Mapa Mental de estrategias de articulación de las areas curriculares.pdf
El proceso del escurrimiento. Por Mario García Petillo. Facualad de la República.Uruguay
1. El proceso del escurrimiento
Mario García Petillo
Unidad de Hidrología, GD Ingeniería Agrícola,
Departamento de Suelos y Aguas
mgarciap@fagro.edu.uy
FACULTAD DE
AGRONOMIA
UNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA
2. 1. Introducción
2. El proceso del escurrimiento
3. Factores que lo afectan
4. Predicción del escurrimiento
• Caudal pico
• Rendimiento de agua
Esquema de la charla
4. Definición
El escurrimiento es la parte de la
precipitación que fluye sobre el terreno, o
que va a partes subterráneas, y
eventualmente, hacia mares u océanos.
5. Importancia de su conocimiento y manejo
• Erosión
• Aprovechamiento por los cultivos
• Tajamares
• Desagües
10. Factores que afectan el escurrimiento
• Climáticos
o Lluvia
• Intensidad
• Duración
• Distribución
• Frecuencia
• Precipitación antecedente
• Agua en el suelo
11. Factores que afectan el escurrimiento
• Climáticos
o Intercepción
• Especie
• Composición
• Densidad
• Estado de crecimiento
12. Factores que afectan el escurrimiento
• Climáticos
o Evapotranspiración
• Radiación
• Temperatura
• Velocidad del viento
• Humedad relativa
13. Factores que afectan el escurrimiento
• Fisiográficos
o De la cuenca en sí
• Geométricos
o Tamaño
o Pendiente
o Forma
o Longitud de la pendiente
14. Factores que afectan el escurrimiento
• Fisiográficos
o De la cuenca en sí
• Físicos
o Condiciones de la superficie del suelo
o Uso del suelo
o Drenaje interno
o Permeabilidad
15. Factores que afectan el escurrimiento
• Fisiográficos
o De la red de drenaje
• Capacidad de carga
o Sección
o Pendiente
o Rugosidad
25. Intercepción
Intercepción de la lluvia por un monte de Eucaliptus
L. Martínez y P. Durán (2002)
Medidas promedio de 9 meses
Árboles de 7 años de edad
• Precipitación total 176 mm/mes
• Precipitación directa 156 mm/mes
• Precipitación fustal 13 mm/mes
• Intercepción 7 mm/mes (4%)
26. Efecto de la pendiente
V f(h0.5
) > pendiente, > V, < tiempo para infiltrar, > escurrimiento
EC f(V2
) V*2 EC*4
Cant f(V5
) V*2 Cant*32
Tam f(V6
) V*2 Tam*64
27. Efecto del tipo de suelo
Planosol – Horizonte A Fr.Ar., profundidad 50 cm, AD 62 mm
Brunosol – Horizonte A Fr.Arc., profundidad 20 cm, AD 40 mm
Lluvias - Verano 69/70 162 mm (p<1%)
- Verano 70/71 688 mm (p<7%)
40. Cuenca chica
• Menos de 1000 km2
(100.000 has)
• La mayoría del esc sobre el terreno
• No hay efecto de retardo
• Picos de esc muy cerca de picos de pp
• Sensible a cambios de uso del suelo
• Sensible a lluvias intensas y cortas
41. Cuenca grande
• Mayor de 1000 km2
• Importante efecto de los cursos de agua
• Retardo del escurrimiento
• Importante papel de almacenamiento de
aguas de drenaje
45. Selección del método de cálculo
• Si TdeC < 20’ Método Racional
• Si TdeC > 20’ y Ac > 400 há Método S.C.S.
• Si TdeC > 20’ y Ac < 400 há Ambos métodos
48. CuencaArea
IVxNCL
Pendiente
∑
=
..
L.C.N. = Longitud de las curvas de nivel (m)
I.V. = intervalo vertical (m) entre las curvas de nivel
Area de la cuenca (m2)
Período de Retorno (T)
(1/vu)
r)(11
1
T
−−
=
T = Período de retorno
r = Riesgo asumido
vu = Vida útil de la obra
Coeficiente C: Para obtener el coeficiente de escorrentía “C” de tabla, es
necesario estimar la pendiente de la cuenca y fijar el período de retorno a
utilizar
49. Criterios de diseño generalizado para estructuras de control de agua
(Período de Retorno)
1. Presas con poca probabilidad de pérdida de vidas
Volumen (m3
* 10) Altura (m) P.R. (años)
1.1. Presa pequeña 60 - 1.250 7.60 – 12.20 50 – 100
1.2. Presa mediana 1.250 - 61. 650 12.20 - 30.50 100 - +
1.3. Presa grande 61.650 - + 30.50 - + E.L.V.
2. Alcantarillas 5 – 10
3. Drenaje agrícola 5 – 50
Fuente: adaptados de Chow, V.T., Hidrología Aplicada
50. RELACIONES LLUVIA/ESCURRIMIENTO
Coeficientes de escorrentía “C” para ser usados en el Método Racional.
Fuente: Chow, V.T., 1994. Hidrología aplicada. Los valores son los utilizados en Austin, Texas.
51. Tormenta de diseño Es la máxima intensidad de lluvia (I)
para una duración igual al tiempo de concentración (Tc) de la
cuenca, para un determinado período de retorno (T).
52. TIEMPO DE CONCENTRACIÓN
1. Método de V. T. Chow
Velocidad del agua en función de la cobertura y la pendiente
Condiciones de la superficie Pendiente (%)
0 - 3 4 - 7 8 –11 12 - +
Flujo no concentrado
Bosques 0 - 0.46 0.46 - 0.76 0.76 - 0.99 0.99 - +
Pasturas 0 - 0.76 0.76 - 1.07 1.07 - 1.30 1.30 - +
Cultivos 0 - 0.91 0.91 - 1.37 1.37 - 1.67 1.67 - +
Pavimentos 0 - 2.59 2.59 - 4.11 4.11 - 5.18 5.18 - +
Flujo concentrado
Canales naturales mal definidos 0 - 0.61 0.61 - 1.22 1.22 - 2.13 2.13 - +
Canales naturales bien definidos Calcular por fórmulas
Tc = D / V
53. 2.1 Método de Ramser y Kirpich (para flujo concentrado)
Tc = 0.0195 L 0.77
S -0.385
Donde:
Tc - tiempo de concentración (minutos)
L - longitud hidráulica de la cuenca en (m) (mayor trayectoria de flujo)
S - pendiente (m/m)
2.2 Método del S.C.S. (para flujo no concentrado)
Tc = 0.91134 * ∑ (L k (S-0.5
))
Donde.
Tc - tiempo de concentración (horas)
L - longitud hidráulica de la cuenca en (Km) (mayor trayectoria de flujo)
S - pendiente (%)
K - coeficiente de cobertura del suelo
54. Cobertura del suelo K
Bosques con espeso mantillo sobre el suelo 3.953
Barbecho de hojarasca o cultivos de mínimo laboreo 2.020
Pasturas 1.414
Cultivos en línea recta 1.111
Suelo prácticamente desnudo y sin arar 1.000
Vías de agua empastadas 0.666
Área impermeable 0.500
Coeficiente K del método del SCS
56. Ejemplo
• Área de la cuenca: 50 has
• Pendiente promedio: 5%
• Cobertura del suelo: pasturas naturales
• Máximo recorrido del flujo: 900 m
• Ubicación: Young
57. Coeficiente C de escurrimiento
Características de la superficie Período de retorno (años)
2 5 10 25 50 100 500
Area de cultivos
Plano, 0-2% 0.31 0.34 0.36 0.40 0.43 0.47 0.57
Promedio, 2-7% 0.35 0.38 0.41 0.44 0.48 0.51 0.60
Pendiente, superior a 7% 0.39 0.42 0.44 0.48 0.51 0.54 0.61
Pastizales
Plano, 0-2% 0.25 0.28 0.30 0.34 0.37 0.41 0.53
Promedio, 2-7% 0.33 0.36 0.38 0.42 0.45 0.49 0.58
Pendiente, superior a 7% 0.37 0.40 0.40 0.46 0.49 0.53 0.60
Bosques
Plano, 0-2% 0.22 0.25 0.28 0.31 0.35 0.39 0.48
Promedio, 2-7% 0.31 0.34 0.36 0.40 0.43 0.47 0.56
Pendiente, superior a 7% 0.35 0.39 0.41 0.45 0.48 0.52 0.58
58. Tiempo de concentración
Velocidad del agua en función de la cobertura y la pendiente
Condiciones de la superficie Pendiente (%)
0 - 3 4 - 7 8 –11 12 - +
Flujo no concentrado
Bosques 0 - 0.46 0.46 - 0.76 0.76 - 0.99 0.99 - +
Pasturas 0 - 0.76 0.76 - 1.07 1.07 - 1.30 1.30 - +
Cultivos 0 - 0.91 0.91 - 1.37 1.37 - 1.67 1.67 - +
Pavimentos 0 - 2.59 2.59 - 4.11 4.11 - 5.18 5.18 - +
Flujo concentrado
Canales naturales mal definidos 0 - 0.61 0.61 - 1.22 1.22 - 2.13 2.13 - +
Canales naturales bien definidos Calcular por fórmulas
900 m / 0.86 ms-1
= 1046 s = 17 min 44 s = 0.29 h
71. Precipitación (P)
Excedente (T)
P - T
Suelo
(H(Hmax))
Evapotranspiración (ETR)
Infiltración
(I (Imax))
Almacenamiento
Subterráneo
(V)
Aporte Superficial
(Asup)
Aporte Subterráneo
(Asub)
Escorrentia
Total (AT)
Balance Hídrico – Modelo Precipitación –
Escurrimiento de paso Mensual
72. oii
ii
oii
i PsiP
PoiP
PP
T 〉
−+
−
=
2
)( 2
δ
max
max
IT
T
II
i
i
i
+
=
Ti
= 0 si Pi
≤ Poi
δi
= HMax
– Hi-1 +
ETP HMax =
CAD * AD
Poi
= CPo (HMax
– Hi-1
)
Hi
= MAX ( 0; Hi-1
+ Pi
– Ti
– ETPi
)
ETRi
= min(ETPi
; Hi-1
+Pi
– Ti,
)
A sup i
= Ti
– Ii
escurrimiento superficial
A subi
= V i-1
- Vi
+ Ii
aporte subterráneo
A Ti
= A sup i
+ A sub i
escorrentia Total
Balance Hídrico – Modelo Precipitación –
Escurrimiento de paso Mensual
infiltración al almacenamiento subterráneo
73. 2
1 **
t
i
t
ii eIeVV
α
α
−
−
− +=
t
i
t
ii etIeQQ αα
α
−
+= −
− ****1
Calibración del modelo en Uruguay(12 cuencas):
CAD: 0.916
CP0
= 0.30
∝ = 2.325
IMAX
= 386
ETP Penman = 1.38* ETP Thornthwaite
74. Isolíneas de evapotranspiración media anual (ETPm
, mm/mes)
y ciclo anual medio de evapotranspiración (ETPi
/ETPm
).
Coeficiente de distribución del ciclo anual
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
1.88 1.56 1.37 0.88 0.58 0.36 0.37 0.47 0.61 0.94 1.25 1.72