FUNDAMENTOS DE HIDROLOGÍA DE SUPERFICIE [PDF]
Autor: Francisco Javier Aparicio Mijares
Primera Edición
PRESENTACIÓN
El presente texto es resultado de la impartición, durante cinco años, del curso de hidrología en la Universidad Nacional Autónoma de México. Responde a la necesidad existente de un texto a nivel básico sobre hidrología de superficie escrito en español y adaptado a las particulares condiciones de México e Hispanoamérica.
El texto está escrito a nivel básico, de manera que sea accesible tanto a estudiantes como a profesionales interesados en la hidrología. Por ello, se han evitado deliberadamente los planteamientos teóricos y complejos y se ha procurado no perder de vista los aspectos globales de los problemas hidrológicos prácticos. El contenido de la obra es igual al que se imparte en el curso semestral a nivel profesional en carreras tales como ingeniero civil, ingeniero agrónomo o ingeniero hidrólogo. Es útil como introducción a cursos de posgrado y como obra de consulta para profesionales de ingeniería y geografía.
A pesar del carácter fundamental del libro, se han incluido ciertos temas que usualmente no se imparten a nivel profesional, como el de nociones de hidrometeorología (apartado 6.1) y elementos de una teoría de la infiltración (apartado 7.3), que es necesario impulsar en nuestro medio. El libro supone un conocimiento previo en matemáticas elementales y fundamentos de estadística. En este último aspecto, sin embargo, es común que los cursos básicos de estadística en ingeniería tengan un enfoque ligeramente diferente al de la hidrología; en este sentido, la obra incluye los conceptos fundamentales de probabilidad y estadística orientados a la hidrología, en el apartado 9.1, Y los de regresión y correlación, en el apéndice B.
El orden de los temas acaso parezca extraño a los profesores de hidrología que acostumbran impartir su curso describiendo en primer lugar cada uno de los componentes del ciclo hidrológico por separado, y posteriormente sus relaciones y aplicaciones a problemas prácticos. Mi experiencia docente me indica que esa manera de impartir el curso resulta tediosa para los estudiantes acostumbrados a imaginar obras y buscar aplicaciones casi inmediatas de los cursos teóricos. Por ello se ha elaborado la obra tomando el capítulo cinco (almacenamiento y tránsito en vasos y cauces), que es el de mayor interés práctico, como centro de atención y rodeándolo del resto de los temas. El orden adoptado, además, permite que los estudiantes desarrollen todo un proyecto hidrológico a lo largo del curso.
CONTENIDO
1. Introducción
1.1 Definición y objetivo de la hidrología
1.2 Breve reseña histórica
1.3 El ciclo hidrológico
2. LA CUENCA HIDROLÓGICA
2.1 Concepto de cuenca
2.2 Características de la cuenca y los cauces
3. ESCURRIMIENTO
3.1 Fuentes de los diferentes tipos de escurrimiento
3.2 Hidrogramas y su análisis
3.3 Aforo
3.3.1 Sección de control
3.3.2 Relación sección-pendiente
3.3.3 Relación sección-velocidad
3.3.4 Otros métodos
3.3.5 Curvas elevaciones-gastos
3.3.6 Condiciones que debe reunir una estación hidrométrica
4. EVAPORACIÓN Y TRANSPIRACIÓN
4.1 Evaporación
4.1.1 Fórmulas empíricas
4.1.2 Balance de energía
4.1.3 Balance de agua
4.1.4 Medición de la evaporación
4.2 Evapotranspiración o uso consuntivo
4.2.1 Método de Thorntwaite
4.2.2 Método de Blaney-Criddle
4.2.3 Extracciones de un almacenamiento para riego
5. ALMACENAMIENTO Y TRÁNSITO EN VASOS Y CAUCES
5.1 Tipos de almacenamientos y sus características
5.2 Estimación del volumen útil y el NAMO
5.3 Funcionamiento de vasos
5.3.1 Entradas al vaso
5.3.2 Salidas del vaso
5.3.3 Procedimiento de cálculo
5.3.4 Entradas
5.3.5 Salidas
5.4 Tránsito de avenidas en vasos
5.4.1 Método semigráfico
5.4.2 Método numérico
5.5 Tránsito de avenidas en cauces
5.5.1 Método de Muskingum
6. PRECIPITACIÓN
6.1 Nociones de hidrometeorología
6.1.1 Definiciones
6.1.2 Contenido de vapor de la atmósfera. Agua precipitable
6.1.3 Vientos
6.1.4 Modelos de lluvia
6.2 Medición de la precipitación
6.3 Análisis de los datos de precipitación
6.3.1 Lluvia media
6.3.2 Curva masa media
6.3.3 Deducción de datos faltantes
6.3.4 Ajuste de registros de precipitación por cambios en las condiciones de medición
6.3.5 Curvas altura de precipitación-área-duración (hp-A-d)
6.3.6 Trasposición de tormentas
6.3.7 Curvas intensidad-duración-periodo de retorno (i-d-T)
6.3.8 Comentario final
7. INFILTRACIÓN
7.1 Definición y descripción del proceso de infiltración
7.1.1 Conceptos generales
7.1.2 Descripción del proceso de infiltración
7.1.3 Factores que afectan la capacidad de infiltración
7.2 Métodos empíricos
7.2.1 Criterio de la capacidad de infiltración media
7.2.2 Criterio del coeficiente de escurrimiento
7.2.3 Criterio del United States Soil Conservation Service (USSCS)
7.2.4 Criterio del índice de precipitación antecedente
7.2.5 Método de los números de escurrimiento
7.2.6 Otros métodos
7.3 Elementos de una teoría de la infiltración
7.4 El concepto del potencial en el frente húmedo
7.5 Medición de la infiltración
8. RELACIONES LLUVIA-ESCURRIMIENTO
8.1 Métodos de envolvente
8.2 La fórmula racional
8.3 Hidrograma unitario
8.3.1 Hidrograma unitario tradicional
8.3.2 Curva S
8.3.3 Métodos matriciales. Hidrograma unitario instantáneo
8.3.4 Hidrogramas unitarios sintéticos
9. PROBABILIDAD Y ESTADÍSTICA EN HIDROLOGÍA
9.1 Conceptos fundamentales de probabilidad y estadística
9.1.1 Probabilidad y sus axiomas
9.1.2 Funciones de probabilidad
9.1.3 Periodo de retorno
9.2 Funciones de distribución de probabilidad usadas en hidrología
9.2.1 Distribución normal
9.2.2 Distribución lognormal
9.2.3 Distribución Pearson III o Garnma de tres parámetros
9.2.4 Distribución Gumbel
9.2.5 Funciones de distribución para dos poblaciones
9.3 Límites de aplicabilidad y selección de la función de distribución de probabilidad
9.3.1 Análisis gráfico
9.3.2 Método del error cuadrático mínimo
9.3.3 Pruebas de bondad del ajuste
9.3.4 Selección de la función de distribución
9.3.5 Límites de aplicabilidad
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