El Hidrograma
MaRyGaBy1021 de Abril de 2013
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El hidrograma es un gráfico que muestra la variación en el tiempo de alguna información hidrológica tal como: nivel de agua, caudal, carga de sedimentos, etc. para un río, arroyo 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.
Hidrograma de tormenta debido a la lluvia recibida en la cuenca.
Permite 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.
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.
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 linealmente. Se construye con base en un "Hidrograma en S" que a su vez se construye desglosando varias tormentas y sus hidrogramas reales producidos.
Hidrograma Sintético: Hidrógrama unitario estimado de acuerdo con fórmulas que incluyen parámetros físicos de la cuenca en estudio como área, longitud del cauce principal, pendiente promedio y otros. Son los hidrogramas sintéticos más conocidos: el Triangular del USDA, el de Schneider, el de Clark.
2.- FORMA Y ANALISIS DEL HIDROGRAMA:
100
100
Capacidad de infiltración f y volumen
infiltrado F, para dos tipos de arcillas.
75
75
F
50
50
25
25
f
f
F
0
0
0
1
2
3
4
5
6
Tiempo en horas
Figura No. II-15
2. Factores que afectan la capacidad de infiltración de un suelo.
a) Contenido de humedad del suelo. La capacidad de infiltración está relacionada
con el “déficit de humedad” del suelo; cuando este déficit es máximo la
capacidad de infiltración también. Su efecto se observa en la Figura No. II-16.
b) Compactación debido a la lluvia. Tiene un efecto considerable especialmente en
suelos de textura fina.
c) Arrastre de material fino desde la superficie hasta el suelo. Disminuye el
volumen de vacíos del suelo.
d) Compactación. Debido a los animales y a la intervención humana.
e) Presión. Se refiere a la presión ejercida por el aire que queda atrapado entre los
poros del suelo.
Los 5 factores enunciados producen disminución en la capacidad de infiltración;
existen también otros factores que favorecen la infiltración:
f) Arado de la tierra.
g) Formación de grietas por efecto de la acción de las raíces de las plantas.
f
Capacidad de
Suelo inicialmente seco
infiltración
(mm/hr)
Suelo inicialmente húmedo
Tiempo (hr)
Figura No. II-16
Efecto de la humedad del suelo sobre la capacidad de infiltración
3. Determinación de la infiltración
La capacidad de infiltración de un suelo puede determinarse:
a) Mediante el uso de infiltrómetros.
b) Mediante análisis de hidrogramas.
a) Infiltrómetros: Retrata de anillos metálicos de dimensiones especificadas que se
hincan parcialmente en el terreno y con ayuda de los cuales se mide la rata de descenso
de un volumen conocido de agua que se infiltra en el suelo. Las mediciones hechas con
infiltrómetros no pueden ser representativas de un área extensa y solamente pueden
utilizarse para estudios locales en los puntos de colocación de los aparatos. No se
recomienda para problemas de diseño porque tienen las siguientes desventajas:
i.
Al colocar los infiltrómetros se altera el terreno.
ii.
El recorrido del agua dentro del suelo no es el mismo cuando se usa el
infiltrómetro que cuando el agua que se infiltra está repartida en un área
considerable debido a que el área del infiltrómetro es muy pequeña. Este
problema ha tratado de obviarse utilizando 2 anillos concéntricos en lugar de
uno de tal manera que se obligue al agua que se infiltra por el anillo interior
a seguir una trayectoria vertical durante un tramo relativamente largo.
iii.
Las condiciones de llegada de agua lluvia al suelo no se tienen en cuenta por
lo general al utilizar infiltrómetros. La utilización de simuladores de lluvia,
aunque no muy generalizado, tiene en cuenta este aspecto porque el efecto
de compactación del suelo debido al choque de las gotas de agua no puede
despreciarse.
iv.
Si el suelo no es homogéneo es muy posible que se coloque el infiltrómetro
en un sitio que tenga grietas o fallas lo cual hace que la capacidad de
infiltración medida no tenga ninguna relación con la capacidad real.
b) Análisis de hidrogramas: En cuencas muy pequeñas (1 a 5 Ha) es posible determinar
curvas de infiltración de la forma ya mencionada:
(
)kt
C
O
C
f
f
f
f
−
−
+
=
analizando el
hidrograma que corresponde a la sección de salida de la hoya y la lluvia que lo produjo.
Estas curvas pueden aplicarse posteriormente a lluvias que caigan en condiciones
similares para separar el volumen de precipitación que produce escorrentía del volumen
que se infiltra. El método para dibujar tales curvas se debe a Horner y Lloyd, y es
explicado por Wisler and Brater (Hydrology, 2nd Edition pp. 113-117).
Cuando se trata de hoyas hidrográficas de mayor extensión es preferible utilizar valores
medios por cuanto la determinación de una curva de infiltración representativa de toda
la hoya no ofrece confianza. Entre estos valores medios se encuentran los denominados:
Índices de Infiltración, Ratas de pérdida y Ratas de retención. De ellos se habla más
adelante.
E. La forma del Hidrograma
Cuando se trata de hacer un estudio de precipitaciones y caudales en una cuenca
hidrográfica es conveniente tomar los registros de caudal en la sección de salida de la
corriente de agua o en una sección próxima localizada de aguas arriba. Las variaciones
del caudal (Q) con el tiempo (t) tal como se deducen de tales registros son, por lo
general, irregulares y reflejan las diferentes características de la lluvia y de la hoya. Si
las lluvias que producen aumentos del caudal o “crecientes” se presentan en la forma de
aguaceros poco espaciados entre sí, con intensidades y duraciones diferentes, el gráfico
que representa la variación del caudal tendrá un aspecto parecido al de la
Figura No. II-17 que se conoce como “Hidrograma Compuesto”, pero si la “creciente”
es causada por una sola lluvia que cae luego de un período seco de algunos días se
obtiene un “Hidrograma aislado” (Figura No. II-17). Los análisis de hidrogramas se
hacen siempre con Hidrogramas aislados que se escogen convenientemente del registro
que se tenga, y es aconsejable hacer estudios separados por lo menos para 10
hidrogramas. Existen técnicas que permiten descomponer un “hidrograma compuesto”
en varios hidrogramas aislados pero los resultados son imprecisos y solamente deben
utilizarse cuando no haya otra alternativa.
1. Características principales. En general, un hidrograma tiene la forma de una campana
asimétrica (Figura No. II-17) con los siguientes puntos notables:
a) El punto donde comienza a aumentar el caudal, que se identifica fácilmente al
observar el hidrograma (Punto A de la Figura No. II-17) y se presenta un poco después
de la iniciación de la lluvia. Cuando el área cubierta por la precipitación contiene la
sección de registro del hidrograma el aumento del caudal comienza a notarse desde el
mismo instante de iniciación de la lluvia debido al efecto del agua que cae directamente
sobre el cauce, pero si la lluvia cae sobre un área localizada aguas arriba de la sección
deberá transcurrir un tiempo suficiente para que la escorrentía superficial llegue al sitio
de registro.
b) El punto de inflexión de la curva de ascenso del hidrograma o curva de
concentración (Punto B de la Figura No. II-17). Se determina gráficamente y marca el
comienzo de la cresta del hidrograma. Durante el tiempo de duración de la curva de
concentración solo tres componentes del hidrograma están contribuyendo a la
alimentación del caudal. Estas componentes son: Escorrentía superficial directa, PRECIPITACION DIRECTA SOBRE LA CORRIENTEY AGUA SUBTERRANEA. EL EFECTO DEL FLUJO SUPERFICIAL
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