, debido a que son mayores, el efecto de almacenaje, la distancia recorrida por las aguas, y por lo tanto, el tiempo de regulaci�n en los cauces naturales. Otro factor importante, que afecta la relaci�n entre el caudal y la superficie de la cuenca, es que la m�xima 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 tendr�n intensidades de precipitaci�n (referidas a la superficie de la cuenca), y caudales espec�ficos de descarga menores. Superficie de la cuenca Debido a que la cuenca, es la zona de captaci�n de las aguas pluviales que integran el escurrimiento de la corriente, su tama�o tiene una influencia, que se manifiesta Hidrolog�a - p�gina (142) de diversos modos en la magnitud de los caudales que se presentan. Se ha observado que la relaci�n entre el tama�o del �rea y el caudal de descarga no es lineal. A igualdad de los dem�s factores, para cuencas mayores, se observa una disminuci�n relativa en el caudal m�ximo de descarga, debido a que son mayores, el efecto de almacenaje, la distancia recorrida por las aguas, y por lo tanto, el tiempo de regulaci�n en los cauces naturales. Otro factor importante, que afecta la relaci�n entre el caudal y la superficie de la cuenca, es que la m�xima 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 tendr�n intensidades de precipitaci�n (referidas a la superficie de la cuenca), y caudales espec�ficos de descarga menores.

15. 4.2.2 Factores Fisiogr�ficos Forma de la cuenca Para cuencas muy anchas o con salidas hacia los lados, el factor de forma puede resultar mayor que la unidad. Los factores de forma inferiores a la unidad, corresponden a cuencas mas bien extensas, en el sentido de la corriente. El coeficiente de compacidad, es indicador de la regularidad geom�trica de la forma de la cuenca. 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 �ndices num�ricos, como es el caso del factor de forma y el coeficiente de compacidad. El factor de forma, expresa la relaci�n entre el ancho promedio y la longitud de la cuenca, medida esta �ltima desde el punto mas 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. Los factores de forma inferiores a la unidad, corresponden a cuencas mas bien extensas, en el sentido de la corriente. El coeficiente de compacidad, es indicador de la regularidad geom�trica de la forma de la cuenca. Es la relaci�n entre el per�metro de la cuenca, y la circunferencia de un c�rculo con igual superficie que el la de la cuenca. 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 �ndices num�ricos, como es el caso del factor de forma y el coeficiente de compacidad. El factor de forma, expresa la relaci�n entre el ancho promedio y la longitud de la cuenca, medida esta �ltima desde el punto mas 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. Los factores de forma inferiores a la unidad, corresponden a cuencas mas bien extensas, en el sentido de la corriente. El coeficiente de compacidad, es indicador de la regularidad geom�trica de la forma de la cuenca. Es la relaci�n entre el per�metro de la cuenca, y la circunferencia de un c�rculo con igual superficie que el la de la cuenca.

16. 4.2.2 Factores Fisiogr�ficos Elevaci�n de la cuenca y diferencia entre elevaciones extremas influye en las caracter�sticas meteorol�gicas, que determinan formas de la precipitaci�n Por lo general, existe una buena correlaci�n, entre la precipitaci�n y la elevaci�n de la cuenca, es decir, a mayor elevaci�n la precipitaci�n es tambi�n mayor. Elevaci�n de la cuenca La elevaci�n media de la cuenca, as� como la diferencia entre sus elevaciones extremas, influye en las caracter�sticas meteorol�gicas, que determinan principalmente las formas de la precipitaci�n, cuyo efecto en la distribuci�n se han mencionado anteriormente. Por lo general, existe una buena correlaci�n, entre la precipitaci�n y la elevaci�n de la cuenca, es decir, a mayor elevaci�n la precipitaci�n es tambi�n mayor. Elevaci�n de la cuenca La elevaci�n media de la cuenca, as� como la diferencia entre sus elevaciones extremas, influye en las caracter�sticas meteorol�gicas, que determinan principalmente las formas de la precipitaci�n, cuyo efecto en la distribuci�n se han mencionado anteriormente. Por lo general, existe una buena correlaci�n, entre la precipitaci�n y la elevaci�n de la cuenca, es decir, a mayor elevaci�n la precipitaci�n es tambi�n mayor.

17. 4.2.2 Factores Fisiogr�ficos Pendiente Uno de los factores que mayor influencia tiene en la duraci�n del escurrimiento, sobre el suelo y los cauces naturales, afectando de manera notable, la magnitud de las descargas Influye en: la infiltraci�n la humedad del suelo probable aparici�n de aguas subterr�neas al escurrimiento superficial Es dif�cil la estimaci�n cuantitativa, del efecto que tiene la pendiente sobre el escurrimiento Pendiente La pendiente media de la cuenca, es uno de los factores que mayor influencia tiene en la duraci�n del escurrimiento, sobre el suelo y los cauces naturales, afectando de manera notable, la magnitud de las descargas; influye as� mismo, en la infiltraci�n, la humedad del suelo y la probable aparici�n de aguas subterr�nea al Hidrolog�a - p�gina (144) escurrimiento superficial, aunque es dif�cil la estimaci�n cuantitativa, del efecto que tiene la pendiente sobre el escurrimiento para estos casos.Pendiente La pendiente media de la cuenca, es uno de los factores que mayor influencia tiene en la duraci�n del escurrimiento, sobre el suelo y los cauces naturales, afectando de manera notable, la magnitud de las descargas; influye as� mismo, en la infiltraci�n, la humedad del suelo y la probable aparici�n de aguas subterr�nea al Hidrolog�a - p�gina (144) escurrimiento superficial, aunque es dif�cil la estimaci�n cuantitativa, del efecto que tiene la pendiente sobre el escurrimiento para estos casos.

18. 4.2.2 Factores Fisiogr�ficos Tipo y uso del suelo Factores de suelo: El tama�o de los granos del suelo Ordenamiento y compactaci�n Contenido de materia org�nica El suelo se puede ver alterado por el uso Deforestaci�n Compactaci�n Erosi�n, etc Estado de humedad antecedente del suelo La cantidad de agua existente en las capas superiores del suelo, afecta el valor del coeficiente de infiltraci�n humedad del suelo es alta en el momento de ocurrir una tormenta, la cuenca generar� caudales mayores debido a la disminuci�n de la capacidad de infiltraci�n. Tipo y uso del suelo El tama�o de los granos del suelo, su ordenamiento y comparaci�n, su contenido de materia org�nica, etc, son factores �ntimamente ligados a la capacidad de infiltraci�n y de retenci�n de humedad, por lo que el tipo de suelo, predominante en la cuenca, as� como su uso, influye de manera notable en la magnitud y distribuci�n de los escurrimientos. Estado de humedad antecedente del suelo La cantidad de agua existente en las capas superiores del suelo, afecta el valor del coeficiente de infiltraci�n. Si la humedad del suelo, es alta en el momento de ocurrir una tormenta, la cuenca generar� caudales mayores debido a la disminuci�n de la capacidad de infiltraci�n.Tipo y uso del suelo El tama�o de los granos del suelo, su ordenamiento y comparaci�n, su contenido de materia org�nica, etc, son factores �ntimamente ligados a la capacidad de infiltraci�n y de retenci�n de humedad, por lo que el tipo de suelo, predominante en la cuenca, as� como su uso, influye de manera notable en la magnitud y distribuci�n de los escurrimientos. Estado de humedad antecedente del suelo La cantidad de agua existente en las capas superiores del suelo, afecta el valor del coeficiente de infiltraci�n. Si la humedad del suelo, es alta en el momento de ocurrir una tormenta, la cuenca generar� caudales mayores debido a la disminuci�n de la capacidad de infiltraci�n.

19. 4.2.2 Factores Fisiogr�ficos Otros factores La localizaci�n y orientaci�n de la cuenca La eficiencia de la red de drenaje natural La extensi�n de la red hidrogr�fica y otros de menor importancia. Otros factores Existen algunos factores de tipo fisiogr�fico, que influyen en las caracter�sticas del escurrimiento, como son por ejemplo, la localizaci�n y orientaci�n de la cuenca, la eficiencia de la red de drenaje natural, la extensi�n de la red hidrogr�fica y otros de menor importancia. Otros factores Existen algunos factores de tipo fisiogr�fico, que influyen en las caracter�sticas del escurrimiento, como son por ejemplo, la localizaci�n y orientaci�n de la cuenca, la eficiencia de la red de drenaje natural, la extensi�n de la red hidrogr�fica y otros de menor importancia.

20. 4.3 Medici�n del escurrimiento La hidrometr�a, es la rama de la hidrolog�a que estudia la medici�n del escurrimiento (aforar) M�todos directos: Usan aparatos o procedimientos para medir directamente el caudal M�todos indirectos o cont�nuos: Miden el nivel del agua en el cauce y a partir del nivel estiman el caudal M�todos de aforo Aforos con flotadores (D) Aforos volum�tricos (D) Aforos qu�micos (D) Aforos con vertederos (I) Aforos con corrent�metro o molinete (D) Aforos con medidas de la secci�n y la pendiente (D) Limn�grafos (I) La hidrometr�a, es la rama de la hidrolog�a que estudia la medici�n del escurrimiento. Para este mismo fin, es usual emplear otro t�rmino denominado aforo. Aforar una corriente, significa determinar a trav�s de mediciones, el caudal que pasa por una secci�n dada y en un momento dado. Existen diversos m�todos, para determinar el caudal de una corriente de agua, cada uno aplicable a diversas condiciones, seg�n el tama�o de la corriente o seg�n la precisi�n con que se requieran los valores obtenidos. Los m�todos m�s utilizados son: ?? Aforos con flotadores ?? Aforos volum�tricos ?? Aforos qu�micos ?? Aforos con vertederos ?? Aforos con corrent�metro o molinete ?? Aforos con medidas de la secci�n y la pendiente La hidrometr�a, es la rama de la hidrolog�a que estudia la medici�n del escurrimiento. Para este mismo fin, es usual emplear otro t�rmino denominado aforo. Aforar una corriente, significa determinar a trav�s de mediciones, el caudal que pasa por una secci�n dada y en un momento dado. Existen diversos m�todos, para determinar el caudal de una corriente de agua, cada uno aplicable a diversas condiciones, seg�n el tama�o de la corriente o seg�n la precisi�n con que se requieran los valores obtenidos. Los m�todos m�s utilizados son: ?? Aforos con flotadores ?? Aforos volum�tricos ?? Aforos qu�micos ?? Aforos con vertederos ?? Aforos con corrent�metro o molinete ?? Aforos con medidas de la secci�n y la pendiente

21. 4.3.1 Aforo con flotadores Escoger un lugar recto del cauce de una longitud L Medir la velocidad superficial (V) El procedimiento para medir la velocidad es como sigue: Medir la longitud (L) del tramo AB. Medir con un cron�metro el tiempo (T), que tarda en desplazarse el flotador (botella lastrada, madera, cuerpo flotante natural) en el tramo AB. Calcular la velocidad superficial Una forma sencilla de aproximar el valor del caudal de un cauce, es realizar el aforo con flotadores (figura 4.2). Por este m�todo, se mide la velocidad superficial (v) de la corriente y el �rea de la secci�n transversal (A), luego con estos valores aplicando la ecuaci�n de continuidad, se calcula el caudal con la formula: Q = v � A .... (4.1) Para realizar este aforo, se debe escoger en lo posible un tramo recto del cauce de longitud L. El procedimiento para medir la velocidad es como sigue: ?? Medir la longitud (L) del tramo AB. ?? Medir con un cron�metro el tiempo (T), que tarda en desplazarse el flotador (botella lastrada, madera, cuerpo flotante natural) en el tramo AB. ?? Calcular la velocidad superficial Una forma sencilla de aproximar el valor del caudal de un cauce, es realizar el aforo con flotadores (figura 4.2). Por este m�todo, se mide la velocidad superficial (v) de la corriente y el �rea de la secci�n transversal (A), luego con estos valores aplicando la ecuaci�n de continuidad, se calcula el caudal con la formula: Q = v � A .... (4.1) Para realizar este aforo, se debe escoger en lo posible un tramo recto del cauce de longitud L. El procedimiento para medir la velocidad es como sigue: ?? Medir la longitud (L) del tramo AB. ?? Medir con un cron�metro el tiempo (T), que tarda en desplazarse el flotador (botella lastrada, madera, cuerpo flotante natural) en el tramo AB. ?? Calcular la velocidad superficial

22. 4.3.1 Aforo con flotadores C�lculo del �rea promedio del tramo Para el c�lculo del �rea hacer lo siguiente: Calcular el �rea en la secci�n A ( AA ) Calcular el �rea en la secci�n B ( BB ) Calcular el �rea promedio

23. 4.3.1 Aforo con flotadores C�lculo del �rea en una secci�n Calcular el �rea para cada tramo, usando el m�todo del trapecio. Calcular el �rea total de una secci�n

24. 4.3.1 Aforo con flotadores C�lculo del �rea en una secci�n Para calcular el �rea en cualquiera de las secciones, hacer lo siguiente: Medir el espejo de agua (T). Dividir (T), en cinco o diez partes (midiendo cada 0.20, 0.30, 0.50, etc), y en cada extremo medir su profundidad.

25. 4.3.2 Aforo Volum�trico Calcular o medir el volumen del dep�sito o recipiente (V). Con un cron�metro, medir el tiempo (T), requerido para llenar el dep�sito. Calcular el caudal con la ecuaci�n: Repetir 3 veces la medici�n y hacer un promedio. Es el m�todo m�s exacto, pero se adapta a peque�as corrientes o para calibrar otros equipos (aforadores, vertederos, etc). Este m�todo consiste en hacer llegar la corriente (figura 4.3), a un dep�sito o recipiente de volumen (V) conocido, y medir el tiempo (T) que tarda en llenarse dicho dep�sito. Este m�todo consiste en hacer llegar la corriente (figura 4.3), a un dep�sito o recipiente de volumen (V) conocido, y medir el tiempo (T) que tarda en llenarse dicho dep�sito.

26. 4.3.3 Aforo Qu�mico En el curso de agua que tiene un contenido natural de sales (C0), inyectar un caudal constante q de una soluci�n concentrada (C1) de un producto qu�mico. El m�todo consiste en medir la concentraci�n aguas abajo (C2) y aplicar la f�rmula de conservaci�n de la materia, para calcular Q. Se usa bicromato de sodio como colorante. Un m�todo dif�cil de implementar por condiciones de lograr mezclas homog�neas.

27. 4.3.3 Aforo con Vertederos Los vertederos, son los dispositivos m�s utilizados para medir el caudal en canales abiertos, ya que ofrecen las siguientes ventajas: Se logra precisi�n en los aforos. La construcci�n de la estructura es sencilla. No son obstruidos por los materiales que flotan en el agua. La duraci�n del dispositivo es relativamente larga.

28. 4.3.3 Aforo con Vertederos Vertedero rectangular c/cont.

29. 4.3.3 Aforo con Vertederos Vertedero rectangular s/cont.

30. 4.3.3 Aforo con Vertederos Vertedero triangular

31. 4.3.3 Aforo con Vertederos Calibraci�n Consiste en hallar la ecuaci�n que relaciona la carga sobre el vertedero h, con el caudal Q. Para realizar la calibraci�n del vertedero, se puede utilizar el m�todo volum�trico, con el siguiente proceso: Suponer la ecuaci�n potencial: Medir para varios caudales Q, su respectiva carga h y tabularlos Establecer la correlaci�n potencial simple, de los datos h y Q registrados, y calcular los par�metros a y b. Conocidos a y b, la ecuaci�n, estar� definida para su utilizaci�n

32. 4.3. Aforo con molinete o corrent�metro Los corrent�metros son aparatos que miden la velocidad, en un punto dado del curso del agua. La velocidad es medida en los instrumentos, por medio de un �rgano m�vil (h�lice) La h�lice detecta la velocidad de la corriente y transmite una se�a cuando ha dado un cierto n�mero de vueltas sobre un contador o cont�metro (impulsiones de sonido, se�ales luminosas, digitales, etc)

33. 4.3. Aforo con molinete o corrent�metro La velocidad se mide indirectamente, ya que en la pr�ctica lo que se mide es el tiempo que emplea la h�lice, para dar un cierto n�mero de revoluciones, y mediante una f�rmula propia para cada h�lice se calcula la velocidad. Ejemplo: Corrent�metro OTT-Meter N� 7569, del Minae, Para n < 0.57 ? v = 0.2358 � n + 0.025 Para n = 0.57 ? v = 0.2585 � n + 0.012

34. 4.3. Aforo con molinete o corrent�metroCondiciones de la secci�n de aforo Ubicaci�n ideal Los filetes l�quidos son paralelos entre si. Las velocidades sean suficientes, para una buena utilizaci�n del corrent�metro. Las velocidades son constantes para una misma altura de la escala limnim�trica. Condiciones exigidas: Un recorrido rectil�neo entre dos riberas o m�rgenes francas. Un lecho estable. Un perfil transversal relativamente constante, seg�n el perfil en longitud

35. 4.3. Aforo con molinete o corrent�metroFormas de aforo A pie Curso de agua es peque�o Curso de agua poco profundo y fondo resistente Colocar una cinta graduada de un margen a otro, y se va midiendo la velocidad a diferentes profundidades, a puntos equidistantes de un extremo a otro de la secci�n. A cable La secci�n se materializa con un cable tendido de un extremo a otro, y el aforo se hace en bote o por un funicular. Sobre una pasarela Se coloca una pasarela entre los pilones de un puente, el aforador se coloca sobre la pasarela, y realiza la medici�n de las velocidades desde all�.

36. 4.3. Aforo con molinete o corrent�metroProceso para realizar el aforo Medir el ancho del r�o (longitud de la superficie libre de agua o espejo de agua T1) Dividir el espejo de agua T1, en un n�mero N de tramos (por lo menos N = 10), siendo el ancho de cada tramo:

37. 4.3. Aforo con molinete o corrent�metroProceso para realizar el aforo Seg�n, el Proyecto Hidrometeorol�gico Centroamericano, la distancia m�nima entre verticales, se muestra en la tabla siguiente:

38. 4.3. Aforo con molinete o corrent�metroProceso para realizar el aforo Medir en cada vertical, la profundidad h, puede suceder que en los m�rgenes la profundidad sea cero o diferente de cero. El �rea de cada tramo, se puede determinar como el �rea de un trapecio. Si la profundidad en algunos de los extremos es cero, se calcula como si fuera un tri�ngulo.

39. 4.3. Aforo con molinete o corrent�metroProceso para realizar el aforo Calcular la velocidad La velocidad en una secci�n de una corriente var�a tanto transversalmente como con la profundidad Las velocidades, se miden en distintos puntos en una vertical La cantidad de puntos, depende de las profundidades del cauce y del tama�o del corrent�metro.

40. 4.3. Aforo con molinete o corrent�metroProceso para realizar el aforo Calcular la velocidad en un punto Colocar el instrumento (corrent�metro o molinete) a esa profundidad. Medir el n�mero de revoluciones (NR) y el tiempo (T en segundos), para ese n�mero de revoluciones. Calcular el n�mero de revoluciones por segundo (n), con la ecuaci�n: Calcular la velocidad puntual en m/s, usando la ecuaci�n proporcionada por el fabricante del equipo, por ejemplo, el corrent�metro A-OTT 1-105723 del Senara, tiene las siguientes ecuaciones:

41. 4.3. Aforo con molinete o corrent�metroProceso para realizar el aforo Calcular la velocidad promedio en una vertical La distribuci�n de velocidades en una vertical, tiene la forma de una par�bola, como se muestra en la figura. En la figura se observa: vs = velocidad superficial vm�x = ubicada a 0.2 de la profundidad, medido con respecto a la superficie del agua vm = velocidad media en la vertical, la cual tiene varias formas de c�lculo La relaci�n entre la velocidad media y superficial es: vm = C � vs donde: C var�a de 0.8 a 0.95, generalmente se adopta igual a 0.85

42. 4.3. Aforo con molinete o corrent�metroProceso para realizar el aforo Medir la velocidad media en un punto Se emplea, cuando la profundidad del agua es peque�a, o hay mucha vegetaci�n a 0.8 de la profundidad.

43. 4.3. Aforo con molinete o corrent�metroProceso para realizar el aforo Medir la velocidad media en dos puntos

44. 4.3. Aforo con molinete o corrent�metroProceso para realizar el aforo Medir la velocidad media en tres puntos

45. 4.3. Aforo con molinete o corrent�metroProceso para realizar el aforo Calcular la velocidad promedio en un tramo

46. 4.3. Aforo con molinete o corrent�metroProceso para realizar el aforo Calculo del caudal M�todo del �rea y velocidad promedio Calcular para cada vertical la velocidad media, usando el m�todo de uno, dos o tres puntos. Determinar la velocidad promedio de cada tramo, como el promedio de dos velocidades medias, entre dos verticales consecutivas, es decir:

47. 4.3. Aforo con molinete o corrent�metroProceso para realizar el aforo Calculo del caudal M�todo del �rea y velocidad promedio Determinar el �rea que existe entre dos verticales consecutivas, utilizando la f�rmula del trapecio, es decir: Determinar el caudal que pasa por cada tramo utilizando la ecuaci�n de continuidad, multiplicando la velocidad promedio del tramo por el �rea del tramo, es decir: Calcular el caudal total que pasa por la secci�n, sumando los caudales de cada tramo, es decir:

48. 4.3. Aforo con molinete o corrent�metroProceso para realizar el aforo Calculo del caudal M�todo de las par�bolas Trazar para cada vertical, la curva profundidadvelocidad pv (par�bolas de velocidad). Calcular las �reas de las par�bolas (usar el plan�metro o el m�todo de la balanza). Cada �rea calculada representa un caudal por unidad de ancho (m2/s). Trazar la curva pv vs ancho. Calcular con un plan�metro o balanza anal�tica el �rea de la curva anterior, la cual representa el caudal.

49. 4.3. Aforo con molinete o corrent�metroProceso para realizar el aforo Calculo del caudal M�todo de Isotaquias Ubicar en cada vertical las velocidades calculadas. Trazar las isotaquias interpolando las velocidades (las isotaquias son l�neas que unen puntos de igual velocidad), en forma similar, que la interpolaci�n de puntos para obtener las curvas de nivel. Calcular con el plan�metro, o con la balanza anal�tica, las �reas que quedan por encima de cada velocidad. Trazar la curva v vs �rea acumulada por encima de cada velocidad. Calcular con el plan�metro, o con la balanza anal�tica, el �rea de la curva anterior, la cual representa el caudal.