MATERIA HIDROLOGIA SUPERFICIAL CATE DRATICO: ING. EFRAIN GARCIA GARCIA UNIDAD III ESCURRIMIENTO E INFILTRACION PRESENTA.

CRUZ RIVERA ZAIRA FRANCISCA DOMINGUEZ PIA NOHEMI CASTRO PULIDO ELDA VICTORIA PROSPERO GARCIA OLGA LIDIA CRUZ SANCHEZ SHACK NIK TE HERNANDEZ HERNANDEZ ERICK HERNANDEZ GARCIA ANDREZ ALDHAIR LUIS ALBERTO RAMIREZ SANTOS

El escurrimiento es la parte de la precipitacin que aparece en las corrientes fluviales superficiales, perennes, intermitentes o efmeras, y que regresa al mar o a los cuerpos de agua interiores. Dicho de otra manera, es el deslizamiento virgen del agua, que no ha sido afectado por obras artificiales hechas por el hombre.

 Es

medir un caudal. En hidrologa superficial puede ser necesario medir desde pequeos caudales (unos pocos litros/seg.)hasta grandes ros con caudales de centenares o miles de m3/seg. DISTINGUIMOS DOS TIPOS DE AFORO: Aforos directos: con un aparato o procedimiento medimos el caudal. Aforos indirectos o continuos: medimos el nivel del agua en el cauce y, a partir del nivel estimamos el caudal.

 Para

medir el caudal directamente o de modo continuo en diversos puntos de una cuenca se utilizan los aforos indirectos, por eso tambin se les denomina continuos. Aforo determina el gasto que pasa por una corriente, en la unidad de tiempo.

El

corriente se define como aqulla en la que existe una relacin entre el tirante y el gasto. Consiste de una obra hidrulica o vertedor construido especialmente para aforar una corriente. En el caso de estrechamientos en el cauce, deber restringirse el transporte de objetos arrastrados por la corriente ya que la seccin puede obstruirse. Un inconveniente de los vertedores es que generan un remanso aguas arriba de la seccin.

Secciones de control. Una seccin de control de una

Relacin seccin-pendiente. Este mtodo se utiliza para estimar el gasto mximo que se presenta durante una avenida reciente en un ro donde no se cuenta con ningn otro tipo de aforo.

ms usado en Mxico para aforar corrientes. Consiste bsicamente en medir la velocidad en varios puntos de la seccin transversal y despus calcular el gasto por medio de la ecuacin de continuidad Q = v A (A = rea hidrulica). Dentro de este mtodo, existen varias maneras para obtener la velocidad del agua:

Relacin seccin-velocidad. Este es el mtodo

 a)

Flotador. Se escoge un tramo recto del ro,

libre de vegetacin o cualquier otro obstculo que pueda interrumpir el flujo. Se coloca un objeto que flote sobre el agua, a la mitad del tramo. Se mide el tiempo (s) que tarda en recorrer una distancia determinada (m). La velocidad (m/s) estar dada por el cociente entre distancia y tiempo.

b) Molinete. Este mtodo es ms exacto para medir la velocidad media de un ro. Consiste en introducir un aparato especialmente diseado, que se llama molinete), el cual tiene una hlice o rueda de aspas o copas que gira impulsada por la corriente y mediante un mecanismo elctrico, transmite por un cable el nmero de revoluciones por minuto o por segundo con que gira la hlice. Esta velocidad angular se traduce despus a velocidad del agua usando una frmula de calibracin que previamente se determina para cada aparato en particular. Finalmente, se obtiene el producto de la velocidad (m/s) por el rea (m2) dando el gasto (m3/s) de cada seccin. La velocidad media se obtiene del cociente entre la sumatoria de todos los gastos y las reas unitarias de cada seccin.

c) Trazador qumico o radioactivo. Este es un mtodo indirecto para obtener la velocidad de una corriente y utiliza trazadores radioactivos (fluoricerinas) o qumicos (sales de sodio, cromo o potasio). El procedimiento consiste en soltar una cantidad conocida de partculas fluorescentes, radiactivas, etc, al inicio de una seccin recta del ro previamente seleccionada, para medir el tiempo que tarda en llegar al final de dicha seccin. Esto se puede hacer visualmente, con contadores de radioactividad, salinidad o cualquier otro aparato, dependiendo del tipo de partculas usadas. Este y otros mtodos an se encuentran en la etapa de experimentacin y su uso todava est limitado en la prctica.

La frmula usada en el tramo de un ro es: Q = [ ( K - K' ) / K' ] q Donde: Q = gasto del ro (m3/s) q = gasto de la solucin que se inyecta (m3/s) K = concentracin de la solucin inyectada K' = concentracin de la solucin observada al final del tramo del ro

Escurrimiento superficial o escorrenta. Es la parte del agua que escurre sobre el suelo y despus por los cauces de los ros.
Escurrimiento subsuperficial. Es la parte del agua que se desliza a travs de los horizontes superiores del suelo hacia las corrientes. Una parte de este tipo de escurrimiento entra rpidamente a formar parte de las corrientes superficiales y a la otra le toma bastante tiempo el unirse a ellas.

Escurrimiento subterrneo. Es aqul que, debido a una profunda percolacin del agua infiltrada en el suelo, se lleva a cabo en los mantos subterrneos y que, posteriormente, por lo general, descarga a las corrientes fluviales. A la parte de la precipitacin que contribuye directamente al escurrimiento superficial se le llama precipitacin en exceso. El escurrimiento subterrneo y la parte retardada del escurrimiento subsuperficial constituyen el escurrimiento base de los ros. La parte de agua de escurrimiento que entra rpidamente en el cauce de las corrientes es a lo que se llama escurrimiento directo y es igual a la suma del escurrimiento subsuperficial ms la precipitacin que cae directamente en los cauces.

Es la curva que resulta de graficar los caudales en el tiempo en que se presentan. Sirve para estudiar la variacin del caudal en las corrientes. Se considera al hidrograma como una expresin integral de las caractersticas fisiogrficas y climatolgicas de la cuenca. Un hidrograma tpico adquiere una forma acampanada en el que la punta, o sea el caudal mximo, corresponde a la mxima intensidad de la lluvia y estos dos fenmenos no necesariamente ocurren al mismo tiempo. Este tiempo depende de la distribucin de la lluvia en la superficie de la cuenca. Por lo general el anlisis de los hidrogramas se hace cuando stos resultan de precipitaciones muy intensas, que son las que alteran el flujo de las corrientes de agua.

UN HIDROGRAMA SIMPLE CONSTA DE LAS SIGUIENTES PARTES (FIGURA V.16): Curva de afluencia o de concentracin. Es el tramo ascendente.

Curva de fluencia. Es el tramo que va desde la punta del hidrograma al comienzo de la curva de agotamiento. Curva de agotamiento. Es el tramo asinttico hacia el caudal permanente. Tiempo base. Es el tiempo que abarca desde el momento en que los caudales empiezan a subir hasta donde comienza la curva de agotamiento.

Tiempo de reaccin. Es el tiempo que transcurre entre el instante que corresponde al centro del histograma y el perteneciente a la punta del hidrograma.

El anlisis de hidrgramas implica separar el caudal directo y el caudal base para ello existen distintas metodologas basadas en la rapidez o lentitud en que se manifiesta el escurrimiento subterrneo al aparecer el escurrimiento directo producto de una precipitacin.
Para comprender la forma de un hidrgrama y como esta forma el reflejo de las precipitaciones que han generado esa escorrenta directa supongamos que arrojamos unas precipitaciones constantes sobre un canal rectangular y aforamos el caudal de salida del canal.

La importancia de la determinacin de los caudales se establece en:

1. Determinar volmenes disponibles para almacenamiento disponibles para riego, agua potable, agua industrial, turismo, actividades recreativas, etc. 2. Cuantificar los caudales mnimos, en poca de estiaje, necesarios para abastecimientos de agua potable o la navegacin. 3. Calcular las crecidas de un ro, las alturas mximas a las que puede llegar y definir la radicacin de poblaciones urbanas, construir defensas, zonificar reas de riesgo hdrico con distintos usos del suelo asociados a esos riesgos, etc.

Son los datos que arrojan en los aparatos utilizados para la precipitacin en exceso de infiltracin de el hidrograma que nos da los componentes del escurrimiento como son superficial, sub-superficial y subterrneo, o escurrimientos directos y de base.

El hidrograma comenzara a subir desde el instante t0 en que comienza la precipitacin y el caudal ira aumentando hasta t1, momento en que llega al punto de salida la primera gota que cayo en el punto mas alejado del canal. A partir de ese momento, el caudal se mantendr constante (e igual a la intensidad de precipitacin que esta cayendo sobre el canal), y as seguir mientras durara la precipitacin constante. Si en el instante t2 la precipitacin cera bruscamente, el caudal ira disminuyendo mientras la lamina de agua que ocupaba el canal va llegando a la salida. En el instante en que la ultima gota que cayo en el punto mas alejado llaga a la salida (t3) el caudal se anula.

En una cuenca real, cuando se producen precipitaciones, si se trata de una gran cuenca, es normal que es caudal previo a las precipitaciones no se nulo, aunque va agotndose lentamente.

Un hidrograma de crecida tendra esquemticamente la forma que se presenta en la siguiente figura. En el histograma distinguimos las precipitaciones que se infiltran de las que no producen escorrenta directa, que denominamos precipitaciones neta o efectiva la separacin entre ambas varia con el tiempo.
El punto marcado en la figura como es el momento en que toda la escorrenta directa provocada por esas precipitaciones ya ha pasado. El agua aforada desde ese momento es escorrenta bsica que si se trata de una cuenca sin almacenamiento superficial. Corresponde a escorrenta subterrnea. Es importante notar que la cuenca de agotamiento comienza mas alto Z, en que se encontraba el agotamiento antes de crecida eso es debido a que parte de la precipitacin que se infiltro esta ahora alimentada al cauce.

Es la cantidad promedio de agua que escurre del rasgo hidrolgico durante un ao medida en millones de metros cbicos.

Para estimar el volumen de agua producido en una cuenca, es necesario el anlisis de los factores que intervienen en la produccin del lquido. Ya que estos factores se distribuyen espacialmente se deposita su evaluacin a travs de un Sistema de Informacin Geogrfica (SIG). Los SIG proveen diversas funciones de anlisis que permiten manipular las diferentes variables utilizadas en los procesos de estimacin de parmetros hidrolgicos, bsicamente, el empleo adecuado de dichas funcionalidades hace posible la implementacin de mecanismos efectivos para la estimacin de aquellos parmetros de uso frecuente en la clasificacin de cuencas hidrogrficas .

Los principales factores que determinan el volumen de agua captado por una cuenca son en su mayora de carcter agroclimtico e involucran: la cantidad. Intensidad y duracin de la lluvia. la distribucin de la precipitacin respecto al rea de la cuenca. las condiciones de humedad del suelo. la intercepcin causada por la cubierta vegetal. as como el valor de la evapotranspiracin y la humedad atmosfrica.

De la misma manera existen otros factores de carcter fisiogrfico, como son: la extensin. la forma. la pendiente media de la cuenca de recepcin, as como la densidad de la red hidrogrfica. la capacidad de evacuacin de la misma.

A partir del conocimiento de las variables anteriores, se deriva un coeficiente de escurrimiento para la cuenca, obtenido ste a partir de coeficientes de escorrenta generados para cada condicin de vegetacin, suelo, pendiente y superficie por tipo de condicin.

Una vez obtenido dicho coeficiente, se relaciona con la superficie de la cuenca y la precipitacin, para de esta forma estimar el volumen medio escurrido.

La cubierta del suelo por la vegetacin de las cuencas incide en el agua escurrida, la variacin entre los niveles de produccin puede ser un indicador de la condicin de la cuenca.

En la reclasificacin de la vegetacin se considero la densidad de cada tipo de vegetacin, dejando tres clases:
bosque (en el que se Incluyen de la misma manera matorrales densos). pastizal (en donde se incluyen tipos de matorral abiertos) reas agrcolas.

 La

infiltracin es el proceso por el cual el agua en la superficie de la tierra entra en el suelo.

 La

infiltracin es el proceso donde el agua precipitada sobre la superficie de la Tierra, queda detenida, escurre por ella, o bien penetra hacia el interior. De esta ltima fraccin se dice que se ha filtrado. Infiltracin depende de muchos factores; un suelo desagregado y permeable tendr una capacidad de infiltracin MAYOR que un suelo arcilloso y compacto.

 El

suelo es capaz de absorber la precipitacin o la irrigacin. Se mide en pulgadas por hora o milmetros por hora. Si la tasa de precipitacin excede la tasa de infiltracin, se producir escorrenta a menos que haya alguna barrera fsica.

3.2.1 DESCRIPCION INFILTRACION

El agua entra en el suelo por las grietas y poros de mayor tamao, por gravedad.
De los poros de mayor tamao pasa a los de menor tamao, por capilaridad. La infiltracin es un proceso que implica entrada y movimiento del agua en el suelo, y se expresa en unidades de velocidad de paso: mm/h, cm/h En dicho proceso interviene tres subprocesos: Entrada de agua al suelo Retencin de agua en el suelo

Movimiento del agua a travs del suelo

IMPORTANCIA DE LA INFILTRACION
Se estudia la capacidad de las Redes Neurales Artificiales para modernizar procesos de infiltracin de agua en suelos. Se examina, en primer lugar, su utilidad para representar la difusividad hidrulica del suelo en funcin del contenido de humedad. Determina la cantidad de agua que entra en el suelo por las precipitaciones, y con ello su humedad a lo largo del ao.

El agua no infiltrada escurre superficialmente, y puede llegar a incorporarse a los cauces muy rpidamente, contribuyendo a la formacin de avenidas.

Para medir la infiltracin de un suelo se usan los infiltr metros, que sirven para determinar la capacidad de infiltracin en pequeas reas cerradas, aplicando artificialmente agua al suelo

!SE USAN EN!

 Los

infiltr metros se usan con frecuencia en pequeas cuencas o en reas pequeas o experimentales dentro de cuencas grandes. Cuando en el rea se presenta gran variacin en el suelo y vegetacin, sta se subdivide en subreas relativamente uniformes, de las cuales haciendo una serie de pruebas se puede obtener informacin aceptable.

 Infiltrmetros

de carga constante: Permiten conocer la cantidad de agua que penetra en el suelo en un rea cerrada a partir del agua que debe agregarse a dicha rea para mantener un tirante constante, que generalmente es de medio centmetro.

Infiltrmetro de carga constante Los infiltr metros de carga constante ms comunes consisten en dos aros concntricos, o bien en un solo tubo; en el primer tipo, se usan dos aros concntricos de 23 y 92 cm de dimetro respectivamente, los cuales se hincan en el suelo varios centmetros.

SIMULADOR DE LLUVIAS Equipo diseado para medir Tasa de Infiltracin y prdidas de suelo a campo con lluvias de diferentes intensidades y energa. Fcil operacin. Simula lluvias desde 5 mm/hr hasta 200 mm/hr. La Erosin Hdrica es calculada mediante la cuantificacin de las partculas de suelo desprendidas y colectadas durante el proceso de simulacin. El simulador esta construido enteramente en acero inoxidable, y acrlico hacindolo resistente, de fcil transporte, liviano y de larga vida til. El Simulador tiene 200 cm. de altura y un peso total de 8 kilogramos. En la parte superior posee una barra regadora con tres diferentes picos.

Este equipo es capaz de simular lluvias en parcelas de 2 x 2 mts.

La capacidad de infiltracin media en la cuenca , se puede obtener con las mediciones de infiltrmetros en puntos representativos de las diferentes caractersticas del suelo de la cuenca. = (1 / Ac) Vi Ai Donde: = capacidad de infiltracin media de la cuenca (m/s) Ac = rea total de la cuenca (m2) Vi = velocidad de infiltracin obtenida con el infiltrmetro (m/s) Ai = rea con caractersticas similares a las del punto donde se midi Vi (m2)

Durante una lluvia, sobre la tasa de infiltracin se pueden producir dos tipos de control: a) cuando la intensidad de la lluvia es menor que la capacidad de infiltracin, lo que supone que en la superficie se observa el terreno sin inundacin o en una condicin de pre-inundacin control de flujo y b) cuando el control lo ejercer el perfil del suelo, generndose en la superficie una con ci6n de inundacin. Adems se aprecia como en un suelo inundado, debido al avance del frente de humedad hacia el interior del terreno, existe una progresiva disminuci6n de la capacidad de infiltracin, lo que caracteriza la relacin infiltracin vs tiempo, llamada comnmente curva de infiltracin.

 Estas

curvas en la naturaleza muestran un rango de variacin extraordinariamente elevado, siendo los principales factores que influyen en sus caractersticas: el tipo de suelo granulometra, estratigrafa, uso, etc., el contenido inicial de humedad y la cobertura vegetal. La Fig. 3, muestra el significativo desplazamiento de la curva de infiltracin de un suelo con el cambio de su contenido de humedad.

La turbidez del agua afecta la intensidad de la infiltracin, especialmente por los materiales finos en suspensin que contiene, que penetran en el suelo y reducen por colmatacin la permeabilidad. El contenido en sales, a veces, favorece la formacin de flculos con los coloides del suelo y reduce por el mismo motivo, la intensidad de infiltracin. En otras ocasiones, puede ocurrir lo contrario, al producirse defloculacin. La temperatura del agua afecta a su viscosidad y en consecuencia, a la facilidad con que discurrir por el suelo. Debido a ello se han obtenido para el mismo terreno, intensidades de infiltracin menor en invierno que en verano

CRITERIO DE HORTON Este criterio supone la disponibilidad de registros de lluvia suficientes para representar su distribucin satisfactoriamente, y que al menos uno de los registros se obtuvo a partir de un fluvigrafo. Esto implica estimar que la distribucin de lluvia registrada en el fluvigrafo sea representativa de la distribucin en toda la cuenca. Por otra parte, considera que el escurrimiento superficial es igual a la diferencia entre la precipitacin y la infiltracin que ocurre durante el periodo de la lluvia en exceso; o sea que se desprecia la infiltracin antes y despus de la lluvia en exceso. Entonces, el valor de fa que se encuentra es tal que multiplicado por la duracin de la lluvia en exceso y restado de la lluvia total para el mismo periodo, proporciona el escurrimiento superficial total.

La estacin pluviogrfica recibe el nombre de estacin base y las pluviomtricas se llaman subestaciones. Con el fin de tener un criterio de clculo general para la cuenca en estudio, conviene transformar a porcentajes la curva masa de la estacin base. Una vez hecho estos clculos, se suponen alturas de lluvia y a partir de la curva masa en porcentaje, se obtiene la variacin respecto al tiempo. A continuacin se proponen capacidades de infiltracin media y se deduce cada altura de lluvia correspondiente a su lluvia en exceso.
Este criterio es similar al del ndice de infiltracin media, slo que ahora los tanteos se llevan a grficas que en el caso de tener una tormenta con una duracin grande es muy conveniente, ya que disminuye el tiempo de clculo. Por otra parte, permite disponer de una grfica que relaciona para cualquier tormenta su lluvia en exceso, su lluvia total y su correspondiente capacidad de infiltracin media