427461907-Transformacion-de-Lluvia-en-Escurrimiento-2018.pptx

HIDROLOGIA DE TRANSFORMACION DE PRECIPITA A CUDALES

1. HIDROLOGIA CIV - 261 VII. TRANSFORMACION DE LLUVIA EN ESCURRIMIENTO (I)

2. VII.- TRANSFORMACION DE LLUVIA EN ESCURRIMIENTO 1. INTRODUCCIÓN : Estudiado el régimen de precipitaciones de una cuenca y estimado las perdidas (infiltración + evapotranspiración) se encuentra la Lluvia Neta o Efectiva . El paso siguiente es transformar esa lluvia efectiva en escorrentía o caudal . Esta transformación puede llevarse acabo de modelos de precipitación – Escurrimiento , que están en función de registros históricos de precipitación y aforos de corrientes . 2. PARAMETROS DEL PROCESO DE CONVERSION : Son: * Área de la cuenca. * Altura total de precipitación * Características generales de la cuenca (forma, pendiente, vegetación…) * Distribución de la lluvia en el tiempo y en el espacio .

3. VII.- TRANSFORMACION DE LLUVIA EN ESCURRIMIENTO 3. MODELOS DE PRECIPITACION - ESCURRIMIENTO : Se pueden clasificar en : 1. Métodos Empíricos : usado ante la carencia de información hidrométrica , se han desarrollado métodos que permiten en función de la precipitación obtener los caudales que pueden presentarse en el rio de estudio. Método racional: C Método racional modificado: CU Método del numero de curva : CN 2. Métodos Estadísticos : se basan en considerar que el caudal (media o máximo) anual, es una variable aleatoria que tiene una cierta distribución . Distribución Normal Distribución Gumbel 3. Métodos con Hidrograma : basado en la escorrentía directa causado por una lluvia efectiva . Hidrogramas Hidrogramas Unitarios Hidrograma S Hidrogramas Unitarios Sintéticos .

4. VII.- TRANSFORMACION DE LLUVIA EN ESCURRIMIENTO 1. Métodos Empíricos: Método Racional : es el modelo de relación lluvia – escurrimiento, muy utilizado en diseño de drenajes ; recomendando usar en cuencas pequeñas, <= 25 km2 (Porque???) La expresión del método racional es: donde I: intensidad de precipitación, mm/h A: área de la cuenca, km2 Q: caudal, m3/s C: coeficiente de escorrentía Para determinar la intensidad I , este método supone que la escorrentía alcanza su pico en el tiempo de concentración Tc , por lo tanto se utiliza como duración de la tormenta el tiempo de concentración. El coeficiente de escorrentía C representa una fracción de la precipitación total ; es la variable menos precisa de este método, esta en función del tipo de superficie o suelo . Tabla B-1, B-2 . Esta definido como: Tema de Investigación !!!

5. VII.- TRANSFORMACION DE LLUVIA EN ESCURRIMIENTO Cuando el área de drenaje o cuenca, está constituido por diferentes tipos de cubierta y superficies , C puede obtenerse en función de las características de cada porción del área, como un promedio ponderado (?????) :

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7. VII.- TRANSFORMACION DE LLUVIA EN ESCURRIMIENTO Ejercicio : Calcular el caudal máximo para un periodo de retorno de 8 años en una cuenca de 12 km2, son conocidas las curvas Intensidad – Duración – Frecuencia, las cuales están representadas por la ecuación siguiente: Tipo de suelo: semipermeable Pendiente: 6 % T iempo de concentración: 3 horas Área de la cuenca: constituida por diferentes tipos de superficies, cada una con su correspondiente coeficiente de escurrimiento, y sus características son las siguientes: 65 % (40%) bosque tabla B-1, B-2 15% (15 %) tierra desnuda 10 % (15 %) pavimento bituminoso 10% (30%) campos cultivados Recordar: Tc: tiempo necesario para que todo el sistema (cuenca) contribuya eficazmente a la generación del flujo . Periodo de Retorno : el tiempo o lapso promedio entre la ocurrencia de un evento igual o mayor a una magnitud dada . Es el intervalo de recurrencia promedio para un cierto evento . CUALES SON LAS HIPOTESIS O SUPOSICIONES DEL MÉTODO RACIONAL???

8. VII.- TRANSFORMACION DE LLUVIA EN ESCURRIMIENTO Método Racional Modificado : amplía el campo de aplicación del método racional, porque considera el efecto de la no uniformidad de las lluvias mediante un coeficiente de uniformidad . El caudal máximo de una avenida se obtiene mediante: El CU corrige el supuesto reparto uniforme de la precipitación dentro del intervalo de calculo de duración igual al tiempo de concentración . Se puede determinar mediante la expresión: Tc en horas. Este método es recomendado para el diseño de alcantarillas tipo cajón en carreteras .

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10. VII.- TRANSFORMACION DE LLUVIA EN ESCURRIMIENTO Ejercicio : Se quiere diseñar una alcantarilla tipo cajón en la carretera Porvenir – Puerto Rico (con una circulación de 250 vehículos/día), que tiene una cuenca de aporte de 24 km2, se ha determinado Tc de 2,80 horas, del análisis de precipitaciones máximas se determino la relación Intensidad – Duración – Frecuencia de la estación Cobija, como: La pendiente de la cuenca es de 4 % , el suelo es semipermeable con muy poca vegetación. a) determinar el caudal de diseño por el método racional b) determinar el caudal de diseño por el método racional modificado.

11. Método del Numero de Curva CN : Desarrollado por SCS (Soil Conservation Service, EE.UU). Para calcular la escorrentía directa (precipitación efectiva) como una función de la lluvia acumulada, la cobertura del suelo, el uso del suelo y las condiciones de humedad . Es la mas empleada para transformar la precipitación total en precipitación efectiva. Es la representación grafica de la Precipitación (P) y del exceso de precipitación o escorrentía directa (Pe), que permitió obtener una familia de curvas que fueron estandarizadas a partir de un numero adimensional de curva CN, que varia de 1 a 100, según sea el grado del escurrimiento directo. (CN=100 toda la lluvia escurre; CN=0 toda la lluvia se infiltra). La ecuación básica para el calculo de Pe o escorrentía directa de una tormenta utilizando el método SCS es: P: precipitación total P e : exceso de precipitación o escorrentía directa I a : precipitación que se infiltra, no ocurre escorrentía F a : agua retenida en la cuenca S: retención potencial máxima VII.- TRANSFORMACION DE LLUVIA EN ESCURRIMIENTO

12. Al representar en grafica la información de P y P e para muchas cuencas, el SCS encontró curvas características. Para estandarizarlas estas curvas, se define un numero adimensional de curva CN , tal que 0<= CN <= 100. Relaciones importantes: I a = 0,20 S Un factor a tener en cuenta en estas curvas son las Condiciones A ntecedentes de Humedad (Antecedent Moisture Conditions): VII.- TRANSFORMACION DE LLUVIA EN ESCURRIMIENTO

13. Los números de curva se aplican para AMC normales y se establecen las siguientes relaciones para las otras dos condiciones: El método CN, presenta una tabla para estimar condiciones de humedad antecedentes AMC, considerando el antecedente de 5 días de lluvia, el cual es la suma de la lluvia de los 5 días anteriores al día considerado: Condición I: suelo seco, esta condición no se considera aplicable al calculo de avenida Condición II: suelo medio, se encuentran en estado de humedad normal, asociado a crecidas anuales o promedios. Condición III: suelo húmedo, asociado a crecidas máximas; suelos muy húmedos, casi saturado. VII.- TRANSFORMACION DE LLUVIA EN ESCURRIMIENTO

14. Los números de curva CN han sido tabulados por SCS en base al tipo y uso de suelo. Los valores de CN para varios tipos y usos de suelos se dan en las tablas B-4, B-5 y B-6. Para una cuenca hecha de varios tipos y usos de suelos se puede calcular un CN compuesto mediante el promedio ponderado . VII.- TRANSFORMACION DE LLUVIA EN ESCURRIMIENTO

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19. En función del tipo de suelo se definen cuatro grupos: Grupo A: arena profunda, suelos profundos depositados por el viento y limos agregados. Grupo B: suelos poco profundos depositados por el viento y marga arenosa. Grupo C: margas arcillosas, margas arenosas poco profundas, suelos con bajo contenido orgánico y suelos con altos contenidos de arcilla. Grupo D: suelos que se expanden significativamente cuando se mojan, arcillas altamente plásticas y ciertos suelos salinos. Ejercicio: Calcule la escorrentía que se origina por una lluvia de 12 pulgadas en una cuenca de 1 500 ha. El grupo hidrológico de suelo( Tipo de Suelo ) es de 30 % para el grupo B y 70 % para el grupo C, que se intercalan a lo largo de la cuenca. Calcule para una condición antecedente de humedad II y III, el uso de suelo es: 3 0% de área residencial que es impermeable en un 65% 12% de área residencial que es impermeable en un 25% 20% de caminos pavimentos con cunetas y alcantarillados de agua lluvias 24% de área abierta con un 70% con cubierta aceptable de pastos y un 30% con buena cubierta de pastos. 14% de estacionamientos, plazas, colegios y similares (toda impermeable). VII.- TRANSFORMACION DE LLUVIA EN ESCURRIMIENTO

20. 2. Métodos Estadísticos: Se basan en considerar que el caudal máximo anual, es una variable aleatoria que tiene una cierta distribución . Se requiere tener el registro de caudales máximos anuales , cuanto mayor sea el tamaño del registro , mayor será también la aproximación del calculo del caudal de diseño, el cual se calcula para un determinado periodo de retorno T. Repaso de Estadística (Aplicada a la Hidrología) VII.- TRANSFORMACION DE LLUVIA EN ESCURRIMIENTO