FUNDAMENTOS DE HIDROLOGÍA APLICADA [PDF]
Autor: Ludwig Stowhas B.
Universidad Tecnológica Federico Santa María
La Hidrología puede definirse como la ciencia que tiene que ver con el origen, distribución, circulación y propiedades del agua en su estado natural y sus relaciones con el medio ambiente. Es considerada, en consecuencia, como una Ciencia de la Tierra y parte de la Geografía Física.
Sin embargo, considerando que de una u otra forma, el agua se presenta en manifestaciones múltiples en distintas partes del planeta, su estudio no es exclusivo de la hidrología, existiendo múltiples interrelaciones entre ella y otras Ciencias de la Tierra que le son afines, tales como la Meteorología, Geología, Oceanografía, Limnología y otras.
Por otra parte, si bien es cierto que la Hidrología puede ser estudiada y considerada como una ciencia pura, de carácter más bien descriptivo y cualitativo, no es menos cierto que existen importantes aplicaciones de ella a otras disciplinas más cuantitativas, tales como la Agronomía, Ingeniería en general e Ingeniería Hidráulica en particular, donde aparecen métodos y procedimientos aplicados especiales que configuran lo que algunos autores han denominado Ingeniería Hidrológica.
En este contexto, aparecen una serie de herramientas matemáticas, métodos y procedimientos empleados en Hidrología, que provienen de otras disciplinas, marcando su dependencia, entre otras, respecto a la Mecánica y Física de Suelos, Mecánica de Fluidos e Hidráulica, Estadística Matemática, Análisis Matemático y Análisis de Sistemas. Aún así, muchos de los métodos y procedimientos de la hidrología le son en general propios y sólo aplicables a sus fines y objetivos.
De lo anteriormente expuesto se deduce que existe una amplia gama de enfoques y aproximaciones al estudio de la Hidrología que van desde su visión como una disciplina eminentemente descriptiva hasta su visión como una especialidad de la ingeniería.
El presente texto está orientado especialmente a las aplicaciones ingenieriles de la Hidrología.
CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN
1.1. Definición y Alcance de la Hidrología
1.2. Hidrología e Ingeniería
1.3. Disponibilidad del Recurso Agua
1.4. El Ciclo Hidrológico
1.5. Ecuación General de Balance Hidrológico
2. ELEMENTOS DE CLIMATOLOG´IA Y METEOROLOGÍA
2.1. Radiación
2.1.1. Leyes de Radiación
2.1.2. Medición de la Radiación
2.1.3. Radiación de Onda Corta
2.1.4. Balance de Radiación
2.2. Temperatura y Estratificación Térmica de la Atmósfera
2.2.1. Distribución de Temperaturas
2.2.2. Medición de Temperaturas
2.3. Humedad Atmosférica
2.3.1. Leyes B´asicas
2.3.2. Ley de Clausius - Clapeyron
2.3.3. Variables para Cuantificar la Humedad Atmosférica
2.3.4. Medición de la Humedad Atmosférica
2.4. Elementos de Estática y Termodinámica Atmosférica
2.4.1. Hidrostática de la Atmósfera
2.4.2. Atmósfera Isotérmica
2.4.3. Atmósfera de Gradiente Térmico Constante
2.4.4. Gradiente Adiabático Seco
2.4.5. Gradiente Adiabático Húmedo
2.4.6. Estabilidad Atmosférica
2.5. Altura de Agua Precipitable de la Atmósfera
2.6. Procesos de Intercambio de Energía y Masa en la Atmósfera
2.6.1. Procesos de Intercambio Turbulento de Calor y Masa
2.6.2. Transporte Latitudinal de Energía
2.6.2.1. Vientos
2.6.3. Circulación General de la Atmósfera
2.6.3.1. Corrientes Marinas
2.6.4. El Fenómeno ENOS, El Niño - Oscilación del Sur
3. EVAPORACI´ON Y EVAPOTRANSPIRACION
3.1. Definiciones
3.2. Factores que Afectan la Evaporación
3.2.1. Poder Evaporante de la Atmósfera
3.2.2. Características de la Superficie Evaporante
3.2.3. Disponibilidad de Agua
3.3. Evaporación de Suelos y Transpiración Vegetal
3.4. Medición de la Evaporación
3.4.0.1. Evaporímetros de Estanque
3.4.1. Evaporímetro de Papel Poroso
3.4.2. Evaporímetro de Porcelana Porosa o Atmómetro
3.5. Estimación de la Evaporación y Evapotranspiración
3.5.1. Fórmula de Thornthwaite-Holzman o Método Aerodinámico
3.5.2. Método del Balance de Energía o Fórmula de Bowen
3.5.3. Fórmulas Combinadas
3.5.3.1. Fórmula de Mc Ilroy
3.5.3.2. Formula de Penman
3.5.4. Fórmulas Basadas en la Ley de Dalton
3.5.4.1. Fórmula del Lago Hefner
3.5.4.2. Fórmula de los Servicios Hidrológicos de la ex URSS
3.5.4.3. Fórmula de Meyer
3.5.5. Fórmulas Climatológicas
3.5.5.1. Fórmula de Turc
3.5.5.2. Método de Thornthwaite
3.6. Evaporación desde Salares
3.7. Evaporación desde Superficies de Hielo o Nieve
3.8. Reducción de la Evaporación desde Superficies Líquidas
4. PRECIPITACION
4.1. Mecanismos de Condensación
4.1.1. Precipitaciones Convectivas
4.1.2. Precipitaciones Ciclónicas
4.1.3. Precipitaciones Orográficas
4.2. Mecanismos de Formación de Gotas
4.2.1. Coalescencia Directa
4.2.2. Núcleos de Condensación
4.3. Formas de Precipitación
4.4. Lluvias Artificiales
4.5. Medición de la Precipitación
4.5.1. Pluviómetro
4.5.2. Pluviógrafos
4.5.2.1. Pluvi+ografo de Báscula
4.5.2.2. Pluviógrafo Gravimétrico
4.5.2.3. Pluviógrafo de Sifón
4.5.3. Medición de Precipitación Nival
4.5.4. Observaciones Satelitales
4.6. Procesamiento de Datos Pluviométricos
4.6.1. Relleno de Estadísticas
4.6.2. Homogeneidad de Estadísticas
4.6.2.1. Ampliación de Estadísticas
4.7. Precipitación Media Real o en el Espacio
4.7.1. Promedio Aritmético Simple
4.7.2. Polígonos de Thiessen
4.7.3. Método de las Isoyetas
4.8. Intensidades de Precipitación
4.8.1. Curva Intensidad – Duración
4.8.2. Precipitaciones Máximas en 24 Horas y Precipitaciones Máximas Diarias
4.8.3. Precipitaciones Máximas en 1, 2 y 3 Días Consecutivos
5. ANALISIS DE FRECUENCIA EN HIDROLOGIA
5.1. Tratamiento de Datos Hidrológicos para el Análisis de Frecuencia
5.1.1. Selección de Datos Hidrológicos
5.1.1.1. Serie de Duración Completa
5.1.1.2. Serie de Duración Parcial
5.1.1.3. Serie de Valores Extremos
5.1.2. Función de Densidad de Frecuencia
5.1.3. Período de Retorno
5.2. Análisis de Frecuencia Analítico
5.2.1. Funciones de Densidad de Frecuencia Utilizadas Comúnmente en Hidrología
5.2.1.1. Distribución Normal o Distribución de Gauss
5.2.1.2. Distribución Logarítmico Normal o Log-normal
5.2.1.3. Distribuciones de Valores Extremos
5.2.1.3.1. Distribución de Valores Extremos Tipo I o Distribución Gumbel . 116
5.2.1.3.2. Distribución de Valores Extremos Tipo III o Distribución Weibull
5.2.1.4. Distribución Gamma de Dos Parámetros
5.2.1.5. Curvas de Pearson
5.2.1.6. Distribución de Pearson Tipo III
5.2.1.7. Distribución Log – Pearson Tipo III
5.2.1.8. Distribuciones de Frecuencia Generalizadas
5.2.2. Uso de Intervalos de Confianza en Análisis de Frecuencia
5.2.3. Selección de Modelos Probabilísticos
5.2.3.1. Test o Prueba X^2
5.2.3.2. Test o Prueba de Kolmogorov – Smirnov
5.3. Análisis de Frecuencia Directo o Gráfico
5.4. Coeficientes de Frecuencia
5.5. Selección del Período de Retorno de Diseño
5.5.1. Distribución Binomial
5.5.2. Distribución de Poisson
5.5.3. Estadísticas con Valores Nulos
5.6. Presentación Estadística de Variables Hidrológicas
5.6.1. Curvas Intensidad-Duración-Frecuencia
5.6.2. Curvas de Variación Estacional
5.6.3. Curvas de Duración General
6. PRECIPITACION MAXIMA PROBABLE
6.1. Definición
6.2. Influencia del Tipo de Precipitación
6.3. Factores Determinantes
6.4. Método Hidrometeorológico de Estimación de la Precipitación Máxima Probable
6.4.1. Maximización de la Humedad
6.4.2. Maximización del Viento
6.4.3. Maximización de Tormentas
6.4.4. Estimación de la PMP
6.4.5. Curvas Precipitación-Duración-Área
6.4.6. Precipitación Máxima Probable Vía Método Estadístico
7. ESCORRENTIA
7.1. Fluviometría
7.1.1. Técnicas de Medición
7.1.1.1. Flotadores
7.1.1.2. Trazadores
7.1.1.3. Molinetes
7.1.2. Período de Validez de la Curva de Descarga
7.1.3. Extensión de Curvas de Descarga
7.1.4. Homogeneidad de Estadísticas Fluviométricas
7.1.5. Presentación de Estadísticas Fluviométricas
7.1.5.1. Curvas de Variación Estacional de Caudales
7.1.5.2. Curvas de Duración General de Caudales
7.1.6. Caudales Mínimos, Sequías y Caudales Ecológicos
8. ESTIMACION DE LA ESCORRENTIA
8.1. Transposición de Caudales Medios
8.2. Transposición de Caudales de Crecida
8.3. Uso de Correlaciones Estadísticas
8.3.1. Regresión Lineal Simple
8.3.2. Regresiones No Lineales o Múltiples
8.4. Pronósticos o Predicción de Caudales Estacionales Futuros
8.4.1. Pronóstico de Volúmenes Estacionales
8.4.2. Distribución Estacional del Volumen de Deshielo
8.5. Relleno y Extensión de Estadísticas
8.5.0.1. Extensión o Relleno de Datos Individuales
8.5.0.2. Extensión de Curvas de Duración General
8.5.1. Relaciones Precipitación-Escorrentía Volumétricas
8.5.1.1. Déficit de Escorrentía
8.5.1.2. Fórmulas Empíricas
8.5.1.3. Método del Balance de Thornthwaite
9. ESTUDIO Y ESTIMACION DE CRECIDAS
9.1. Estimación de la Infiltración
9.1.1. Ecuación de Horton
9.1.2. Ecuación de Philip
9.1.3. Ecuación de Green-Ampt
9.1.4. Tiempo de Encharcamiento
9.1.5. Índices de Infiltración
9.1.6. Método de la Curva Número
9.1.7. Condiciones Antecedentes de Humedad
9.2. Estimación del Flujo Base
9.3. Hidrogramas Unitarios
9.3.1. Obtención del Hidrograma Unitario a partir de Lluvias de Intensidad Constante
9.3.2. Hidrogramas Unitarios para Otras Duraciones
9.3.3. Hidrograma en S
9.3.4. Estimación de Hidrogramas Unitarios a partir de Tormentas de Intensidad Variable
9.3.5. Hidrograma Unitario Instantáneo
9.3.6. Hidrograma Unitario de Nash
9.3.7. Hidrogramas Unitarios Sintéticos
9.3.7.1. Hidrograma Unitario de Snyder
9.3.7.2. Hidrogramas Unitarios Tipo Linsley
9.3.8. Hidrogramas Unitarios sintéticos en Chile
9.4. Fórmulas Empíricas
9.4.1. Fórmulas tipo Burkli-Ziegler
9.4.2. Fórmula Racional
9.4.2.1. Estimación del Coeficiente de escorrentía
9.4.2.2. Estimación del Tiempo de Concentración
9.4.3. Fórmula de Verni-King
9.4.4. Fórmulas DGA
9.4.5. Hidrogramas de Crecidas
9.4.5.1. Hidrograma de Santa Bárbara
9.4.5.2. Hidrograma del SCS
9.4.5.3. Fórmula de Mill´an-Stowhas
9.4.6. Hietogramas de Tormentas de Diseño
9.4.6.1. Distribución de Tormentas de Endesa
9.4.6.2. Método de los Bloques Alternantes
* Recuerda que nuestras publicaciones están libres de enlaces maliciosos, ni publicidad engañosa. Si alguno de nuestros enlaces se encuentra caído, agradecería que nos lo comuniquen.
Atentamente,
Admin de Hidro SM
