ELEMENTOS DE HIDROLOGÍA PDF

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  ELEMENTOS DE HIDROLOGÍA  Apuntes Cátedra Hidráulica Aplicada. Modulo Hidrología  Ing. Rec. Hídricos Juan Bautista Sciortino  Ingeniería Civil.  Facultad de Ingeniería. UNSa Año 2019 ÍNDICE CAPÍTULO 1: CICLO HIDROLÓGICO – HIDROMETEOROLOGÍA .................................. 1  1.1.  HIDROLOGÍA: PRI...

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ELEMENTOS DE HIDROLOGÍA  Apuntes Cátedra Hidráulica Aplicada. Modulo Hidrología  Ing. Rec. Hídricos Juan Bautista Sciortino 

Ingeniería Civil.  Facultad de Ingeniería. UNSa

Año 2019

ÍNDICE CAPÍTULO 1: CICLO HIDROLÓGICO – HIDROMETEOROLOGÍA .................................. 1  1.1. 

HIDROLOGÍA: PRINCIPIOS BÁSICOS Y CONCEPTOS. ................................................................. 1 

1.2. 

EL CICLO HIDROLÓGICO ................................................................................................................. 1 

1.2.1.  Energía................................................................................................................................................... 3  1.2.2.  Cuenca Hidrográfica y Cuenca Hidrológica ........................................................................................... 3  1.2.3.  El Ciclo Hidrológico en una Cuenca ....................................................................................................... 4  1.3.  TEMPERATURA – PRESIÓN – HUMEDAD ...................................................................................... 6  1.3.1 Temperatura del aire......................................................................................................................................... 7  1.3.2 Presión Atmosférica .......................................................................................................................................... 8  1.3.3 Humedad Atmosférica ...................................................................................................................................... 9  1.4 MOVIMIENTOS DEL AIRE - CAMPO DE PRESIONES.......................................................................... 11  1.4.1 Estabilidad e Inestabilidad del Aire ................................................................................................................. 12  1.5 MASAS DE AIRE - FRENTES ................................................................................................................. 14  1.5.1 Frentes ............................................................................................................................................................ 15  1.6 MASAS DE AIRE QUE INFLUYEN EN EL NOROESTE ARGENTINO .................................................. 17 

CAPÍTULO 2: EVAPORACIÓN Y EVAPOTRANSPIRACIÓN .......................................... 21  2.1 CONCEPTOS BÁSICOS ......................................................................................................................... 21  2.2 FACTORES QUE AFECTAN LA EVAPORACIÓN ................................................................................. 21  2.3 FACTORES QUE AFECTAN LA TRANSPIRACIÓN .............................................................................. 22  2.4 EVAPOTRANSPIRACIÓN....................................................................................................................... 23  2.5. MEDICIÓN DE LA EVAPORACIÓN ....................................................................................................... 24  2.6 MEDICIÓN DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN ........................................................................................ 25  2.7 CÁLCULO DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN POR MEDIO DE FÓRMULAS ........................................ 27  2.7.1 Método de Thorthwaite ................................................................................................................................... 27  2.7.2 Método de Blaney-Cridle ................................................................................................................................ 27 

CAPÍTULO 3: PRECIPITACIONES .................................................................................. 29  3.1 MECANISMO DE FORMACIÓN DE LAS PRECIPITACIONES .............................................................. 29  3.2 TIPOS DE PRECIPITACIÓN ................................................................................................................... 30  3.3 CLASIFICACIÓN DE LAS PRECIPITACIONES SEGÚN SU ORIGEN .................................................. 31  3.4. DESARROLLO DE UNA TORMENTA. .................................................................................................. 34  3.5 MEDICIÓN DE LAS PRECIPITACIONES ............................................................................................... 38  CAPÍTULO 4: ESTADÍSTICA APLICADA A LA HIDROLOGÍA....................................... 41  4.1 CONCEPTO DE ESTADÍSTICA .............................................................................................................. 41  4.2 ESTADÍSTICA MATEMÁTICA O INFERENCIAL ................................................................................... 41  4.2.1 Conceptos Básicos ......................................................................................................................................... 41  4.2.2 Probabilidad .................................................................................................................................................... 42 

4.2.3 Distribución de Probabilidades ....................................................................................................................... 44  4.2.4. Parámetros Estadísticos ............................................................................................................................... 46  4.3 INFERENCIA ESTADÍSTICA EN LA HIDROLOGÍA .............................................................................. 49  4.3.1 Funciones de Distribución de Probabilidades en hidrología........................................................................... 50  4.3.2 Período de Retorno. Recurrencia................................................................................................................... 55  4.3.3 Frecuencia Experimental o Posición de Ploteo .............................................................................................. 56  4.3.4 Ajuste Estadístico: Muestra - Distribuciones de Probabilidad ........................................................................ 57  4.4 ESTADÍSTICA DESCRIPTIVA ............................................................................................................... 59  4.4.1 Gráficos Simples ............................................................................................................................................ 59  4.4.2. Análisis de Frecuencias ................................................................................................................................ 61  4.5 ANÁLISIS DE REGRESIÓN Y CORRELACIÓN SIMPLE ...................................................................... 66 

CAPÍTULO 5: PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS PLUVIOMÉTRICOS ......... 71  5.1 PROCESAMIENTO DE DATOS PLUVIOMÉTRICOS ............................................................................ 71  5.1.1 Presentación de la Información ...................................................................................................................... 71  5.1.2 Análisis Descriptivo de la Información. ........................................................................................................... 74  5.1.3 Inferencia Estadística de la Información. ....................................................................................................... 78  5.2 CÁLCULO DE LA PRECIPITACIÓN MEDIA EN UNA CUENCA ........................................................... 79 

5.3 CONTRASTE Y DEPURACIÓN DE DATOS .......................................................................................... 82  5.3.1 Contraste de la Información: Método de Dobles Masas................................................................................. 82  5.3.2 Corrección de Errores .................................................................................................................................... 84  5.3.2.1 Método de Dobles Masas.......................................................................................................................................... 84  5.3.2.2 Método de Correlación .............................................................................................................................................. 85  5.4 RELLENO DE LAGUNAS DE INFORMACIÓN ...................................................................................... 86 

CAPÍTULO 6: ANÁLISIS DE TORMENTAS ................................................................... 89  6.1. CONCEPTOS ........................................................................................................................................ 89  6.2. CURVAS DE INTENSIDAD-DURACIÓN-RECURRENCIA (FRECUENCIA) ......................................... 91  6.2.1. Método Estadístico ........................................................................................................................................ 92  6.2.2. Método de las Frecuencias Absolutas .......................................................................................................... 94  6.2.3. Método de las Frecuencias Relativas ........................................................................................................... 95  6.2.4. Método de la Curva Envolvente. ................................................................................................................... 96  6.2.5. Método de la Máxima Precipitación en 24 horas........................................................................................... 96  6.3. TORMETA DE DISEÑO ......................................................................................................................... 99  6.3.1. Método Basado en las Curvas IDR ............................................................................................................. 100  6.3.2. Métodos Basados en Estudios Regionales ................................................................................................. 101  6.3.2.1. Método de Huff ....................................................................................................................................................... 101  6.3.2.2. Distribución del Servicio de Conservación de Suelos (EEUU)............................................................................... 103  6.3.2.3. Conclusiones sobre la aplicación de estos métodos.............................................................................................. 105 

CAPÍTULO 7: ESTIMACIÓN DE PÉRDIDAS EN UNA TORMENTA ............................ 107  7.1.  

CONCEPTOS................................................................................................................................. 107 

7.2. 

INTERCEPCIÓN ............................................................................................................................ 108 

7.3. 

ALMACENAMIENTO SUPERFICIAL ............................................................................................ 110 

7.4. 

INFILTRACIÓN .............................................................................................................................. 110 

7.4.1. Capacidad de Infiltración ............................................................................................................................. 111 

7.4.2. Medida de la Capacidad de Infiltración ........................................................................................................ 114  7.4.3. Índice de Infiltración. Coeficiente de Escorrentía ......................................................................................... 115  7.4.4. Modelo de la Curva Número (CN)................................................................................................................ 116 

CAPÍTULO 8: EL HIDROGRAMA ................................................................................. 123  8.1. CONCEPTO.......................................................................................................................................... 123  8.2. COMPONENTES DE UN HIDROGRAMA. ........................................................................................... 123  8.3. RELACIÓN PRECIPITACIÓN - ESCORRENTÍA ................................................................................. 127  8.4. PARTES DE UN HIDROGRAMA. ........................................................................................................ 128  8.5. SEPARACIÓN DE LAS COMPONENTES DE UN HIDROGRAMA. .................................................... 130  8.6. FACTORES QUE AFECTAN LA FORMA DEL HIDROGRAMA.......................................................... 134  CAPÍTULO 9: EL HIDROGRAMA UNITARIO ............................................................... 141  9.1. CONCEPTOS Y PRINCIPIOS BÁSICOS ............................................................................................. 141  9.2. PROPIEDADES Y APLICACIONES DEL HIDROGRAMA UNITARIO ................................................ 142  9.3. CALCULO DEL HIDROGRAMA UNITARIO EN UNA CUENCA ......................................................... 145  9.4. HIDROGRAMA EN S............................................................................................................................ 147  9.5. HIDROGRAMAS UNITARIOS SINTETICOS ....................................................................................... 148  9.5.1. Hidrograma de la Dirección General de Carreteras del MOPU (España). ................................................... 148  9.5.2. Hidrograma adimensional del Servicio de Conservación de Suelos (USA). ................................................ 149  9.5.3. Modelo de Embalse Lineal Simple (ELS)..................................................................................................... 150  9.5.4. Hidrograma de Nash .................................................................................................................................... 151  9.5.5. Hidrograma de Clark .................................................................................................................................... 153 

CAPÍTULO 10: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE CRECIDAS ................................................ 155  10.1. CONCEPTOS BÁSICOS .................................................................................................................... 155  10.2. RIESGO – RECURRENCIA DE PROYECTO ..................................................................................... 156  10.3. MÉTODOS SIMPLIFICADOS ............................................................................................................. 157  10.3.1. Fórmulas Empíricas ................................................................................................................................... 157  10.3.2. Curvas Envolventes ................................................................................................................................... 159  10.4. MÉTODO HIDRÁULICO: ÁREAS - PENDIENTES ............................................................................ 160 

10.5. MÉTODOS ESTADÍSTICOS .............................................................................................................. 162  10.5.1. Objetivos del Estudio y Selección de Variables ......................................................................................... 163  10.5.2. Conformación y Análisis de una Serie de Datos ........................................................................................ 163  10.5.3. Modelos Probabilísticos. Estimación de sus Parámetros.......................................................................... 165  10.5.4. Elección de Modelos .................................................................................................................................. 166  10.6. MÉTODOS HIDROMETEOROLÓGICOS ........................................................................................... 170  10.6.1. Método Racional ........................................................................................................................................ 170  10.6.2. Método Racional Generalizado .................................................................................................................. 173  10.6.3. Modelos de Transformación Lluvia-Caudal: Métodos que Utilizan el Hidrograma Unitario ....................... 175  10.7. PROPAGACIÓN DE CRECIDAS ....................................................................................................... 177  10.7.1. Modelo de Muskingum ............................................................................................................................... 179  10.7.1.1. Determinación del K y del X ................................................................................................................................. 181  10.7.1. 2. Propagación hidrológica en cuencas ................................................................................................................... 183  10.7.2. Modelo de Onda Cinemática ..................................................................................................................... 184 

10.7.2.1. Ecuaciones Básicas ............................................................................................................................................. 184  10.7.2.2. Simplificación en Cuencas ................................................................................................................................... 184  10.7.2.3. Ecuaciones Diferenciales ..................................................................................................................................... 185  10.7.2.4. Aplicación del Modelo .......................................................................................................................................... 188  10.7.2.5. Limitaciones del Modelo ....................................................................................................................................... 188 

10.8. TRANSFORMACIÓN LLUVIA CAUDAL EN CUENCAS COMPLEJAS ........................................... 189  CAPÍTULO 11: PROCESAMIENTO DE DATOS HIDROMÉTRICOS ............................ 201  11.1. TRATAMIENTO INICIAL DE LA INFORMACIÓN ............................................................................. 201  11.2. DESCRIPCIÓN DE LA INFORMACIÓN. ........................................................................................... 205  11.2.1. Estadística Descriptiva .............................................................................................................................. 205  11.2.1.1. Caudales Cronológicos ........................................................................................................................................ 205  11.2.1.2. Caudales Clasificados y Duración de Caudales .................................................................................................. 206  11.2.2. Inferencia Estadística ................................................................................................................................ 210 

CAPÍTULO 12: ANÁLISIS DE LA DISPONIBILIDAD DE AGUA .................................. 211  12.1. MÉTODO DE LA CURVA DE DURACIÓN DE CAUDALES ............................................................. 211  12.2. MÉTODO ESTADÍSTICO .................................................................................................................. 214  12.3. MÉTODO DE LA FRECUENCIA EMPÍRICA ..................................................................................... 216  BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................. 219 

ELEMENTOS DE HIDROLOGÍA CÁTEDRA: HIDRÁULICA APLICADA

CAPÍTULO 1

 

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