FUNDAMENTOS DE HIDROLOG脥A APLICADA [PDF]
Autor: Ludwig Stowhas B.
Universidad Tecnol贸gica Federico Santa Mar铆a
La Hidrolog铆a puede definirse como la ciencia que tiene que ver con el origen, distribuci贸n, circulaci贸n 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 Geograf铆a F铆sica.
Sin embargo, considerando que de una u otra forma, el agua se presenta en manifestaciones m煤ltiples en distintas partes del planeta, su estudio no es exclusivo de la hidrolog铆a, existiendo m煤ltiples interrelaciones entre ella y otras Ciencias de la Tierra que le son afines, tales como la Meteorolog铆a, Geolog铆a, Oceanograf铆a, Limnolog铆a y otras.
Por otra parte, si bien es cierto que la Hidrolog铆a puede ser estudiada y considerada como una ciencia pura, de car谩cter m谩s bien descriptivo y cualitativo, no es menos cierto que existen importantes aplicaciones de ella a otras disciplinas m谩s cuantitativas, tales como la Agronom铆a, Ingenier铆a en general e Ingenier铆a Hidr谩ulica en particular, donde aparecen m茅todos y procedimientos aplicados especiales que configuran lo que algunos autores han denominado Ingenier铆a Hidrol贸gica.
En este contexto, aparecen una serie de herramientas matem谩ticas, m茅todos y procedimientos empleados en Hidrolog铆a, que provienen de otras disciplinas, marcando su dependencia, entre otras, respecto a la Mec谩nica y F铆sica de Suelos, Mec谩nica de Fluidos e Hidr谩ulica, Estad铆stica Matem谩tica, An谩lisis Matem谩tico y An谩lisis de Sistemas. A煤n as铆, muchos de los m茅todos y procedimientos de la hidrolog铆a le son en general propios y s贸lo 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 Hidrolog铆a que van desde su visi贸n como una disciplina eminentemente descriptiva hasta su visi贸n como una especialidad de la ingenier铆a.
El presente texto est谩 orientado especialmente a las aplicaciones ingenieriles de la Hidrolog铆a.
CONTENIDO
1. INTRODUCCI脫N
1.1. Definici贸n y Alcance de la Hidrolog铆a
1.2. Hidrolog铆a e Ingenier铆a
1.3. Disponibilidad del Recurso Agua
1.4. El Ciclo Hidrol贸gico
1.5. Ecuaci贸n General de Balance Hidrol贸gico
2. ELEMENTOS DE CLIMATOLOG´IA Y METEOROLOG脥A
2.1. Radiaci贸n
2.1.1. Leyes de Radiaci贸n
2.1.2. Medici贸n de la Radiaci贸n
2.1.3. Radiaci贸n de Onda Corta
2.1.4. Balance de Radiaci贸n
2.2. Temperatura y Estratificaci贸n T茅rmica de la Atm贸sfera
2.2.1. Distribuci贸n de Temperaturas
2.2.2. Medici贸n de Temperaturas
2.3. Humedad Atmosf茅rica
2.3.1. Leyes B´asicas
2.3.2. Ley de Clausius - Clapeyron
2.3.3. Variables para Cuantificar la Humedad Atmosf茅rica
2.3.4. Medici贸n de la Humedad Atmosf茅rica
2.4. Elementos de Est谩tica y Termodin谩mica Atmosf茅rica
2.4.1. Hidrost谩tica de la Atm贸sfera
2.4.2. Atm贸sfera Isot茅rmica
2.4.3. Atm贸sfera de Gradiente T茅rmico Constante
2.4.4. Gradiente Adiab谩tico Seco
2.4.5. Gradiente Adiab谩tico H煤medo
2.4.6. Estabilidad Atmosf茅rica
2.5. Altura de Agua Precipitable de la Atm贸sfera
2.6. Procesos de Intercambio de Energ铆a y Masa en la Atm贸sfera
2.6.1. Procesos de Intercambio Turbulento de Calor y Masa
2.6.2. Transporte Latitudinal de Energ铆a
2.6.2.1. Vientos
2.6.3. Circulaci贸n General de la Atm贸sfera
2.6.3.1. Corrientes Marinas
2.6.4. El Fen贸meno ENOS, El Ni帽o - Oscilaci贸n del Sur
3. EVAPORACI´ON Y EVAPOTRANSPIRACION
3.1. Definiciones
3.2. Factores que Afectan la Evaporaci贸n
3.2.1. Poder Evaporante de la Atm贸sfera
3.2.2. Caracter铆sticas de la Superficie Evaporante
3.2.3. Disponibilidad de Agua
3.3. Evaporaci贸n de Suelos y Transpiraci贸n Vegetal
3.4. Medici贸n de la Evaporaci贸n
3.4.0.1. Evapor铆metros de Estanque
3.4.1. Evapor铆metro de Papel Poroso
3.4.2. Evapor铆metro de Porcelana Porosa o Atm贸metro
3.5. Estimaci贸n de la Evaporaci贸n y Evapotranspiraci贸n
3.5.1. F贸rmula de Thornthwaite-Holzman o M茅todo Aerodin谩mico
3.5.2. M茅todo del Balance de Energ铆a o F贸rmula de Bowen
3.5.3. F贸rmulas Combinadas
3.5.3.1. F贸rmula de Mc Ilroy
3.5.3.2. Formula de Penman
3.5.4. F贸rmulas Basadas en la Ley de Dalton
3.5.4.1. F贸rmula del Lago Hefner
3.5.4.2. F贸rmula de los Servicios Hidrol贸gicos de la ex URSS
3.5.4.3. F贸rmula de Meyer
3.5.5. F贸rmulas Climatol贸gicas
3.5.5.1. F贸rmula de Turc
3.5.5.2. M茅todo de Thornthwaite
3.6. Evaporaci贸n desde Salares
3.7. Evaporaci贸n desde Superficies de Hielo o Nieve
3.8. Reducci贸n de la Evaporaci贸n desde Superficies L铆quidas
4. PRECIPITACION
4.1. Mecanismos de Condensaci贸n
4.1.1. Precipitaciones Convectivas
4.1.2. Precipitaciones Cicl贸nicas
4.1.3. Precipitaciones Orogr谩ficas
4.2. Mecanismos de Formaci贸n de Gotas
4.2.1. Coalescencia Directa
4.2.2. N煤cleos de Condensaci贸n
4.3. Formas de Precipitaci贸n
4.4. Lluvias Artificiales
4.5. Medici贸n de la Precipitaci贸n
4.5.1. Pluvi贸metro
4.5.2. Pluvi贸grafos
4.5.2.1. Pluvi+ografo de B谩scula
4.5.2.2. Pluvi贸grafo Gravim茅trico
4.5.2.3. Pluvi贸grafo de Sif贸n
4.5.3. Medici贸n de Precipitaci贸n Nival
4.5.4. Observaciones Satelitales
4.6. Procesamiento de Datos Pluviom茅tricos
4.6.1. Relleno de Estad铆sticas
4.6.2. Homogeneidad de Estad铆sticas
4.6.2.1. Ampliaci贸n de Estad铆sticas
4.7. Precipitaci贸n Media Real o en el Espacio
4.7.1. Promedio Aritm茅tico Simple
4.7.2. Pol铆gonos de Thiessen
4.7.3. M茅todo de las Isoyetas
4.8. Intensidades de Precipitaci贸n
4.8.1. Curva Intensidad – Duraci贸n
4.8.2. Precipitaciones M谩ximas en 24 Horas y Precipitaciones M谩ximas Diarias
4.8.3. Precipitaciones M谩ximas en 1, 2 y 3 D铆as Consecutivos
5. ANALISIS DE FRECUENCIA EN HIDROLOGIA
5.1. Tratamiento de Datos Hidrol贸gicos para el An谩lisis de Frecuencia
5.1.1. Selecci贸n de Datos Hidrol贸gicos
5.1.1.1. Serie de Duraci贸n Completa
5.1.1.2. Serie de Duraci贸n Parcial
5.1.1.3. Serie de Valores Extremos
5.1.2. Funci贸n de Densidad de Frecuencia
5.1.3. Per铆odo de Retorno
5.2. An谩lisis de Frecuencia Anal铆tico
5.2.1. Funciones de Densidad de Frecuencia Utilizadas Com煤nmente en Hidrolog铆a
5.2.1.1. Distribuci贸n Normal o Distribuci贸n de Gauss
5.2.1.2. Distribuci贸n Logar铆tmico Normal o Log-normal
5.2.1.3. Distribuciones de Valores Extremos
5.2.1.3.1. Distribuci贸n de Valores Extremos Tipo I o Distribuci贸n Gumbel . 116
5.2.1.3.2. Distribuci贸n de Valores Extremos Tipo III o Distribuci贸n Weibull
5.2.1.4. Distribuci贸n Gamma de Dos Par谩metros
5.2.1.5. Curvas de Pearson
5.2.1.6. Distribuci贸n de Pearson Tipo III
5.2.1.7. Distribuci贸n Log – Pearson Tipo III
5.2.1.8. Distribuciones de Frecuencia Generalizadas
5.2.2. Uso de Intervalos de Confianza en An谩lisis de Frecuencia
5.2.3. Selecci贸n de Modelos Probabil铆sticos
5.2.3.1. Test o Prueba X^2
5.2.3.2. Test o Prueba de Kolmogorov – Smirnov
5.3. An谩lisis de Frecuencia Directo o Gr谩fico
5.4. Coeficientes de Frecuencia
5.5. Selecci贸n del Per铆odo de Retorno de Dise帽o
5.5.1. Distribuci贸n Binomial
5.5.2. Distribuci贸n de Poisson
5.5.3. Estad铆sticas con Valores Nulos
5.6. Presentaci贸n Estad铆stica de Variables Hidrol贸gicas
5.6.1. Curvas Intensidad-Duraci贸n-Frecuencia
5.6.2. Curvas de Variaci贸n Estacional
5.6.3. Curvas de Duraci贸n General
6. PRECIPITACION MAXIMA PROBABLE
6.1. Definici贸n
6.2. Influencia del Tipo de Precipitaci贸n
6.3. Factores Determinantes
6.4. M茅todo Hidrometeorol贸gico de Estimaci贸n de la Precipitaci贸n M谩xima Probable
6.4.1. Maximizaci贸n de la Humedad
6.4.2. Maximizaci贸n del Viento
6.4.3. Maximizaci贸n de Tormentas
6.4.4. Estimaci贸n de la PMP
6.4.5. Curvas Precipitaci贸n-Duraci贸n-脕rea
6.4.6. Precipitaci贸n M谩xima Probable V铆a M茅todo Estad铆stico
7. ESCORRENTIA
7.1. Fluviometr铆a
7.1.1. T茅cnicas de Medici贸n
7.1.1.1. Flotadores
7.1.1.2. Trazadores
7.1.1.3. Molinetes
7.1.2. Per铆odo de Validez de la Curva de Descarga
7.1.3. Extensi贸n de Curvas de Descarga
7.1.4. Homogeneidad de Estad铆sticas Fluviom茅tricas
7.1.5. Presentaci贸n de Estad铆sticas Fluviom茅tricas
7.1.5.1. Curvas de Variaci贸n Estacional de Caudales
7.1.5.2. Curvas de Duraci贸n General de Caudales
7.1.6. Caudales M铆nimos, Sequ铆as y Caudales Ecol贸gicos
8. ESTIMACION DE LA ESCORRENTIA
8.1. Transposici贸n de Caudales Medios
8.2. Transposici贸n de Caudales de Crecida
8.3. Uso de Correlaciones Estad铆sticas
8.3.1. Regresi贸n Lineal Simple
8.3.2. Regresiones No Lineales o M煤ltiples
8.4. Pron贸sticos o Predicci贸n de Caudales Estacionales Futuros
8.4.1. Pron贸stico de Vol煤menes Estacionales
8.4.2. Distribuci贸n Estacional del Volumen de Deshielo
8.5. Relleno y Extensi贸n de Estad铆sticas
8.5.0.1. Extensi贸n o Relleno de Datos Individuales
8.5.0.2. Extensi贸n de Curvas de Duraci贸n General
8.5.1. Relaciones Precipitaci贸n-Escorrent铆a Volum茅tricas
8.5.1.1. D茅ficit de Escorrent铆a
8.5.1.2. F贸rmulas Emp铆ricas
8.5.1.3. M茅todo del Balance de Thornthwaite
9. ESTUDIO Y ESTIMACION DE CRECIDAS
9.1. Estimaci贸n de la Infiltraci贸n
9.1.1. Ecuaci贸n de Horton
9.1.2. Ecuaci贸n de Philip
9.1.3. Ecuaci贸n de Green-Ampt
9.1.4. Tiempo de Encharcamiento
9.1.5. 脥ndices de Infiltraci贸n
9.1.6. M茅todo de la Curva N煤mero
9.1.7. Condiciones Antecedentes de Humedad
9.2. Estimaci贸n del Flujo Base
9.3. Hidrogramas Unitarios
9.3.1. Obtenci贸n 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. Estimaci贸n de Hidrogramas Unitarios a partir de Tormentas de Intensidad Variable
9.3.5. Hidrograma Unitario Instant谩neo
9.3.6. Hidrograma Unitario de Nash
9.3.7. Hidrogramas Unitarios Sint茅ticos
9.3.7.1. Hidrograma Unitario de Snyder
9.3.7.2. Hidrogramas Unitarios Tipo Linsley
9.3.8. Hidrogramas Unitarios sint茅ticos en Chile
9.4. F贸rmulas Emp铆ricas
9.4.1. F贸rmulas tipo Burkli-Ziegler
9.4.2. F贸rmula Racional
9.4.2.1. Estimaci贸n del Coeficiente de escorrent铆a
9.4.2.2. Estimaci贸n del Tiempo de Concentraci贸n
9.4.3. F贸rmula de Verni-King
9.4.4. F贸rmulas DGA
9.4.5. Hidrogramas de Crecidas
9.4.5.1. Hidrograma de Santa B谩rbara
9.4.5.2. Hidrograma del SCS
9.4.5.3. F贸rmula de Mill´an-Stowhas
9.4.6. Hietogramas de Tormentas de Dise帽o
9.4.6.1. Distribuci贸n de Tormentas de Endesa
9.4.6.2. M茅todo de los Bloques Alternantes
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Atentamente,
Admin de Hidro SM
