Estimación de la
creciente de diseño utilizando el hidrograma unitario instantáneo: el
caso de la cuenca del río Tecolutla, México
Estimation of flood design using the instantaneous hydrograph unit: a case study of the Tecolutla river watershed, Mexico
José Antonio Agustín Pérez Sesma* Laura Elena Maderey Rascón** Domitilo Pereyra Díaz* Uriel Antonio Filobello Niño*
*
Licenciatura en Ciencias Atmosféricas, Facultad de Instrumentación
Electrónica de la Universidad Veracruzana. Circuito Gonzalo Aguirre
Beltrán s/n, Zona Universitaria. 91000 Xalapa, Veracruz, México. E–mail:
sesma02@yahoo.com.mx ; dpereyra@uv.mx
**
Departamento de Geografía Física, Instituto de Geografía, Universidad
Nacional Autónoma de México, Ciudad Universitaria. Coyoacán, 04510
México, D.F.
Recibido: 3 de septiembre de 2010.
Aceptado en versión final: 9 de marzo de 2012.
Aceptado en versión final: 9 de marzo de 2012.
Resumen
En
esta investigación se utiliza el hidrograma unitario instantáneo (HUI)
para conocer la avenida de diseño en la estación El Remolino, ubicada en
la cuenca del río Tecolutla. Para conocer la avenida de diseño se
utilizó la información pluviométrica de 24 estaciones, localizadas
dentro y en las cercanías de la cuenca, para el periodo 1961– 1999, de
éste se seleccionaron las 16 tormentas más intensas registradas en la
cuenca, cuyo gasto máximo generado fue mayor a 3 000 m3/s.
Los hidrogramas de diseño se obtuvieron utilizando las precipitaciones
máximas en 24 horas, para los periodos de retorno de 25, 50 y 100 años.
Se encontró que el hidrograma de diseño para 25 años tendría un gasto de
pico de 21 053.7 m3/s, para 50 años de 23 653.5 m3/s y para 100 años de 26 281.4 m3/s.
Estos resultados indican que el HUI sobreestima los gastos de pico,
esto puede deberse a que las tormentas de diseño utilizadas tienen una
duración en exceso de cuatro días, y precipitaciones en exceso de 495.4,
557.2 y 618.6 mm, respectivamente, para los periodos de retorno
utilizados. Finalmente, los gastos estimados, con el HUI, y los gastos
registrados mostraron un coeficiente R2=0.956, el cual muestra la efectividad del modelo propuesto.
Palabras clave: Precipitación, escurrimiento, cuenca, hidrograma unitario instantáneo, río Tecolutla.
Abstract
In
this research an instantaneous hydrograph unit (IUh), is used to
characterize the flood design at the El Remolino station, located in the
Tecolutla river watershed. Rainfall data from 24 stations, all of them
located within, or in the vicinity of the watershed was used for the
period 1961–1999 to learn about the flood design. From this period we
selected 16 more intense storms recorded in the watershed, which
generated a peak discharge expenditure greater than 3000 m3/s.
The design hydrograph was obtained, using the maximum rainfall within
24 hours, for the return periods of 25, 50 and 100 years. It was found
that the design hydrographs for 25 years would have a discharge peak of
21 053.7 m3/s, to 50 years of 23 653.5 m3/s and 100 years of 26 281.4 m3/s.
These results indicate that the HUI has an over–estimation in the peak
discharge, this over estimation might be because the design storms used
have a duration in excess of four days and rainfall in excess of 495.4
mm, 557.2 mm and 618.6 mm for each return period. Finally, the peak
discharge estimated, with the HUI, and the peak discharge registered,
show a coefficient R2 = 0. 956, what shows the effectiveness of the model here proposed.
Key words: Precipitation, runoff, watershed, instantaneous unit hydrograph, Tecolutla river.
Introducción
En
México, la transformación de los paisajes boscosos y la contaminación
han llegado a modificar el ciclo hidrológico, al cambiar la capacidad de
captación y retención de humedad en la superficie. Algunos estudios
muestran que la deforestación afecta el ciclo hidrológico al modificar
la evaporación, la humedad en el suelo y los efectos que los árboles
ejercen sobre los vientos (Magaña, 1999). Uno de los problemas más
importantes que se presenta al diseñar una obra hidráulica, es
determinar el gasto máximo o el hidrograma de la avenida máxima que
pueda ocurrir con determinada frecuencia en el sitio del proyecto. El
gasto máximo es utilizado principalmente para diseñar puentes y
alcantarillas en ciertos tramos de un cauce, en tanto que la avenida
máxima,1 es empleada para diseñar presas de almacenamiento, dado que el
hidrograma de ésta permite conocer el volumen de agua que llegará al
vaso, en función del cual se diseña la cortina de la presa, así como su
vertedor y sus compuertas (Ferrer, 2000).
Debido
a que la cantidad y calidad de la información disponible varía
ampliamente de un problema a otro y a que no siempre se requiere de la
misma precisión en los resultados, se ha desarrollado una gran cantidad
de métodos para analizar la relación precipitación–escurrimiento, éstos
se han agrupado en modelos empíricos, hidrológicos e hidráulicos
(Viessman et al., 1977; Fuentes et al., 1981; Pereyra y Hernández, 1987; Aparicio, 2008).
Como
es bien sabido, la información acerca del escurrimiento en una sección
de interés, sobre una corriente, también es necesaria para diseñar obras
de aprovechamiento o de protección (riego, agua potable, generación de
energía eléctrica, inundaciones, etc.). En muchas ocasiones, el
diseñador de obra hidráulica se encuentra con poca o nula información de
mediciones directas que le permitan conocer la historia de los
escurrimientos en la zona de interés, por lo que recurre a estimaciones a
partir de las bases de datos de precipitación existentes. Asimismo,
cuando la cuenca ha estado o estará sujeta a cambios de importancia
(construcción de obras de almacenamiento, urbanización y deforestación,
etc.), estos cambios alteran el régimen del escurrimiento, por lo que su
registro histórico no representa adecuadamente el comportamiento futuro
de la corriente. En los problemas de pronóstico de avenidas, es
necesario contar con modelos matemáticos que permitan estimar el
escurrimiento a partir de las características de la cuenca y la
precipitación (Fuentes et al., 1981; Campos, 1998). Según Raudkivi (1979), Fuentes et al.,
(1981) y Pereyra (1993), la relación entre le precipitación y el
escurrimiento es complicada, depende por una parte de las
características de la cuenca (área, elevación, pendiente, orientación,
tipo de suelo, drenaje, capacidad de almacenamiento y vegetación) y por
otra de la distribución espacial y temporal de la precipitación. Los
principales problemas que se han detectado en la cuenca del río
Tecolutla, asociados al recurso hidráulico son: a) poca infraestructura para servicio de agua potable, alcantarillado y saneamiento urbano y rural; b) baja eficiencia en el uso del agua en riego; c) baja calidad del agua de las corrientes principales y algunos de sus afluentes, y d)
fenómenos meteorológicos extremos, cada vez más recurrentes, que
provocan inundaciones en la parte baja de la cuenca donde se ubican dos
centros de población importantes (Gutiérrez Zamora y Tecolutla).
Debido a este último problema enunciado, nace el interés por conocer la
magnitud de las crecientes de diseño, la cual puede ser aplicada en la
planeación de obras de control, puentes y alcantarillas, etc. Como
antecedente de este estudio se tiene al estudio de Pereyra et al.
(2012), quienes utilizaron el modelo numérico HEC–HMS (Hydrologic
Engineering Center–Hydrologic Modell System, USA) para conocer los
escurrimientos máximos de tormentas severas registradas en la cuenca,
teniendo resultados muy aceptables (Tabla 9 y Figura 23).
Metodología
La
cuenca del río Tecolutla se encuentra ubicada geográficamente entre los
19º30' y 20º30' latitud norte, y los 97º y 98º15' longitud oeste del
meridiano de Greenwich (Figura 1).
Tiene un área de 7 342 km2 hasta la desembocadura del Golfo de México,
la cual se encuentra distribuida entre los estados de Tlaxcala, Hidalgo,
Puebla y Veracruz (Pérez, 2009; Pereyra et al., 2010). En esta
cuenca se pueden distinguir tres zonas: la parte alta, ubicada dentro de
la Sierra Madre Oriental, en la que los cauces se encuentran alojados
en cañones angostos y profundos con fuertes pendientes; la parte media,
donde disminuyen las pendientes de los cauces y es posible construir
vasos de almacenamiento para generar energía eléctrica; la parte baja,
que atraviesa la planicie costera del centro del estado de Veracruz,
hasta la desembocadura en el Golfo de México. La corriente principal, se
origina entre los estados de Tlaxcala y Puebla y se le conoce primero
por los nombres de arroyo Zapata, río Coyuco, río Apulco y finalmente
río Tecolutla (Figura 2), (Pereyra et al., 2010).
La
parte alta, entre los estados de Tlaxcala, Hidalgo y Puebla, la
precipitación media anual es de 700 mm, en tanto que en la parte media
es de 2 500 mm, con dos centros de alta precipitación en Jopala y
Atexcaco, Puebla, donde la precipitación media anual alcanza los 3 400
mm, y en la parte baja la precipitación es de 1 400 mm (Pereyra y
Hernández, 1987). En lo que concierne a la precipitación máxima media
anual en 24 horas; en la parte alta de la cuenca es de 200 mm, en la
parte media es de 400 mm y en la parte baja de 300 mm. Asimismo, la
cuenca del río Tecolutla es afectada últimamente, con mayor frecuencia,
por los ciclones tropicales que se forman en el Mar Caribe y en el Golfo
de México, los cuales generan precipitaciones intensas, durante el
periodo de julio a septiembre, ocasionando crecientes considerables.
Además, es afectada por masas de aire frío provenientes del polo norte,
denominados Nortes, presentándose éstos de octubre a marzo (Tejeda et al., 1989; Pérez, 2009).
En
esta cuenca se construyeron los primeros aprovechamientos
hidroeléctricos de importancia en nuestro país, sobre el río Necaxa se
encuentra el sistema hidroeléctrico del mismo nombre, que perteneció a
la desaparecida compañía, de Luz y Fuerza Motriz. Posteriormente la
Comisión Federal de Electricidad (CFE), utilizando el escurrimiento de
los ríos Xiucayucan y Apulco, empezó a operar la planta Hidroeléctrica
Mazatepec. También, existen algunas plantas hidroeléctricas de poca
capacidad de generación, como la que proporciona energía a la población
de Zacapoaxtla, Puebla; la planta Atexcaco, que utiliza las aguas de los
arroyos que le confluyen al río Xiucayucan por su margen derecha
(Pereyra et al., 2010).
La
cuenca del río Tecolutla se caracteriza por estar enclavada dentro de
tres provincias fisiográficas: Eje Volcánico Transversal (parte alta y
media), Sierra Madre Oriental (parte media) y la Llanura Costera del
Golfo (parte baja) como se indica en la Figura 3.
Los tipos de vegetación predominante son: bosque de coníferas, bosque
de encino, bosque mesófilo de montaña, selva subcaducifolia y vegetación
hidrófila como se indica en la Figura 4 (Pérez, 2009).
Para
conocer el hidrograma de la creciente de diseño de la cuenca del río
Tecolutla, primero se ubicaron en un mapa las estaciones climatológicas e
hidrométricas seleccionadas, con la ayuda del Software Surfer 7 (SMS,
1999), (Figura 2). Las 24 estaciones climatológicas seleccionadas contaban con al menos 25 años de registro (Tabla 1).
Las variables utilizadas fueron precipitación y escurrimiento diarios,
las cuales fueron proporcionadas por la Comisión Nacional del Agua
(CLICOM, 2004) y por la Comisión Federal de Electricidad (CFE, 2004),
para el periodo 1961–1999 (cabe mencionar que se utilizó este periodo
debido a que la estación hidrométrica El Remolino fue destruida por la
inundación ocurrida en los primeros días del mes de octubre de 1999 y
recientemente reconstruida). Para el análisis estadístico se
utilizó el Software Statistica versión 5.5 y para el trazo de isoyetas
se requirió del Software Surfer versión 7, así como de un planímetro
digital para el cálculo de áreas. Además, se seleccionaron las fechas de
las tormentas más desfavorables (lluvias intensas que duran varias
horas) que generaron un gasto mayor a 3 000 m3/s en la estación hidrométrica El Remolino (Tabla 2 y Figura 5. Asimismo, se realizaron pruebas estadísticas de homogeneidad (td
de Student) a cada una de las bases de datos de precipitación y
escurrimiento de las estaciones consideradas en esta investigación, las
cuales cumplieron con el criterio de homogeneidad 
(Campos, 1998; Escalante y Reyes, 2002): la prueba consistió en determinar el valor absoluto de la td de Student de cada muestra y compararlo con el valor de la distribución 
de Student de dos colas v = n1 + n2–2 y grados de libertad, para un nivel de confiabilidad de ∞ = 0.05.
(Campos, 1998; Escalante y Reyes, 2002): la prueba consistió en determinar el valor absoluto de la td de Student de cada muestra y compararlo con el valor de la distribución de Student de dos colas v = n1 + n2–2 y grados de libertad, para un nivel de confiabilidad de ∞ = 0.05.
Precipitación
La
precipitación media de la cuenca se obtuvo utilizando promedios
aritméticos y los promedios ponderados de Thiessen y el de isoyetas
(Ponce, 1989; Campos, 1998; Aparicio, 2008). Para conocer la
precipitación máxima probable (pmp) que se pueda presentar para un
determinado periodo de retorno (intervalo promedio de tiempo dentro del
cual un evento de cierta magnitud puede ser igualado o excedido por lo
menos una vez) asignado a una cierta obra hidráulica, se ajustó la
función de distribución doble exponencial o Gumbel a las precipitaciones
máximas en 24 horas ocurridas en la cuenca. La función Gumbel (Ecuación
1) fue elegida entre otras para valores extremos de precipitación, en
virtud de haber sido empleada por otros autores para precipitaciones
máximas en la región (Pereyra et al., 1984; Pereyra, 1993;
Campos, 1998). La expresión matemática de la función de distribución
doble exponencial o de Gumbel se puede expresar como se indica en la
ecuación 1 (Yevjevich, 1972; Miroslava, 1992; Pérez, 2009):
donde a y b se determinarán por regresión no lineal con el software Statistic versión 5.5; Tm es el periodo de retorno asignado a la obra; Y(Tm) es el valor de la variable Y, pronosticado para el periodo de retorno Tm.
Modelos lluvia–escurrimiento
Debido
a la existencia de una gran cantidad de modelos lluvia–escurrimiento,
es conveniente agruparlos en diferentes categorías a efecto de
seleccionar el más apropiado para cada caso particular. Una forma de
clasificarlos es de acuerdo con la información que se requiere para su
calibración (Fuentes et al., 1981); de esta manera los modelos de lluvia escurrimiento se pueden dividir en tres grandes grupos: a)
Modelos Empíricos que requieren únicamente de las principales
características físicas promedio de la cuenca en estudio; dentro de
estos modelos se tiene al método de envolventes (Creager y Lowry,
entre otros) que relacionan el gasto máximo con el área de la cuenca y
un coeficiente de escurrimiento de la cuenca o de la región (Fuentes et al., 1981; Pereyra y Hernández, 1987); b)
Modelos Hidráulicos para los cuales se debe de disponer, además de los
registros simultáneos de precipitación y escurrimiento, de las
características físicas detalladas de la cuenca, los modelos más
representativos de esta idea son el de Stanford y el del Departamento de
Estudios Geológicos de Estados Unidos, U.S.G.S. (Pereyra y Hernández,
1987; Chow et al., 1994); c) Modelos Hidrológicos para los
que es necesario contar con registros simultáneos de precipitación y
escurrimiento, para utilizarlos en el pronóstico se recomienda que se
les calibre primero para la cuenca de interés, utilizando los datos de
lluvia y escurrimiento observados (Fuentes et al., 1981; Pereyra y Hernández, 1987; Pereyra et al.,
2012). Para este estudio se utilizó un modelo del tipo hidrológico; a
diferencia de los modelos empíricos éstos pueden utilizarse con
cualquier tipo de lluvia, tomando en cuenta sus variaciones en el
tiempo. Entre estos modelos se encuentran los derivados del concepto de
hidrograma unitario, en los que se calcula una función que relaciona las
entradas (lluvia) con las salidas (escurrimiento), haciendo caso omiso del fenómeno físico que ocurre en la cuenca (Figura 6).
Hidrogama unitario (HU). Chow et al.
(1994) consideraron que este hidrograma es la función respuesta de
periodicidad unitaria para un sistema hidrológico lineal. El hidrograma
unitario se define como la gráfica del escurrimiento directo resultante
de 1 mm (aunque también puede ser de una pulgada, un centímetro, etc.)
de lluvia en exceso, que se genera, de manera uniforme, sobre un área de
drenaje (cuenca) a razón constante, durante la duración de la precipitación efectiva (Figura 7).
Hidrograma unitario instantáneo (HUI).
Para superar las limitaciones en donde se supone que la intensidad de
la lluvia es constante, en toda su duración, se han desarrollados
métodos que, apoyados en los principios del HU, permiten que si se
dispone de información confiable de las variaciones de la intensidad de
la lluvia con el tiempo, estas variaciones sean tomadas en cuenta.
Supóngase
que en una cuenca dada se dispone de información sobre la precipitación
media para intervalos pequeños de tiempo Λt y que se conoce el HU
asociado a una tormenta de la misma duración, Λt. De acuerdo con el HU,
si se presentara una tormenta compleja se produciría un hidrograma como
el de la Figura 8 (Raudkivi, 1979).
Así, si Ui es la i–ésima ordenada del HU (Figura 8a) y Pj es la j–ésima barra de precipitación en exceso del hietograma (Figura 8b), las ordenadas Qi del hidrograma resultante (Figura 8f) son, en este caso,
En general, las k–ésimas ordenadas del hidrograma, Qk es:
Considérese el problema inverso, es decir, en el que se conoce el hidrograma (Figura 8f) y la precipitación (Figura 8b) y se desea obtener un HU como el de la Figura 8a. Consecuentemente, el sistema de ecuaciones 2 sigue siendo válido; este sistema se puede escribir como:
donde:
La incógnita es entonces el vector {U}.
Sin embargo, en el sistema 2 se tendrían cinco ecuaciones con tres
incógnitas, por lo que el sistema es indeterminado y no existen valores
de {U} que satisfagan simultáneamente las cinco ecuaciones. Así,
para tener una solución del sistema 3 es necesario aceptar un cierto
error en cada uno de los componentes de {U}; ciertamente, es
deseable que dicho error sea el mínimo posible. Se puede demostrar que
se comete el mínimo error en los valores de {U} si la ecuación 3 se multiplica por la matriz transpuesta de P (Raudkivi, 1979; Aparicio, 2008):
Lo que en este caso resultaría:
El sistema matricial 5 es ya un sistema determinado, con una solución única. Esta solución proporciona el valor del vector {U}
buscado. Nótese que para el HUI, siempre debe especificarse la duración
en exceso, que es la duración de las barras del hietograma de la Figura 8b.
Sin embargo, en contraposición con el HU tradicional, en el instantáneo
se tiene una mayor flexibilidad en el manejo de esta duración en
exceso.
Asimismo, en todos los casos el número de ordenadas del hidrograma final NQ está ligado con el número de barras del hietograma NP y al número de ordenadas del HU Nu por medio de la ecuación (Fuentes et al., 1981; Aparicio, 2008):
Con
esta ecuación es posible saber de antemano el número de ordenadas que
tendrá el HU y, por lo tanto, el orden de la matriz de coeficientes del
sistema de ecuaciones.
Resultados
La precipitación media de las tres tormentas más intensas (1974, 1981 y 1986) de las 16 que se presentan en la Tabla 2 se muestran en la Tabla 3 y en las Figura 9, 10 y 11. La precipitación media anual de la cuenca del río Tecolutla se presenta en la Tabla 4 y en la Figura 12. En las Figura 9, 10, 11 y Figura 12
se puede observar que existen dentro de la cuenca, dos centros de alta
precipitación, ubicados en las regiones de Jopala (7) y Atexcaco (21),
Puebla, aseveración que confirma lo dicho anteriormente, en el apartado
"metodología".
La
precipitación máxima probable esperada (pmp) para periodos de retorno
de 25, 50 y 100 años, de acuerdo con la ecuación 1, se muestran en la Tabla 5, así como en las Figura 13, 14 y 15, donde se puede apreciar que existe una gran similitud con la forma del mapa de isoyetas medias anuales de la cuenca (Figura 12).
En la Tabla 6 se muestran los valores del escurrimiento directo (Ved), el volumen de escurrimiento base (Veb), la lámina de precipitación en exceso (Le)
y el índice de infiltración media de la cuenca (Φ) para cada tormenta,
los cuales se estimaron usando las técnicas convencionales presentadas
en Springall (1970), Campos (1998), Escalante y Reyes (2002), y Aparicio
(2008).
a)
Para obtener el hidrograma unitario se consideró a la tormenta del 23
al 28 de agosto de 1981 como la más representativa para pronosticar la
avenida de diseño, siendo la duración en exceso de esta tormenta de
cuatro días, como se indica en la Tabla 7.
Las columnas 3 y 4 de la Tabla 7, muestran que NQ=7, NP=4 y por la ecuación 6 se obtuvo que Nu=4. Reemplazando estos valores en la ecuación 2a, se obtiene el sistema de ecuaciones 7.
La solución del sistema 7 es U1=100.03, U2=31.3, U3=13.94 y U4=2.52, las cuales representan las ordenadas del hidrograma unitario de la cuenca del río Tecolutla (Figura 16).
b)
Calibración del modelo HUI. El hidrograma del escurrimiento directo
obtenido con el modelo propuesto, en la ecuación 2a, para la tormenta
mostrada en la Tabla 7, se presenta en la Figura 17, donde se observa un buen ajuste con el hidrograma observado.
En la Figura 18
se presenta la correlación que existe entre los gastos observados
contra estimados. En esta figura se puede observar que el valor del
coeficiente de determinación R2= 0.9599, lo que indica que el modelo del HUI explica el 95.99% de los casos. Asimismo, en la Tabla 8 se presentan los valores comparativos de los gastos directos observados contra estimados.
c)
Para escoger el periodo de retorno que se le asignará a la tormenta de
diseño, se aplicó la siguiente expresión matemática (Escalante y Reyes,
2002):
donde: x es la magnitud de un evento hidrológico; P probabilidad de que ocurra una tormenta; Tm
periodo de retorno de la tormenta, en años. En este caso se fijaron Tm
de 25, 50 y 100 años considerando que las obras a realizar en la región
pueden ser de control de inundaciones.
d)
Con base en la duración efectiva de las tormentas consideradas como
severas en este estudio, se fijó una duración de cuatro días para la
tormenta de diseño.
e) Con los periodos de retorno obtenidos en c) y la duración efectiva supuesta en d), se calculó la altura de precipitación diaria de la cuenca con base a las curvas IDT (Figura 19).
f) Con los datos del inciso anterior se obtuvieron los hietogramas de las tormentas de diseño (Figura 20, 21 y 22).
g) Con los datos de los hietogramas obtenidos en el paso anterior y con el índice de infiltración media, ψ = 35.21mm/día (Tabla 6,
columna 7), se obtuvo la lluvia en exceso; siendo para el periodo de
retorno de 25 años de 495.4 mm, para 50 años de 557.2 mm y para 100 años
de 618.6 mm, con una duración en exceso de cuatro días para las
tormentas de diseño, para obtener la altura de precipitación en exceso,
se restó la infiltración media de la cuenca del río Tecolutla a cada
barra del hietograma de diseño y se sumaron los resultados.
h)
Para conocer la avenida o creciente de diseño, para los periodos de
retorno seleccionados, se multiplicaron las ordenadas del hidrograma
unitario de diseño por las alturas de la precipitación en exceso. De las
avenidas de diseño mostradas en las Figura 20, 21 y 22, se observa que los gastos máximos pronosticados son de 21 053.7 m3/s, 23 653.5 m3/s y 26 281.4 m3/s
para los periodos de retorno de 25, 50 y 100 años, respectivamente.
Tomando en cuenta el área de captación hasta la salida al mar y la
precipitación en exceso, en toda la cuenca, para cada una de las
tormentas de diseño, el volumen que llegaría a la desembocadura al mar
sería de aproximadamente 3 637.2x106, 4 091x106 y 4 541.8x106 m3, respectivamente.
Discusión
El
modelo del HUI requiere una mayor cantidad de datos, entre éstos los
registros continuos de escurrimiento y de precipitación de la cuenca en
estudio, pero tiene la ventaja respecto a otros métodos ya que permite
conocer la avenida y con ello el volumen de escurrimiento, así como el
gasto máximo.
La Tabla 9 y Figura 23 muestran un comparativo entre gastos estimados por el HUI y el HEC–HMS (Pereyra et al., 2012) con los observados, donde se puede apreciar que el HUI tiene un R2=0.9561 y el HEC–HMS un R2=0.9921, lo cual indica la efectividad del modelo HUI.
En
vista de los daños generados, en los últimos años, por las inundaciones
ocurridas en la cuenca del río Tecolutla, el cálculo y pronóstico de
las avenidas de diseño para tal región utilizando el HUI, es de suma
importancia para la toma de decisiones en la prevención y disminución
del riesgo de la población. Cabe mencionar que no se puede hacer un
análisis de los impactos de una tormenta extrema o de escurrimientos
súbitos, sin mencionar que las inundaciones provocadas por el
desbordamiento de los ríos no necesariamente se debe a tormentas
extraordinarias sino que, en primera instancia, se puede deber a
factores antropogénicos (como por ejemplo actividades agrícolas y
ganaderas, entre otras).
Finalmente,
debido a la magnitud de los gastos máximos estimados, se recomienda
construir obras de captación o de control para disminuir el riesgo por
inundaciones en la parte baja de la cuenca, lugar donde se ubican las
dos ciudades más importantes (Gutiérrez Zamora y Tecolutla).
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Pérez Sesma, J. A. A. (2009), Estudio del agua de es
con el objetivo de observar y determinar las crecientes presentes en los ríos esta investigación permite tomar parámetros muy importantes para determinar a lo largo del tiempo como es el comportamiento de las cuencas y tomar decisiones sobre el posible uso se ellas
ResponderEliminarla utilización de HUI, permite establecer y predeterminar el comportamiento de variables como las precipitaciones,la intensidad de las lluvias, este sistemas predice el volumen de agua que cae y se desplaza por la superficie para periodos futuros de 20, 30 y 50 años. Esta es una de las razones por las cuales los hidrogramas (HUI),es una herramienta fundamental para profesionales enfocados en el área ambiental.
ResponderEliminarsegún los resultados de la investigación el HUI sobrestima los gastos de pico esto debido a ciertas razones que son estudiadas en el mismo.
ResponderEliminarel HUI es mas complejo ya que requiere de mayor cantidad de datos como registros continuos de escurrimiento y de precipitación en el área de estudio y debido a toda esta recolección de datos pues este método trae mas ventajas que los otros como los son conocer la avenida, el volumen de escurrimiento entre otros.
el HUI puede relacionarse con la geomorfologia de la cuenca.
Las características de la cuenca del rio Tecolutla son complicadas por lo que se explica el no contar con condiciones de agua potable lo que afecta seriamente a los poblados cercanos, pues los fenómenos naturales se ven cada vez más en la zona, gracias a la deforestación, a la mala eficiencia del uso del agua para riego y a la desatención de planeación quienes deben tener todos los registros de la zona para hacer más fácil la estimación de la creciente de este rio.
ResponderEliminarCon los resultados de la investigación el HUI se podría decir que es una herramienta fundamental para aquellos que están enfatizados en esta área, tal como se muestra en la investigación datos tan importantes como la precipitación, modelos de lluvia-escurrimiento, la recolección de estos datos hacen tener una mayor claridad para el desarrollo de la misma.
ResponderEliminarEl concepto de hidrograma unitario (HUI), diseñado en la cuenca del río Tecolutla muestra la precipitación y escurrimiento directo, originado por un volumen de 1 mm de precipitación efectiva uniforme sobre una cuenca, la cual durante un periodo de tiempo especificado constituye la base del método más usado en el análisis del proceso lluvia-escorrentía a escala de cuenca. Además la teoría del hidrograma unitario conforma un modelo conceptual que supone a la cuenca como un sistema lineal e invariable en el tiempo en el que la entrada es la lluvia y la salida el caudal de escorrentía directa. Aunque el comportamiento de las cuencas en la naturaleza no es lineal, algunas pueden operar con un mayor grado de linealidad que otras. Sin embargo estos histogramas unitarios solamente servirán para calcular hidrogramas de escurrimiento directo cuando la duración de la precipitación efectiva sea igual a la del hidrograma unitario.
ResponderEliminarGracias a la investigación y los avances tecnológicos que hemos tenido últimamente vemos de gran importancia el concepto de HUI ya que nos ha permitido ver como la contaminación y los paisajes han cambiado y esto se ve reflejado en las alteraciones del clima y del ciclo hidrológico y por tanto en la vida humana ya que en un tiempo futuro sino tomamos correctivos desde ahora el agua nos sera un recurso de difícil acceso.Por eso es que el hombre a implementado hacer nuevas infraestructuras hidráulicas.
ResponderEliminaresta es una prueba para verificar la opcion de publicar comentarios al blog por parte de los estudiantes uis. Ing. Pedro Pablo Aceros
ResponderEliminarGracias al (HUI) se ha podido ser medido el nivel de escorrentia , precipitacion y ligado a esto los cambios que ha sufrido el paisaje en la zona ya que este sistema permite recoger datos a grandes escalas de tiempo y asi ver el avance positivo-negativo del ciclo hidrologico y la dinamica suelo-precipitacion .
ResponderEliminarel HUI ademas de ser importante en manejo de las cuencas tambien lo es para evitarle un problema mayor a la sociedad. cabe mensionar que las inundaciones provocadas por el desbordamiento de los ríos afecta el area agricola ganadera industrial. trayendo consigo una problematica muy grande cambiando el nivel de vida de la comunidad.
ResponderEliminarEl HUI es muy importante para tratas las cuencas, mediente estos proceso se puede medir la cantidad de precipitación, y determinar que cantidad de esta misma se va por escorrentía, y asi poder usarse estos dato para fines positivos, como los de prevenir una reptacion de territorio inclinado entre otros.
ResponderEliminarAl hacer una investigación sobre algún caso en particular hay que estimar y considerar el método que mejores resultados pueda arrojar a este. El método HUI es un modelo propuesto que arrojo resultados precisos que permiten evaluar las condiciones del sitio de estudio y tomar medidas frente a la problemática del sitio objeto de estudio. Existen casos muy puntuales como el de la investigación en donde la información sobre el sitio es escasa o nula y requiere de propuestas innovadoras. Todo esto con el fin de encontrar soluciones acertadas y conocer el por que de la baja calidad de agua de las corrientes principales, baja eficiencia en el uso del agua de riego, entre otras
ResponderEliminarCuando se desea diseñar cualquier estructura sobre una cuenca hidrográfica se debe conocer la durabilidad, intensidad y frecuencia de las tormentas en los últimos años, de esto depende que el modelo propuesto sea exitoso y efectivo. Por otra parte el diseñador de la obra hidráulica debe contar con la suficiente información de mediciones directas en la zona de estudio para poder estar preparado para los comportamientos futuros del régimen de escurrimiento debido a la construcción de la obra. Un modelo muy efectivo es el HUI ya que permite conocer la avenida, volumen de escurrimiento y el gasto máximo.
ResponderEliminarEn la actualidad, se hace importante realizar avances que puedan mejorar la manera de hacer las cosas, en el presente articulo se muestra como mediante mediciones que se realizan y se procesan mediante el (HUI), se pueden hacer análisis y predicciones de eventos meteorológicos como las lluvias y la influencia con la crecida de los caudales un tiempo determinado.
ResponderEliminarlos profesionales en formación necesitamos de estar informados de estos a avances y métodos que a diario se nos presentan con el fin de mejorar y facilitar los procesos de investigación.
con las frecuentes crecidas de las cuencas debido a las alteraciones ejercidas sobre el clima generando grandes o fuertes aguaceros que promueve la crecida del caudal del las cuencas que cumplen la funcion de hidrante para los rios mas grandes que terminan desbordandose y causando grandes desastres, es muy bueno si se llegase a realizar un estudio profundo de los cauces del territorio colombiano con el fin de prevenir dichos desastres por medio de construcciones de ordenamiento o mejoramiento.
ResponderEliminarlas frecuentes variaciones que presentan las lluvias, aumento de caudales hace necesario el (HUI) con el fin de estimar estos valores. con esta información se podrá contrarrestar daños que pueda crear el incierto clima.
ResponderEliminarPara el calculo de las crecientes es determinante analizar si es una cuenca grande o pequeña, ya que si se trabaja en una cuenca pequeña u homogénea se va a facilitar, por que solamente necesitamos realizar un hidrograma; por el contrario si trabajamos en una cuenca grande o no homogénea estaremos en la obligación de dividir la cuenca en subcuencas, para así saber cuantos hidrogramas unitarios se van a realizar.
ResponderEliminarEsto con el fin de determinar como se va a diseñar la construcción u obras hidrulicas, con un margen de error muy mínimo ya que no sabemos con exactitud que tipo de corrientes o estados climáticos nos puedan afectar el diseño a realizar.
Cada día nos damos cuenta como se ha tenido que implementar nuevos avances para hacer que las cosas mejoren su manera de funcionar, en el artículo podemos ver como los datos tomados son procesados mediante el (HUI), El cual permite realizar predicciones de ciertos eventos meteorológicos que se pueden presentaren un determinado sitio. Esto con el fin de mejorar las investigaciones.
ResponderEliminarLos diferentes factores que afectan la cuenca del río Tecolutla son de gran trascendencia puesto que es la utilización del (HUI) una importante forma de prevenir algún tipo de desastre, por supuesto teniendo conocimiento de cualquier tipo de fenómeno hidrológico que se esté presentando en el sitio y con una serie avanzada de toma de datos de diferentes estaciones permite un gran avance en la prevención y manejo de problemáticas que se puedan estar presentando en el futuro . Aunque este proceso tiene sus limitaciones es de gran importancia resaltar que es un buen avance y que de una u otra forma contribuye al desarrollo de cualquier tipo de infraestructura que vaya a estar asociada a algún tipo de factor ambiental.
ResponderEliminarA partir de información suministradase puede ver la aplicabilidad que tiene el calculo de diagramas unitarios, para el cálculo del hidrograma unitario, que es una constante de la cuenca, y representa el efecto de todos los factores físicos que la caracterizan, y su importancia para poder determinar los factores que pueden afectar una cuenca. sabiendo qeu la cuenda del rio Toluca abastece de agua potable tanto a los habitantes de la región
ResponderEliminarcomo a la zona metropolitana de la ciudad de México. por ello la utilizacion de estos calculos ayudaran a mantener un buen balance para no ver afectada esta cuenta en un futuro.
Para aplicar el método del hidrograma unitario en el cálculo de crecientes de una microcuenca homogénea se necesita contar con la siguiente información:
ResponderEliminarHietograma del aguacero que genera la creciente
Hietograma de Lluvia Neta
El Hietograma del aguacero que genera la creciente se determina mediante análisis convencionales de lluvias de corta duración, utilizando las curvas de Intensidad-Duración-Frecuencia (IDF).
De acuerdo con la importancia de la obra se define la frecuencia del aguacero, la cual está representada por el período de retorno (Tr), En el diseño de presas grandes Tr puede ser de 10.000 años o mayor; en cambio en el diseño de obras de drenaje urbano Tr puede estar comprendido entre 10 y 25 años.
La duración del aguacero (t) se estima con base en análisis de las duraciones de los aguaceros típicos que generan crecientes en la zona de estudio. Cuando no se tiene buena información al respecto se recomienda comenzar los estudios con una duración igual al tiempo de concentración (tc) de la cuenca, t = tc, y luego repetir los análisis con otras duraciones hasta encontrar la que produce un pico máximo; esta duración se llama “duración crítica de la lluvia”.
Con los valores Tr, t se entra a las curvas IDF y se halla la intensidad máxima del aguacero (i). El volumen del aguacero (P) es:
P = i . t (2)
Por último, la duración (t) se divide en k intervalos iguales y a cada uno de ellos se asigna una parte de la lluvia total (P), de acuerdo con el patrón de comportamiento de las lluvias de corta duración en la región. Así se obtiene el Hietograma del aguacero que genera la creciente. En aquellas microcuencas en las que la duración (t) es menor de 1 hora es suficiente utilizar un hietograma sencillo, con k = 1.
El Hietograma de Lluvia Neta se determina restando al Hietograma del aguacero las pérdidas que ocurren por Intercepción, Infiltración y Evapotranspiración. Para calcular las pérdidas se pueden realizar análisis de hidrogramas si existe suficiente información , aplicar fórmulas empíricas como las que presenta el Soil Conservation Service de los Estados Unidos, o emplear Tablas experimentales.
En la mayoría de los eventos de crecientes se presentan lluvias anteriores al aguacero principal, y por esta razón las pérdidas por intercepción y por infiltración temprana no se consideran cuando se calcula la lluvia neta.
En estas condiciones, la lluvia neta (Pe) se puede calcular a partir de la lluvia total (P) :
Pe = C P
Es importante realizar esta clase de estudios ya que con ellos podemos mejorar cada vez mas, en cuanto a la aplicación de diferentes técnicas de medida de los ríos, para así desmentir o mejorar en cuanto a precisión un resultado obtenido por una investigación realizada años atrás.
ResponderEliminarEstas investigaciones se hacen con el fin de encontrar soluciones acertadas y conocer el por qué de la baja calidad de agua de las corrientes principales, baja eficiencia en el uso del agua de riego, etc. Cuándo se desea diseñar cualquier estructura sobre una cuenca hidrográfica se debe conocer la durabilidad, intensidad y frecuencia de las tormentas en los últimos años, de esto depende que el modelo propuesto sea exitoso y efectivo; de ahí la importancia de la estimación de la creciente de diseño utilizando un hidrograma unitario instantáneo como en este caso de la cuenca del rio Tecolutla en México.
ResponderEliminarEn el as pecto hidrometeorológico se recolecta información sobre las variables del clima, la precipitación, los caudales y niveles de las corrientes naturales y los sedimentos que transportan las corrientes. Por lo general esta información se recolecta en forma de SERIES DE TIEMPO HISTÓRICAS, las cuales se procesan con métodos estadísticos y probabilísticos para determinar regímenes medios y proyecciones futuras. El tratamiento de estas series se realiza de acuerdo con el tipo de royecto que se va a desarrollar y para ello se utilizan los conceptos de Hidrología Aplicada e Hidrología Estocástica.
ResponderEliminarEl análisis de los Estudios que se han desarrollado con anterioridad en la zona del proyecto permite complementar la información recolectada. Este análisis tiene capital importancia cuando el proyecto se desarrolla en varias fases porque en la segunda fase debe analizarse cuidadosamente lo que se hizo en la primera, y así sucesivamente.
los diagramas unitarios es un metodo utilizado para medir un caudal producido por la presipitacion.
ResponderEliminarSe puede construir un hidrograma unitario a partir de los datos de precipitación y de caudales referentes a una lluvia de intensidad razonablemente uniforme y sin implicaciones resultantes de lluvias anteriores o posteriores.
El resultado del hidrograma unitario corresponde al volumen de un centímetro de escurrimiento.
en la actualidad se hace importante realizar avances que puedan mejorar la manera de hacer las cosas, en el presente articulo se muestra como mediante mediciones que se realizan y se procesan mediante el (HUI), se pueden hacer análisis y predicciones de eventos meteorológicos como las lluvias y la influencia con la crecida de los caudales un tiempo determinado.
ResponderEliminarlos profesionales en formación necesitamos de estar informados de estos a avances y métodos que a diario se nos presentan con el fin de mejorar y facilitar los procesos de investigación.
En el anterior artículo se muestra el concepto de hidrograma unitario (HUI), el cual nos permite ver la precipitación y el escurrimiento directo originado por un volumen de 1 mm de precipitación efectiva uniforme sobre la cuenca del rio Tecolutla, en la cual en un periodo de tiempo especificado constituye la base del método más usado en el análisis de lluvia-escorrentía a escala de cuenca. Podemos analizar además que la teoría del hidrograma unitario conforma un modelo conceptual que supone a la cuenca como un sistema lineal e invariable en el periodo en que la lluvia es la entrada y el caudal de escorrentía directa es la salida. Tomando en cuenta también que aunque el comportamiento de las cuencas en la naturaleza no es lineal, algunas pueden operar con mayor grado de lineabilidad que otras. Tomando como base estos diagramas unitarios solamente servirán para hacer un cálculo de hidrogramas de escurrimiento directo cuando la duración de la precipitación del hidrograma unitario sea igual que la efectiva.
ResponderEliminarPara el calculo de las crecientes es determinante analizar si es una cuenca grande o pequeña, ya que si se trabaja en una cuenca pequeña u homogénea se va a facilitar, por que solamente necesitamos realizar un hidrograma; por el contrario si trabajamos en una cuenca grande o no homogénea estaremos en la obligación de dividir la cuenca en subcuencas, para así saber cuantos hidrogramas unitarios se van a realizar.
ResponderEliminarEsto con el fin de determinar como se va a diseñar la construcción u obras hidrulicas, con un margen de error muy mínimo ya que no sabemos con exactitud que tipo de corrientes o estados climáticos nos puedan afectar el diseño a realizar.
Para el cálculo del hidrograma unitario, que es una constante de la cuenca, y representa el efecto de todos los factores físicos que la caracterizan; y debido a la inexistencia de aforos en la cuenca, seutiliza un método sintético de cálculo, exactamente el método de Mockus.
ResponderEliminarEste método se basa en un hidrograma adimensional que presenta la relación entre el caudal q y el caudal pico qp y el tiempo t respecto al tiempo de ocurrencia del pico en el hidrograma unitario, Tp.
El anlisis de hidrogramas implica separar el caudal directo y el caudal base para su consideracion el analisis del hidrograma unitario. Para ello existen distintas metodologias basadas en la rapidez o lentitud en que s manifiesta el escurrimiento subterraneo al aparecer el escurrimientodirecto producto de una precipitacion.
El método HUI es un modelo propuesto que arrojo resultados precisos que permiten evaluar las condiciones del sitio de estudio y tomar medidas frente a la problemática del sitio objeto de estudio. Existen casos muy puntuales como el de la investigación en donde la información sobre el sitio es escasa o nula y requiere de propuestas innovadoras. Todo esto con el fin de encontrar soluciones acertadas y conocer el por que de la baja calidad de agua de las corrientes principales, baja eficiencia en el uso del agua de riego.
ResponderEliminarEl comportamiento de las cuencas en la naturaleza no es lineal, algunas pueden operar con un mayor grado de linealidad que otras. La hipótesis de linealidad, particularmente apropiada en el ámbito de las avenidas ocurridas en cuencas naturales, presenta la ventaja de su simplicidad y el conocimiento de los métodos matemáticos requeridos, haciéndola muy útil en la aplicación de la ingeniería de proyectos de estructuras hidráulicas. Los hidrogramas unitarios pueden deducirse de registros de precipitaciones y de caudales de escorrentía en una cuenca, utilizando diversas técnicas. Se presentan las bases teóricas junto con la formulación matemática de diversos métodos de estimación de las ordenadas del HU: a) Programación lineal, b) Mínimos cuadra dos, c) Mínimos cuadrados suavizados.
ResponderEliminarEl método del Hidrograma Unitario Instantáneo (HUI) permite conocer la resultante de la precipitación efectiva aplicada a la cuenda de drenaje en un determinado tiempo.
ResponderEliminarEste método es de gran utilidad para la estimación de caudales pico de crecientes en cuencas con información hidrológica escasa o inexistente, ya que a partir de su calibración en una cuenca cercana que posea información de precipitación, puede ser extrapolado y similares. Es fundamental contar con suficientes datos de precipitación, con ello se aproxima al régimen de escurrimiento.
El HUI permite tomar decisiones acertadas y prevenir riesgos en las comunidades, además permite conocer la cantidad de agua que se puede tomar de las cuencas para proyectos hidráulicos, riego de cultivos, agua potable y aplicar medidas de conservación como reforestación o establecer zonas protegidas que permitan incrementar la capacidad de escurrimiento y mejore la producción de los proyectos hidráulicos u obras civiles (captación, almacenamiento, otros) sin afectar las comunidades locales, ni sus actividades, ni los ecosistemas – vegetación.
En la investigación anterior de investigación sobre cálculo de diagramas unitarios de crecientes se definen unos conceptos como son precipitación que es es cualquier forma de hidrometeoro que cae de la atmósfera y llega a la superficie terrestre. Este fenómeno incluye lluvia, llovizna, nieve, aguanieve, granizo, pero no virga, neblina ni rocío, que son formas de condensación y no de precipitación. La cantidad de precipitación sobre un punto de la superficie terrestre es llamada pluviosidad, o monto pluviométrico. Otro concepto como es el de modelos lluvia-escurrimiento la cualpueden contar con modelos que reproduzcan el comportamiento de las cuencas hidrográficas ante la ocurrencia de lluvias intensas que provocan inundaciones es de suma importancia, ya que pueden predecirse las afectaciones en el sector socioeconómico de la zona en estudio, como por ejemplo en el sector de la agricultura. En el presente estudio se obtuvo un modelo lluvia – escurrimiento semidistribuido a escala de evento en la cuenca del río Reno, localizado en la región Emilia Romagna, Italia, para lo cual se dispuso del SIG Arcview, con la extensión Hec-GeoHMS y del software Hec-HMS para la simulación hidrológica del proceso. El modelo obtenido logra reproducir eventos de gastos máximos que sean independientes y que su gasto pico supere los 350 m3/s con un error por debajo del 10%. Otro concepto manejado es el de unigrama unitario el cual es uno de los métodos utilizados en hidrología, para la determinación del caudal producido por una precipitación en una determinadacuenca hidrográfica.Si fuera posible que se produjeran dos lluvias idénticas sobre una cuenca hidrográfica cuyas condiciones antes de la precipitación también fueran idénticas, sería de esperarse que los hidrogramas correspondientes a las dos lluvias también fueran iguales. Esta es la base del concepto de hidrograma unitario. En la realidad es muy difícil que ocurran lluvias idénticas; esta pueden variar su duración; el volumen precipitado; su distribución espacial; su intensidad.
ResponderEliminarUn hidrograma unitario es un hidrograma resultante de un escurrimiento correspondiente a un volumen unitario proveniente de una lluvia con una determinada duración y determinadas características de distribución en la cuenca hidrográfica. Se admite que los hidrograma de otras lluvias de duración y distribución semejantes presentarán el mismo tiempo de base, y con ordenadas de caudales proporcionales al volumen de fluido.
ResponderEliminarEl hidrograma se construye a partir de datos de la precipitación. El primer paso es la separación del escurrimiento subterráneo del escurrimiento superficial directo. Se calcula el volumen de fluido y se determinan las ordenadas del hidrograma unitario dividiendo las ordenadas del hidrograma directo, por la altura de escurrimiento distribuido sobre la cuenca, expresado en cm.
El hidrograma unitario resultante corresponde al volumen de un centímetro de escurrimiento. El paso final es la selección de la duración específica de una lluvia, con base en el análisis de los datos de la precipitación. Períodos de baja intensidad de precipitación en el comienzo y al final de la lluvia deben ser despreciados, ya que no contribuyen sustancialmente al escurrimiento.
Según los resultados de la investigación el HUI sobrestima los gastos de pico esto debido a ciertas razones que son estudiadas en el mismo. Por otra parte el diseñador de la obra hidráulica debe contar con la suficiente información de mediciones directas en la zona de estudio para poder estar preparado para los comportamientos futuros del régimen de escurrimiento debido a la construcción de la obra. Un modelo muy efectivo es el HUI ya que permite conocer la avenida, volumen de escurrimiento y el gasto máximo. Aunque el comportamiento de las cuencas en la naturaleza no es lineal, algunas pueden operar con un mayor grado de linealidad que otras. Sin embargo estos histogramas unitarios solamente servirán para calcular hidrogramas de escurrimiento directo cuando la duración de la precipitación efectiva sea igual a la del hidrograma unitario.
ResponderEliminaresta investigacion tiene como objetivo el estudio detallado del comportamiento de las cuencas naturales y como la tecnologia puede ser utilizada en pro del desarrollo natural de la misma sabiendo que el curso que toma no es lineal aunque deberia manejar un ciclo similar pero todo esto se ve afectado por los drasticos cambios climaticos que generan problemas que no se tratan con facilidad,el (HUI) permite que se pueda aplicar los correctivos necesarios para prevenir riesgos que puedan afectar a la comunidad y al ecosistema como tal
ResponderEliminarDebido a la gran aleatoriedad del fenómeno de las lluvias extremas y a la alta complicación de los procesos hidrológicos que la transforman en escurrimiento dentro de una cuenca, los modelos probabilísticos que permiten hacer estimaciones de gastos máximos o crecientes de diseño, con base en sus registros hidrométricos, se han establecido como la técnica más confiable. Sin embargo, el análisis probabilístico tiene dos grandes desventajas: (1) requiere de un registro de gastos máximos anuales, en el sitio del proyecto o en sus cercanías y sobre la misma corriente, y (2) únicamente permiten estimar el gasto máximo asociado a un determinado período de retorno.
ResponderEliminarLos métodos regionales permiten superar la primera desventaja al utilizar los datos hidrométricos disponibles en la zona o región geográfica del proyecto.
El diseño hidrológico de ciertas estructuras hidráulicas, como alcantarillas y puentes, bordos de protección, así como rectificaciones y encauzamientos, requiere únicamente el gasto máximo de diseño. En cambio, en otras obras hidráulicas es necesario conocer el hidrograma de la creciente 2 de diseño, para abordar su dimensionamiento hidrológico, tal es el caso de los vertedores de excedencias en los embalses y las presas de control de crecientes. Además, cuando se quiere tener una estimación del tiempo de desbordamiento, por ejemplo de un puente o de una planicie de inundación es necesario contar con el hidrograma de la creciente.
En el llamado método hidrometeorológico de estimación de crecientes, se transforma un hietograma de tormenta de diseño, que se genera para la cuenca, en un hidrograma de respuesta de ésta, mediante un modelo matemático que transforma la lluvia en escurrimiento. Este modelo de transferencia, en su forma más simple es el hidrograma unitario (HU), pero actualmente existen modelos de cuenca de eventos altamente sofisticados que requieren de calibración y validación antes de poder ser utilizados.
El concepto del hidrograma unitario (HU) fue propuesto en 1932 por Leroy K. Sherman, el cual se define como “el hidrograma de respuesta resultante de un centímetro de escurrimiento directo, generado uniformemente sobre toda la cuenca por una tormenta de intensidad uniforme con duración unitaria.” La definición y normas de aplicación del HU implican las siguientes cinco
Consideraciones:
(1) La lluvia en exceso o efectiva se distribuyen uniformemente sobre toda la cuenca y equivale a la lluvia ocurrida menos la infiltración, el almacenamiento superficial y otras pérdidas.
(2) La lluvia efectiva ocurre uniformemente durante el tiempo que dura la tormenta o duración unitaria (D).
(3) La duración base del hidrograma de escurrimiento superficial originado por cada lluvia en exceso de duración unitaria es constante.
(4) Las ordenadas del hidrograma de escurrimiento superficial son proporcionales a la cantidad de lluvia en exceso unitaria.
(5) El hidrograma de escurrimiento superficial de cada cuenca refleja todas sus características físicas únicas.
Lo anterior significa que el HU modela la respuesta de una cuenca a la lluvia como un sistema lineal, ya que se está aceptando la linealidad y la superposición de causas y efectos. Aunque el proceso de transferencia de lluvia en escurrimiento no es lineal, cuando el HU se aplica cumpliendo ciertas restricciones de tamaño de cuenca (A), de estimación de su tiempo de retraso (Tl) y de duración de la tormenta unitaria (D), conduce a estimaciones confiables.
Respecto a los cambios climaticos y a sus variaciones no podemos determinar sus cambios tenemos que usar los mas avanzados materiales y los más sencillo de los hidrogramas unitarios es el hidrograma unitario triangular, desarrollado por el Soil Conservation Service del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos.
ResponderEliminarSe aplica a cuencas pequeñas y homogéneas y produce resultados aceptables en el cálculo de caudales de creciente generados por escorrentía. La lluvia unitaria que se aplica al hidrograma es 1 mm de lluvia de exceso.
Las componentes del hidrograma unitario triangular se deducen de las características morfométricas por lo tanto tenemos que tener en cuenta todos los parámetros y sus derivaciones que influyen a todo esto.
Las nuevas tecnologías con ayuda de métodos sistematizados hace posible verdaderas obras de ingeniería capaces de hacer transformaciones del paisaje a escalas exorbitantes , permitiendo la solución de problemas ambientales y ecológicos pero contribuyendo en el ámbito social.
ResponderEliminarLos factores antropogenicos y la economía son muchas de las veces los desafíos mas grandes, la actual guerra por el centavo no nos permite progresar y no logramos ver mas claramente los avances que se obtiene a través de la tecnología-ambiental en esta era de constantes cambios.
Con el paso el tiempo, son mas los implementos y nuevas tecnologías que nos facilitan tomar decisiones acerca del clima; pero también hemos visto cambios en nuestros paisajes lo que ocasiona grandes inconvenientes a nuestros recursos principalmente el agua. El hidrograma unitario instantáneo (HUI) es el método mas utilizado en hidrología para determinar el caudal producido por una precipitación en una determinada.
ResponderEliminarLas crecientes son eventos extraordinarios que se presentan en los cauces de las corrientes naturales durante las cuales las magnitudes de los caudales superan con creces los valores medios que son normales en dichas corrientes.
ResponderEliminarEn cada caso particular se selecciona el método más apropiado para determinar los caudales de creciente, de acuerdo con la importancia del proyecto y con la calidad de la información disponible.
Los métodos de cálculo más utilizados son los siguientes:
· Análisis de frecuencias de caudales máximos registrados. Requiere de una buena serie histórica de caudales máximos instantáneos.
· Relaciones lluvia-Caudal-Cuenca . Entre estos se encuentran los siguientes:
1. Método racional.
2. Hidrogramas unitarios.
3. Fórmulas regionales.
Relaciones lluvia-cuenca.
Los métodos que se basan en la interrelación lluvia-cuenca se pueden aplicar en todos los casos. Para su correcta utilización se necesita suficiente información cartográfica, hidrometeorológica, geológica y geográfica de la región donde se localiza la cuenca el estudio.
Método Racional.
El Método Racional se aplica en cuencas homogéneas pequeñas, menores de 10 hectáreas, principalmente para drenajes de carreteras, patios, áreas rurales, etc.
Se representa con la siguiente expresión:
Q = C i A
donde "Q" es el caudal pico de la escorrentía que se genera a la salida de una cuenca de área "A" por efecto de un aguacero de intensidad constante "i", que tiene una duración igual al tiempo de concentración de la cuenca. "C" es el coeficiente de escorrentía; su valor está comprendido entre cero y uno, y depende de la morfometría de la cuenca y de su cobertura.
La fórmula es dimensional, de manera que las unidades deben utilizarse correctamente. Cuando el caudal se da en m3/s, la intensidad en mm/h y el área en km2, la expresión queda de la siguiente forma:
Q = C i A / 3.6
Hidrogramas Unitarios.
Los hidrogramas unitarios, cuando se calculan con buena información, son apropiados para el cálculo de crecientes en obras importantes, como son los aliviaderos de presas de embalse o los puentes grandes.
Un hidrograma unitario es un modelo matemático que representa la respuesta de la cuenca a la acción de una lluvia de exceso unitaria.
La lluvia de exceso es aquella parte de un aguacero que genera escorrentía superficial. Esta lluvia es unitaria cuando representa un volumen unitario de precipitación, por ejemplo 1 mm de lluvia repartida uniformemente sobre el área.
El hidrograma unitario de una cuenca se determina por medio de análisis de lluvias e hidrogramas, o a partir de sus características morfométricas.
Los siguientes son los pasos que se siguen en la aplicación del método del hidrograma unitario:
1. Síntesis de una lluvia de diseño, a partir de un análisis de intensidad-duración-frecuencia de aguaceros de corta duración.
2. Determinación de un índice de infiltración característico de la cuenca.
3. Cálculo de la lluvia de exceso a partir de la lluvia total de diseño y de la infiltración esperada.
4. Determinación del hidrograma unitario de la cuenca.
5. Aplicación de la lluvia de exceso al hidrograma unitario.
6. Interpretación de los resultados para estimar el caudal pico de creciente.
El método está limitado a cuencas homogéneas.
FÓRMULAS REGIONALES.
El uso de las Fórmulas regionales se limita a la zona en que fueron deducidas. Existen muchas fórmulas de este tipo, donde las variables más importantes son el área de la cuenca y la precipitación; los otros factores se involucran en un coeficiente regional.
Un hidrograma unitario es un hidrograma resultante de un escurrimiento correspondiente a un volumen unitario proveniente de una lluvia con una determinada duración y determinadas características de distribución en la cuenca hidrográfica. Se admite que los hidrogramas de otras lluvias de duración y distribución semejantes presentarán el mismo tiempo de base, y con ordenadas de caudales proporcionales al volumen de fluido.
ResponderEliminarSe puede construir un hidrograma unitario a partir de los datos de precipitación y de caudales referentes a una lluvia de intensidad razonablemente uniforme y sin implicaciones resultantes de lluvias anteriores o posteriores. El primer paso es la separación del escurrimiento subterráneo del escurrimiento superficial directo. Se calcula el volumen de fluido y se determinan las ordenadas del hidrograma unitario dividiendo las ordenadas del hidrograma directo, por la altura de escurrimiento distribuido sobre la cuenca, expresado en cm.
El hidrograma unitario resultante corresponde al volumen de un centímetro de escurrimiento. El paso final es la selección de la duración específica de una lluvia, con base en el análisis de los datos de la precipitación. Períodos de baja intensidad de precipitación en el comienzo y al final de la lluvia deben ser despreciados, ya que no contribuyen sustancialmente al escurrimiento.
la utilización de HUI, permite establecer y predeterminar el comportamiento de variables como las precipitaciones,la intensidad de las lluvias, este sistemas predice el volumen de agua que cae y se desplaza por la superficie para periodos futuros de 20, 30 y 50 años. Esta es una de las razones por las cuales los hidrogramas (HUI),es una herramienta fundamental para profesionales enfocados en el área ambiental.
ResponderEliminarSegún los resultados de la investigación el HUI sobrestima los gastos de pico esto debido a ciertas razones que son estudiadas en el mismo.
el HUI es mas complejo ya que requiere de mayor cantidad de datos como registros continuos de escurrimiento y de precipitación en el área de estudio y debido a toda esta recolección de datos pues este método trae mas ventajas que los otros como los son conocer la avenida, el volumen de escurrimiento entre otros.
el HUI puede relacionarse con la geomorfologia de la cuenca.
Estudios de crecientes: La importancia de la determinación de los caudales se establece en:
ResponderEliminar1. Determinar volúmenes disponibles para almacenamiento disponibles para riego, agua potable, agua industrial, turismo, actividades recreativas, etc.
2. Cuantificar los caudales mínimos, en época de estiaje, necesarios para
abastecimientos de agua potable o la navegación.
3. Calcular las crecidas de un río, las alturas máximas a las que puede llegar y definir la radicación de poblaciones urbanas, construir defensas, zonificar áreas de riesgo hídrico con distintos usos del suelo asociados a esos riesgos, etc.
El análisis de hidrogramas implica separar el caudal directo y el caudal base para su consideración en el análisis del hidrograma unitario. Para ello existen distintas metodologías basadas en la rapidez o lentitud en que se manifiesta el escurrimiento subterráneo al aparecer el escurrimiento directo producto de una precipitación.
ResponderEliminarComo regla práctica se define que desde el tiempo en que aparece el caudal máximo existen una cantidad tiempo en la cuál cesa el escurrimiento directo, y relacionado al área de la cuenca. Ese tiempo se define como N = 0,8 * A^n, siendo n asimilado a un coeficiente que normalmente tiene un valor igual a 0,2 y puede tener otros valores, y A el área de la cuenca en km2.
Todas estas herramientas novedosas son importantes para simplificar los trabajos y con niveles mas altos de precisión. Gracias al (HUI) se ha podido ser medido el nivel de escorrentia , precipitacion y ligado a esto los cambios que ha sufrido el paisaje en la zona ya que este sistema permite recoger datos a grandes escalas de tiempo y asi ver el avance positivo-negativo del ciclo hidrologico y la dinamica suelo-precipitacion .pero para resaltar el calculo mas sobresalientes de todo es la posible creciente de un rio ya que nos puede llegar a evitar catastrofes aledañas a los deltas de los rios.
ResponderEliminarLos avances tecnológicos que hemos tenido en los últimos tiempos como él (HUI) los cuales son de gran importancia para el ambiente. El concepto de hidrograma unitario (HUI), diseñado en la cuenca del río Tecolutla muestra la precipitación y escurrimiento directo, originado por un volumen de 1 mm de precipitación efectiva uniforme sobre una cuenca, la cual durante un periodo de tiempo especificado constituye la base del método más usado en el análisis del proceso lluvia-escorrentía a escala de cuenca. Además la teoría del hidrograma unitario conforma un modelo conceptual que supone a la cuenca como un sistema lineal e invariable en el tiempo en el que la entrada es la lluvia y la salida el caudal de escorrentía directa. Aunque el comportamiento de las cuencas en la naturaleza no es lineal, algunas pueden operar con un mayor grado de linealidad que otras. Sin embargo estos histogramas unitarios solamente servirán para calcular hidrogramas de escurrimiento directo cuando la duración de la precipitación efectiva sea igual a la del hidrograma unitario
ResponderEliminarLos hidrogramas unitarios solo calulan el escurrimiento directo cuando la duración de la precipitación efectiva sea igual a la del hidrograma unitario. Es por esta razón que existen varios métodos para calcular el HUI, en este caso se habla de los hidrogramas unitarios instanteneos los cuales son un pieza fundamental para el calculo del método de transito de avenidas por vasos y causes. Sin embargo este requiere de informacion arrojada por otros métodos, que es la intensidad media de lluvia efectiva y el escurrimiento directo expresado en unidades compatibles.
ResponderEliminarEl hidrograma es un gráfico que muestra la variación en el tiempo de alguna información hidrológica tal como: nivel de agua, caudal, carga de sedimentos, entre otros. para un río, arroyo, rambla o canal, si bien típicamente representa el caudal frente al tiempo; esto es equivalente a decir que es el gráfico de la descarga (L3/T) de un flujo en función del tiempo. Éstos pueden ser hidrogramas de tormenta e hidrogramas anuales, los que a su vez se dividen en perennes y en intermitentes.
ResponderEliminarPermite observar:
las variaciones en la descarga a través de una tormenta, o a través del año hidrológico:
el pico de escorrentía (caudal máximo de la avenida);
el flujo de base o aporte de las aguas subterráneas al flujo; o,
las variaciones estacionales de los caudales si se grafica un período de uno o varios años.
Un mm de precipitación significa que en una superficie de un m² ha caído un litro de agua de lluvia (1L/m²).
Los hidrogramas son útiles, entre otras cosas, para comparar los tiempos de descarga y caudales pico de varias corrientes o cuencas hidrográficas, para así conocer las diferencias entre sus capacidades de respuesta ante avenidas.
La teoría del hidrograma unitario permite estimar el caudal dada la precipitación, lo cual se puede utilizar en la predicción de crecidas. El hidrograma unitario muestra el cambio en el caudal, o flujo, por unidad de escorrentía a lo largo del tiempo a partir del exceso de precipitación. En otras palabras, el hidrograma unitario muestra cómo el caudal de un río se verá afectado con el tiempo por la adición de una unidad de escorrentía.
ResponderEliminarLa teoría del hidrograma unitario conforma un modelo conceptual que supone a la cuenca como un sistema lineal e invariable en el tiempo en el que la entrada es la lluvia y la salida el caudal de escorrentía directa. El supuesto de linealidad implica el cumplimiento de los principios de proporcionalidad y superposición.
Aunque el comportamiento de las cuencas en la naturaleza no es lineal, algunas pueden operar con un mayor grado de linealidad que otras. La hipótesis de linealidad, particularmente apropiada en el ámbito de las avenidas ocurridas en cuencas naturales, presenta la ventaja de su simplicidad y el conocimiento de los métodos matemáticos requeridos, haciéndola muy útil en la aplicación de la ingeniería de proyectos de estructuras hidráulicas.
Los hidrogramas unitarios pueden deducirse de registros de precipitaciones y de caudales de escorrentía en una cuenca, utilizando diversas técnicas. Se presentan las bases teóricas junto con la formulación matemática de diversos métodos de estimación de las ordenadas del HU como lo son la Programación lineal, Mínimos cuadrados, Mínimos cuadrados suavizados y el Modelo conceptual de Nash.
Los cuatro métodos se aplican a cuatro episodios de lluvia-escorrentía registrados en una cuenca real para deducir el HU de cada uno de los aguaceros. Los resultados obtenidos por cada método son comparados en base a cada uno de los hidrogramas unitarios estimados y a la capacidad de reproducir los hidrogramas de escorrentía directa registrados. El estudio comparativo se realiza analizando algunos valores característicos de los hidrogramas como los caudales punta, Up y Qp, del HU y del hidrograma reproducido, respectivamente, el tiempo en que tiene lugar el caudal punta, tp, y el volumen total de escorrentía dado por el HU (1 mm de escorrentía) y el dado por el hidrograma calculado (total de precipitación efectiva que lo origina).
ResponderEliminarLas crecientes son eventos extraordinarios que se presentan en los cauces de las corrientes naturales durante las cuales las magnitudes de los caudales superan con creces los valores medios que son normales en dichas corrientes.
En cada caso particular se selecciona el método más apropiado para determinar los caudales de creciente, de acuerdo con la importancia del proyecto y con la calidad de la información disponible.
Los métodos de cálculo más utilizados son los siguientes:
•Análisis de frecuencias de caudales máximos registrados. Requiere de una buena serie histórica de caudales máximos instantáneos.
•Relaciones lluvia-Caudal-Cuenca. Entre estos se encuentra
Hidrogramas unitarios
Los hidrogramas unitarios, cuando se calculan con buena información, son apropiados para el cálculo de crecientes en obras importantes, como son los aliviaderos de presas de embalse o los puentes grandes.
Un hidrograma unitario es un modelo matemático que representa la respuesta de la cuenca a la acción de una lluvia de exceso unitaria.
La lluvia de exceso es aquella parte de un aguacero que genera escorrentía superficial. Esta lluvia es unitaria cuando representa un volumen unitario de precipitación, por ejemplo 1 mm de lluvia repartida uniformemente sobre el área.
El hidrograma unitario de una cuenca se determina por medio de análisis de lluvias e hidrogramas, o a partir de sus características morfométricas.
Los siguientes son los pasos que se siguen en la aplicación del método del hidrograma unitario:
1. Síntesis de una lluvia de diseño, a partir de un análisis de intensidad-duración-frecuencia de aguaceros de corta duración.
2. Determinación de un índice de infiltración característico de la cuenca.
3. Cálculo de la lluvia de exceso a partir de la lluvia total de diseño y de la infiltración esperada.
4. Determinación del hidrograma unitario de la cuenca.
5. Aplicación de la lluvia de exceso al hidrograma unitario.
6. Interpretación de los resultados para estimar el caudal pico de creciente.
El método del hidrograma unitario es uno de los métodos utilizados en hidrología, para la determinación del caudal producido por una precipitación en una determinada cuenca hidrográfica.
ResponderEliminarSi fuera posible que se produjeran dos lluvias idénticas sobre una cuenca hidrográfica cuyas condiciones antes de la precipitación también fueran idénticas, sería de esperarse que los hidrogramas correspondientes a las dos lluvias también fueran iguales. Esta es la base del concepto de hidrograma unitario. En la realidad es muy difícil que ocurran lluvias idénticas; esta pueden variar su duración; el volumen precipitado; su distribución espacial; su intensidad.
Un hidrograma unitario es un hidrograma (Q = f (t)) resultante de un escurrimiento correspondiente a un volumen unitario (1 cm, mm, plg,... de lluvia por la cuenca) proveniente de una lluvia con una determinada duración y determinadas características de distribución en la cuenca hidrográfica. Se admite que los hidrogramas de otras lluvias de duración y distribución semejantes presentarán el mismo tiempo de base, y con ordenadas de caudales proporcionales al volumen de fluido.
Se puede construir un hidrograma unitario a partir de los datos de precipitación y de caudales referentes a una lluvia de intensidad razonablemente uniforme y sin implicaciones resultantes de lluvias anteriores o posteriores. El primer paso es la separación del escurrimiento subterráneo del escurrimiento superficial directo. Se calcula el volumen defluido (representada por el área ABCD de la figura) y se determinan las ordenadas del hidrograma unitario dividiendo las ordenadas del hidrograma directo, por la altura de escurrimiento distribuido sobre la cuenca, hdistribuido, expresado en cm.
El hidrograma unitario resultante corresponde al volumen de un centímetro de escurrimiento. El paso final es la selección de la duración específica de una lluvia, con base en el análisis de los datos de la precipitación. Períodos de baja intensidad de precipitación en el comienzo y al final de la lluvia deben ser despreciados, ya que no contribuyen sustancialmente al escurrimiento.
Los hidrogramas de escurrimiento directo permiten calcular hidrogramas unitarios que permitirá pronosticar el gasto máximo que se presentará ante una precipitación efectiva. Sin embargo, estos hidrogramas unitarios solamente servirán para calcular hidrogramas de escurrimiento directo cuando la duración de la precipitación efectiva sea igual a la del hidrograma unitario.
ResponderEliminarExisten varios tipos de métodos para calcular el HUI, a través de: Convolución Integral, Modelos Conceptuales, Curva Tiempo-Área, los cuales permitirán pronosticar avenidas, con sólo proporcionarle al método la lluvia efectiva y el hidrograma de escurrimiento.
En esta investigación se utiliza el hidrograma unitario instantáneo (HUI) para conocer la avenida de diseño en la estación El Remolino, ubicada en la cuenca del río Tecolutla. Para conocer la avenida de diseño se utilizó la información pluviométrica de 24 estaciones, localizadas dentro y en las cercanías de la cuenca, para el periodo 1961- 1999, de éste se seleccionaron las 16 tormentas más intensas registradas en la cuenca, cuyo gasto máximo generado fue mayor a 3 000 m³/s. Los hidrogramas de diseño se obtuvieron utilizando las precipitaciones máximas en 24 horas, para los periodos de retorno de 25, 50 y 100 años. Se encontró que el hidrograma de diseño para 25 años tendría un gasto de pico de 21 053.7 m³/s, para 50 años de 23 653.5 m³/s y para 100 años de 26 281.4 m³/s. Estos resultados indican que el HUI sobreestima los gastos de pico, esto puede deberse a que las tormentas de diseño utilizadas tienen una duración en exceso de cuatro días, y precipitaciones en exceso de 495.4, 557.2 y 618.6 mm, respectivamente, para los periodos de retorno utilizados. Finalmente, los gastos estimados, con el HUI, y los gastos registrados mostraron un coeficiente R²=0.956, el cual muestra la efectividad del modelo propuesto.
ResponderEliminarLa modelación matemática de la hidrología de cuenca tiene gran importancia en la interpretación de las interacciones dinámicas producidas entre los sistemas climáticos, terrestres, edafológicos, litológicos e hidrosféricos. La modelación se ha convertido en una componente esencial del manejo integral del recurso hídrico y del medio ambiente. Como se demuestra, los modelos hidrológicos han sido aplicados de manera creciente para dirigirse un gran rango de problemas sociales y de desarrollo que incluyen agua, energía, medio ambiente y ecología.
ResponderEliminarCon el transcurso de los años los problemas ambientales y del recurso hídrico se han vuelto cada vez más complejos intensificando las demandas por soluciones más globales. Estos retos se han enfrentado con la utilización de modelos más sofisticados que no sólo simulan la hidrología de cuenca en una forma detallada, sino que simulan otras componentes del sistema ambiental e hídrico por un lado y el sistema socio-económico por el otro. Además, estos modelos están integrados con Sistemas de Información Geográfica para el manejo de bases de datos y la utilización directa de datos obtenidos de sensores remotos , produciendo resultados de fácil interpretación y utilización por parte de tomadores de decisiones.
Tomado de: libro de diseño hidrológico de Pedro C. Fernández.
El hidrograma de una corriente, es la representación gráfica de las variaciones del caudal con respecto al tiempo, arregladas en orden cronológico en un lugar dado de la corriente. El área bajo el hidrograma, es el volumen de agua que ha pasado por el punto de aforo, en el intervalo de tiempo expresado en el hidrograma. Es muy raro que un hidrograma presente un caudal sostenido y muy marcado, en la práctica la forma irregular de la cuenca, la heterogeneidad espacial y temporal de la lluvia, la influencia de las infiltraciones, etc, conducen a hidrogramas de uno o muchos picos (caudal máximo).
ResponderEliminarEl hidrograma unitario, es un hidrograma típico de la cuenca. Como las características fisiográficas de la cuenca (área, forma, pendiente, etc.) son relativamente constantes, cabe esperar una considerable similitud en la forma de los hidrogramas, correspondientes a precipitaciones de características similares (duración, intensidad, distribución, cantidad de escurrimiento, etc.).
Las características de un hidrograma ya definidas en el tema del ciclo hidrológico y en el agua en la zona no saturada del suelo, parte de la base de generada una precipitación, ésta puede dividirse en precipitación en exceso, e infiltración, que se traducen en los componentes del escurrimiento: superficial, subsuperficial y subterráneo, o escurrimientos directo y de base. El análisis de hidrogramas implica separar el caudal directo y el caudal base para su consideración en el análisis del hidrograma unitario. Para ello existen distintas metodologías basadas en la rapidez o lentitud en que se manifiesta el escurrimiento subterráneo al aparecer el escurrimiento directo producto de una precipitación.
Las características de un hidrograma ya definidas en el tema del ciclo
ResponderEliminarhidrológico y en el agua en la zona no saturada del suelo, parte de la base de generada una precipitación, ésta puede dividirse en precipitación en exceso, e infiltración, que se traducen en los componentes del escurrimiento: superficial, subsuperficial y subterráneo, o escurrimientos directo y de base.
El análisis de hidrogramas implica separar el caudal directo y el caudal base para su consideración en el análisis del hidrograma unitario. Para ello existen distintas metodologías basadas en la rapidez o lentitud en que se manifiesta el escurrimiento subterráneo al aparecer el escurrimiento directo producto de una precipitación.
Como regla práctica se define que desde el tiempo en que aparece el caudal máximo existen una cantidad tiempo en la cuál cesa el escurrimiento directo, y relacionado al área de la cuenca.
de:http://ing.unne.edu.ar/pub/TEMA%20VII.pdf
Teniendo en cuenta el presente artículo se tiene como objetivos las modificaciones que se han presentado en el ciclo hidrológico y los daños que esto ha ocasionado a la corteza terrestre y los riesgos que tienen a la hora de construir una obra hidráulica. Evaluando parámetros como precipitación, ubicación, lluvias, escurrimiento y cuencas. Con todas las gráficas mostradas en este artículo se obtienen los pronósticos, cálculos y diseños de una obra hidráulica y su importancia al momento de prevenir y disminuir los riesgos de una población en caso de inundación
ResponderEliminarLa teoría del hidrogama unitario constituye uno delos principales métodos mas utilizados en la practica de la ingeniería en la fase de planificación diseño y proyecto de estructuras hidráulicas.
ResponderEliminarel HUI es complejo ya que requiere una gran cantidad de datos como requisitos continuos de precipitación.
Hidrograma Unitario: Curva básica de respuesta a una unidad de precipitación que describe la forma en que una cuenca devuelve un ingreso de lluvia distribuido en el tiempo. Se basa en el principio de que dicha relación entrada-salida es lineal, es decir, que pueden sumarse lineal mente. Se construye con base en un "Hidrograma en S" que a su vez se construye desglosando varias tormentas y sus histogramas reales producidos.
En algunos casos es necesario determinar el volumen total del escurrimiento superficial generado por una lluvia en un tiempo determinado. Sin embargo es más frecuente el caso en que se requiere conocer el caudal máximo instantáneo de una determinada avenida. Otras veces se requiere un conocimiento completo del hidrograma, es decir la variación en el tiempo del caudal en una determinada sección en la cual se pretende construir una obra hidráulica o proteger un bien existente.
Hidrograma Unitario (Sherman, 1932; Horton, 1933)
ResponderEliminarEl hidrograma que resulta de 1 -mm de lluvia exceso (o 1 pulgada o 1 cm) distribuido uniformemente en espacio sobre un área para una duración dada.
Los puntos clave:
*1-mm de lluvia EXCESO
*La lluvia exceso está distribuída uniformemente en espacio sobre un área
*La lluvia exceso tiene una duración asociada
Supuestos del Hidrograma Unitario (Aparicio, p. 209)
*Excesos de Lluvia de igual duración producen hidrogramas con tiempos bases equivalentes sin importar la intensidad de la lluvia
*Las ordenadas del escurrimiento directo para una tormenta de una duración dada se suponen directamente proporcionales (lineales) a los volúmenes de exceso de lluvia. Por lo tanto el doble de exceso de lluvia produce el doble de las ordenadas del hidrograma.
*Superposición de causas y efectos. El hidrograma que resulte de un periodo de lluvias puede superponerse a hidrogramas resultantes de lluvias previas o posteriores.
Métodos para determinar el Hidrograma Unitario
• Tradicional: A partir de datos de precipitación y aforos
• Sintéticos – Soil Conservation Service (SCS) ó método del número de curva – Snyder 18 – Time-Area (Clark, 1945)
Tomado de:http://www.chapingo.mx/irrigacion/planest/documentos/apuntes/hidrologia_sup/HIDRO_UNITARIO.pdf
Para poder entender el hidrograma unitario sintético de Gray es importante aclarar algunos conceptos relacionados. En primer lugar, es importante mencionar que un hidrograma unitario de una cuenca es el que se produciría en la salida de una cuenca si sobre ella se produjera una precipitación de magnitud y duración determinadas. Por ejemplo, un milímetro en una hora. Si disponemos de este hidrograma para una cuenca determinada, podremos construir el hidrograma producido por cualquier precipitación. Si por ejemplo llueven 2 milímetros durante una hora, bastará multiplicar por dos las ordenadas de todos los puntos del hidrograma. Análogamente, si disponemos del hidrograma unitario para esa cuenca y llueve 1 milímetro durante dos horas, bastará con dibujar dos hidrogramas unitarios desplazados1 hora en sentido horizontal y sumar las ordenadas de sus puntos. Estas propiedades son las propiedades de afinidad y aditividad de un hidrograma unitario.
ResponderEliminarPor otra parte, los hidrogramas unitarios sintéticos son elaborados basándose en estimaciones de coeficientes relacionados con diversas características físicas de una cuenca. En el caso del método de Gray, este utiliza la función Gamma para modelar el hidrograma unitario sintético.
En Hidrología se emplean los modelos lineales para el análisis de la respuesta de una cuenca a la lluvia. La teoría del hidrograma unitario constituye uno de los métodos más utilizados en la práctica de la ingeniería en la fase de planificación, diseño y proyecto de estructuras hidráulicas. Se presentan los fundamentos teóricos de cuatro métodos lineales para la deducción del hidrograma unitario o respuesta pulso de una cuenca: Programación lineal, mínimos cuadrados, método de regularización o de mínimos cuadrados suavizados, y modelo de Nash. Los cuatro métodos son aplicados con datos de diversos episodios de lluvia-escorrentía registrados en una cuenca real. Los hidrogramas unitarios estimados junto con los hidrogramas de escorrentía directa calculados son analizados y comparados
ResponderEliminarLa teoría del hidrograma unitario conforma un modelo conceptual que supone a la cuenca como un sistema lineal e invariable en el tiempo en el que la entrada es la lluvia y la salida el caudal de escorrentía directa. El supuesto de linealidad implica el cumplimiento de los principios de proporcionalidad y superposición. Aunque el comportamiento de las cuencas en la naturaleza no es lineal, algunas pueden operar con un mayor grado de linealidad que otras. La hipótesis de linealidad, particularmente apropiada en el ámbito de las avenidas ocurridas en cuencas naturales, presenta la ventaja de su simplicidad y el conocimiento de los métodos matemáticos requeridos, haciéndola muy útil en la aplicación de la ingeniería de proyectos de estructuras hidráulicas.
ResponderEliminarEs de gran importancia el concepto de HUI ya que nos ha permitido ver como la contaminación y los paisajes han cambiado y esto se ve reflejado en las alteraciones del clima y del ciclo hidrológico y por tanto en la vida humana ya que en un tiempo futuro si no tomamos correctivos desde ahora el agua nos será un recurso de difícil acceso. Estas investigaciones se hacen con el fin de encontrar soluciones acertadas y conocer el porqué de la baja calidad de agua de las corrientes principales, baja eficiencia en el uso del agua de riego, etc. Cuándo se desea diseñar cualquier estructura sobre una cuenca hidrográfica se debe conocer la durabilidad, intensidad y frecuencia de las tormentas en los últimos años, de esto depende que el modelo propuesto sea exitoso y efectivo.
Para el análisis del la variación de los caudales debido a la escorrentía se utiliza le hidrograma. El hidrograma se define como la gráfica que relaciona la variación del caudal de una fuente a medida que transcurre el tiempo.
ResponderEliminarn hidrograma unitario es un hidrograma (Q = f (t)) resultante de un escurrimiento correspondiente a un volumen unitario (1 cm, mm, plg,... de lluvia por la cuenca) proveniente de una lluvia con una determinada duración y determinadas características de distribución en la cuenca hidrográfica. Se admite que los hidrogramas de otras lluvias de duración y distribución semejantes presentarán el mismo tiempo de base, y con ordenadas de caudales proporcionales al volumen de fluido.
Se puede construir un hidrograma unitario a partir de los datos de precipitación y de caudales referentes a una lluvia de intensidad razonablemente uniforme y sin implicaciones resultantes de lluvias anteriores o posteriores. El primer paso es la separación del escurrimiento subterráneo del escurrimiento superficial directo. Se calcula el volumen defluido (representada por el área ABCD de la figura) y se determinan las ordenadas del hidrograma unitario dividiendo las ordenadas del hidrograma directo, por la altura de escurrimiento distribuido sobre la cuenca, hdistribuido, expresado en cm.