informe final fluctuaciones

47
Universidad Nacional Federico Villarreal FIGAE 2012 FLUCTUACIONES DEL CAUDAL PROFESOR: WALTER GOMEZ LORA CURSO: HIDROLOGIA I GRUPO: Nº 3 ALUMNOS: CISNEROS VILLACORTA LUIS DANIEL DE JESUS GUZMAN MORAN MILAGRITOS M. GUZMAN MORAN ROCIO C. FACULTAD DE INGENIERIA GEOGRAFICA AMBIENTAL Y ECOTURISMO 2012

Upload: luis-cisneros-villacorta

Post on 26-Jul-2015

72 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: Informe Final Fluctuaciones

Universidad Nacional Federico Villarreal

FIGAE

2 0 1 2

FLUCTUACIONES

DEL CAUDAL

PROFESOR: WALTER GOMEZ LORA

CURSO: HIDROLOGIA I

GRUPO: Nº 3

ALUMNOS:

CISNEROS VILLACORTA LUIS DANIEL DE JESUS GUZMAN MORAN MILAGRITOS M. GUZMAN MORAN ROCIO C.

FACULTAD DE INGENIERIA GEOGRAFICA AMBIENTAL Y ECOTURISMO

2012

Page 2: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

FLUCTUACION DEL CAUDAL

Cisneros Villacorta Luis Daniel de Jesús

Guzmán Morán Milagritos M.

Guzmán Morán Rocío C.

Universidad Nacional Federico Villarreal

Facultad de Ingeniería Geográfica, Ambiental y Ecoturismo

Escuela de Ingeniería Ambiental2

Page 3: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

INTRODUCCIÓN

Las variaciones del caudal definen el régimen hidrológico de un río. Las

variaciones temporales se dan durante o después de las tormentas. En casos

extremos se puede producir la crecida cuando el aporte de agua es mayor

que la capacidad del río para evacuarla, desbordándose y cubriendo las

zonas llanas próximas. El agua que circula bajo tierra (caudal basal) tarda

mucho más en alimentar el caudal del río y puede llegar a él días, semanas

o meses después de la lluvia que generó la escorrentía.

Si no llueve en absoluto o la media de las precipitaciones es inferior a lo

normal durante largos periodos de tiempo, el río puede llegar a secarse

cuando el aporte de agua de lluvia acumulada en el suelo y el subsuelo

reduzca el caudal basal a cero. Esto puede tener consecuencias desastrosas

para la vida del río y sus riberas y para la gente que dependa de éste para su

suministro de agua.

La variación espacial se da porque el caudal del río aumenta aguas abajo, a

medida que se van recogiendo las aguas de la cuenca de drenaje y los

aportes de las cuencas de otros ríos que se unen a él como afluentes.

Debido a esto, el río suele ser pequeño en las montañas, cerca de su

nacimiento, y mucho mayor en las tierras bajas, próximas a su

desembocadura.

3

Page 4: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

La excepción son los desiertos, en los que la cantidad de agua que se pierde

por la filtración o evaporación en la atmósfera supera la cantidad que

aportan las corrientes superficiales. Por ejemplo, el caudal del Nilo, que es

el río más largo del mundo, disminuye notablemente cuando desciende

desde las montañas del Sudán y Etiopía, a través del desierto de Nubia y de

Sahara, hasta el mar Mediterráneo.

4

Page 5: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Determinar qué es la fluctuación del caudal.

OBJETIVOS ESPECÍFICO

Determinar Caudal de Estiaje

Determinar Caudal de Avenida

Determinar que es un Hidrograma

5

Page 6: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

FLUCTUACIÓN DEL CAUDAL

Es la diferencia entre los máximos y mínimos valores con respecto

del valor promedio del caudal de un río, a lo largo de un año.

Se refiere a variaciones del caudal que suelen quedar registradas en los

lugares de aforo. Se denomina registro fluviométrico a las variaciones

momentáneas del caudal de un río que quedan grabadas de manera

automática en una cinta impresa. El régimen fluvial constituye, a su vez, el

promedio de los aforos diarios, mensuales y anuales durante un largo

período de años. El proceso es relativamente complejo: diariamente, se

registran el caudal máximo y el mínimo y se obtiene un promedio. Se hace

lo mismo con los promedios diarios en cada mes. Por último, se toman los

promedios mensuales durante una secuencia de un cierto número de años

para obtener los promedios mensuales que incluyan los datos de todos los

años en la secuencia, en el entendido de que el régimen fluvial quedará

mejor definido cuanto mayor sea la serie empleada de años de registro. Por

eso es preciso conocer el caudal de estiaje y el caudal de avenida.

6

Page 7: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

CAUDAL DE ESTIAJE

Es el nivel de caudal mínimo que alcanza un río o laguna en algunas

épocas del año, debido principalmente a la sequía. El término se deriva de

estío o verano, debido a que en la región del Mediterráneo, el estío es la

época de menor caudal de los ríos debido a la relativa escasez de

precipitaciones en esta estación. Cuando nos referimos al régimen de un

río, el estiaje es el período de aguas bajas. El estiaje de un río no depende

solamente de la escasez de precipitaciones, sino que también se debe a la

mayor insolación y, por ende, al mayor potencial de evapotranspiración (de

las plantas) y de la evaporación más intensa de los cursos de agua.

Principalmente es causado por sequía, calentamiento global o falta de

lluvias.

Del análisis de la información se pueden obtener valores de caudales

medios y mínimos. Estos pueden presentarse como valores mensuales y

anuales, para una estación en particular o para varias estaciones. El cuadro

Nº 1 muestra una forma de presentar los valores medios mensuales y el

cuadro Nº 2 muestra valores mínimos. Cuando se cuenta con información

para varias cuencas de una región, la información puede presentarse de

forma regional para poder hacer comparaciones entre cuencas y para la

estimación de caudales. La figura Nº 1 muestra los caudales mínimos para

diferentes años. La figura Nº 2 muestra la información de caudales

mínimos para diferentes ríos dentro de la misma cuenca. La figura Nº 3

muestra las relaciones entre caudales mínimos y medios y el área de la

cuenca.

7

Page 8: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

Cuadro Nº 1 Caudales medios para el Rio San Parote, Edo. Táchira

Cuadro Nº 2 Caudales mínimos: Río Pereño y afluentes

Fig. Nº 1 Ejemplo de presentación de caudales mínimos

8

Page 9: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

Fig. Nº 2 Presentación de caudales mínimos en varias cuencas vecinas

Fig. Nº 3 Relación entre el área de la cuenca y los caudales: Río Pereño,

Venezuela

El caudal de estiaje es de vital importancia para el desarrollo de los

ecosistemas ya que, debido a que la ocurrencia de un estiaje implica el

potencial para sobrevivir a la ausencia del recurso hídrico, por ello es

preciso definir el caudal ecológico.

Caudal Ecológico

Caudal mínimo que debe mantenerse en un curso fluvial, de tal manera que

los efectos abióticos (disminución del perímetro mojado, profundidad,

velocidad de corriente, incremento en la concentración de nutrientes y

9

Page 10: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

otros) producidos por la reducción de caudal, no alteren las condiciones

ecológicas del cauce, que limiten o impidan el desarrollo de los

componentes bióticos del sistema (flora y fauna), como tampoco alteren la

dinámica y las funciones del ecosistema).

Posibles Problemas Con La Fluctuación de un Caudal Ecológico

Un caudal circulante por un cauce podría ser considerado como

ecológico, siempre que fuese capaz de mantener el funcionamiento,

composición y estructura del ecosistema fluvial que ese cauce contiene en

condiciones naturales. Es evidente que existe una gama amplia de caudales

circulantes que son ecológicos para un determinado cauce. Así podríamos

definir, dentro de esta gama de caudales, entre unos extremos máximos y

otros mínimos. En los casos más frecuentes, en que el agua es considerada

un recurso escaso, nos interesará especialmente ese valor mínimo. Pero

habrá casos en que será necesario vaciar muy rápidamente un embalse (ante

la amenaza de inundaciones, la necesidad de producción hidroeléctrica, o

de trasvase de aguas), y en estos casos habrá que fijar también los valores

máximos del caudal circulante por el cauce, para mantener la estabilidad de

los recursos biológicos.

Dos cuestiones significativas surgen de esta definición a la hora de

cuantificar esos caudales ecológicos:

1) ¿A qué comunidad, cuya composición, estructura y funcionamiento se

pretende mantener, se refiere?

2) Como evaluar los impactos de las diferentes detracciones al caudal

natural, y como averiguar cuál es la máxima detracción que permite el

mantenimiento del ecosistema?.10

Page 11: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

Regímen de Caudales Ecológicos

Las exigencias de hábitat y de caudales circulantes por parte de los

peces y de las comunidades reófilas no son las mismas a lo largo de las

diferentes estaciones, sino que existen temporadas críticas en las cuales

estas exigencias se hacen más perentorias. Así los periodos de freza y de

desarrollo de los embriones exigen unos caudales determinados sin

crecidas, y en las épocas estivales con aguas cálidas, los salmónidos exigen

aguas más rápidas para poder tolerar la escasez de oxígeno disuelto. Por

ello los caudales ecológicos circulantes han de ser mayores en estas épocas

críticas y por lo tanto estos caudales, si deseamos que sean mínimos, han de

fluctuar de unas estaciones del año a otras.

Se necesita, pues, definir un Régimen de Caudales Ecológicos con el

fin de proteger el hábitat fluvial en todos los estados de desarrollo de las

especies acuáticas. Ciertamente las especies han evolucionado de acuerdo

con estas pautas de fluctuación y en ocasiones las utilizan para programar

sus ciclos de vida de manera más eficiente y por ello, parece lógico imitar a

la fluctuación estacional que se da en el régimen natural a la hora de

establecer el régimen de caudales ecológicos. Por tanto, deberemos

modular dicho régimen de acuerdo con las fluctuaciones naturales

haciéndolas compatibles con los mínimos determinados por los criterios de

exigencia de hábitat comentados anteriormente.

A partir de los caudales ecológicos básicos establecidos, estamos en

condiciones de elaborar unos regímenes de caudales ecológicos utilizando

la curva de caudales medios mensuales (en régimen natural), ajustando el

valor mensual mínimo de esta curva al valor de caudal ecológico básico y

calculando los caudales de los restantes meses de forma proporcional. Es

decir que elegimos el mes del año en el que el régimen natural toma un

valor medio mensual menor, y le asignamos dicho caudal ecológico básico. 11

Page 12: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

El régimen caudales ecológicos debe fluctuar a lo largo del año siguiendo

la pauta similar a la del régimen natural, y para ello, disminuiremos los

valores mensuales medios de este en una proporción igual a la relación

entre el caudal ecológico y el caudal medio mensual natural mínimo.

La torrencialidad de los regímenes de los ríos mediterráneos se

refleja no solo en una fuerte oscilación estacional, sino también en una

fuerte fluctuación interanual. Este hecho debe recogerse en la propuesta de

régimen de caudales ecológico, puesto que las especies autóctonas han

evolucionado sometidas al mismo, y en dichas condiciones son las mejor

adaptadas y más competitivas (frente a otras introducidas, que son cada vez

más numerosas).

Por ello vamos a considerar diferentes regímenes de caudales

ecológicos según se trate de años húmedos, años secos, e incluso años

extremadamente secos.

Con frecuencia el cálculo del Caudal Ecológico Básico conduce a un

intervalo de indeterminación de caudales, cuyos valores extremos pueden

tomarse de referencia de base para años húmedos (caudal más alto del

intervalo) y años secos (el más bajo). El régimen ecológico en años secos o

húmedos se puede definir, análogamente, tomando respectivamente cada

caudal extremo como criterio base para el mes de menor caudal natural, y

el resto de los meses les asignamos unos caudales proporcionales a la

fluctuación natural mensual.

De esta forma tenemos un régimen de caudal ecológico menor para

los años secos, que en el caso de los húmedos. Este régimen tiene una

fluctuación similar a la que se da naturalmente durante los años secos, y en

los meses de estiaje se aseguran unos caudales capaces de mantener

suficiente hábitat para la supervivencia durante la sequía.

En ríos en que la torrencialidad es mas acusada, se observa que la

fluctuación estacional en su régimen natural sigue diferentes pautas en los 12

Page 13: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

años de lluvias normales con las que se dan en aquellas de sequía. En

general, la fluctuación es menos acusada y los máximos mensuales tienden

a retrasarse de Febrero-Marzo en los años húmedos a Marzo-Abril en los

secos. Por la existencia de estas diferencias hemos adoptado en los

Regímenes de Caudales Ecológicos Secos una pauta de fluctuación

proporcional a la que ocurre naturalmente en los años secos. Para ello, se

ha definido el Régimen Natural de los Años Secos como el determinado

por el caudal medio mensual de la serie natural de los años secos,

definiéndose estos últimos como aquellos cuyo caudal medio anual es

menor que la mitad del modulo natural.

Para los años con sequía extraordinaria, se propone un régimen con

caudales en los meses de estiaje iguales a los del régimen de años secos, y

el resto del año con una fluctuación atenuada a la mitad de la fluctuación de

los años secos. Con ello se pretende en estos años extremos hacer lo más

compatible posible la demanda de agua (que resultará prioritaria puesto que

se tratará principalmente de demanda de abastecimiento a poblaciones) con

la demanda ecológica. El régimen de caudales ecológicos cede en los

máximos que son totalmente almacenables por las obras de regulación

hidráulica al encontrarse bastante vacías.

El régimen natural de caudales en ríos que drenan cuencas áridas además

de ser bastante torrencial presenta generalmente estiajes muy acusados,

alcanzando con frecuencia la sequía completa del cauce (ríos temporales).

Debido a que la dimensión y la morfología de los cauces son perfiladas por

los caudales 'generadores del cauce' o 'bankfull discharge' (asimilables a la

'avenida ordinaria'), mientras que, los caudales ecológicos básicos se

determinan en función de esta morfología del cauce y del hábitat que

supone, puede darse el caso de que los caudales de los meses de estiajes

sean inferiores a los caudales mínimos básicos.

13

Page 14: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

En estos ríos de régimen acusadamente torrencial hemos definido su

régimen de caudales ecológicos respetando su estiaje natural, es decir en

los meses en que sus caudales naturales son inferiores a los caudales

mínimos básicos se toman los caudales naturales. En estos casos, la

fluctuación en los restantes meses se hace, no proporcionalmente al mínimo

mensual, sino proporcional al modulo de la serie.

En la figura Nº 4 se exponen los regímenes de caudales (naturales,

observados y ecológicos) en ríos mediterráneos. Si comparamos estos

diferentes tipos de regímenes podremos evaluar su significado y costes de

una gestión ambiental. Es de resaltar las grandes diferencias entre las

pautas de fluctuación observado y los que debería de ser el régimen natural

(río Genil). Acontinuación se exponen los porcentajes del régimen de

caudales naturales y del régimen observado medio, que los regímenes

ecológico, mínimo y extremo representan.

Finalmente, quedaría por definir que se entiende por año húmedo, seco y

extremadamente seco. En los ríos regulados mediante embalses podemos

realizarlo en función de las existencias de agua en los embalses de la

cuenca o subcuenca correspondiente al comienzo del año hidrológico. Se

propone el siguiente criterio:

Años Húmedos: llenado embalses > 50 %

Años Secos: llenado embalses entre 25 - 50 %

Años Extremos: llenado embalses < 25 %

14

Page 15: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

En el caso de los ríos sin infraestructura hidráulica reguladora se propone

un criterio similar, en función de las precipitaciones habidas en la cuenca

durante los dos años anteriores, según una media ponderada, y en relación

con las precipitaciones medias de series de más de 25 años.

Fig. Nº 4: Regímenes de Caudales de medias mensuales en Memgibar(Río

Guadalquivir), atendiendo a la serie natural (simulada), natural de años

secos (media anual menor que la mitad del modulo), observados

(regulado), y regímenes ecológicos diseñados para años húmedos, secos y

extremos.

Métodos de estimación del caudal Mínimo

La estimación de los caudales mínimos de un río se puede realizar de

diversas maneras dependiendo fundamentalmente del tipo de información

disponible y de las necesidades que se tengan. Dentro de los métodos más

comunes, cuando se cuenta con información suficiente están entre otros, el

Análisis de Frecuencias, que permite conocer el caudal mínimo para un

15

Page 16: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

período de retorno dado; la Curva de Duración de caudales, que muestra la

relación entre la magnitud y la frecuencia de las descargas de un río y el

método de la Curva de Recesión, que trata de representar, utilizando

variables geológicas y climáticas de la cuenca, la forma que toman las

hidrógrafas durante los períodos secos, las cuales se pueden representar

mediante diferentes ecuaciones, siendo las más comunes las de tipo

exponencial (Smakhtin, 2001). De otro lado, cuando no se tienen cuencas

instrumentadas se debe recurrir a otros métodos que permitan conocer, de

manera aproximada, el valor del caudal mínimo en un punto determinado.

Estos métodos pueden ser clasificados en diferentes grupos como por

ejemplo: (i) los que apuntan a la estimación de ciertos índices, tales como

la media o cuantiles específicos a partir de técnicas de regionalización,

involucrando parámetros geomorfológicos (área, pendiente de la cuenca y/o

canal, densidad de drenaje, etc), fisiográficos (porcentaje de lagos y zonas

boscosas), climáticos (precipitación y evaporación) e hidrológicos; (ii)

métodos gráficos (construcción de curvas regionales); (iii) técnicas de

interpolación espacial y (iv) los que permiten estimar ciertas características

del caudal mínimo a partir de series sintéticas de caudal. Estos últimos

requieren la aplicación de métodos de simulación que buscan la generación

de series continuas de caudal en uno o varios sitios de una cuenca, que

eventualmente pueden ser utilizados en métodos que requieran mayor

cantidad de información.

16

Page 17: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

CAUDAL DE AVENIDA

Una avenida (en algunos lugares se denomina también

como crecida, riada o aguas altas) es la elevación del nivel de un curso de

agua significativamente mayor que el flujo medio de éste. Durante la

crecida, el caudal de un curso de agua aumenta en tales proporciones que

el lecho del río puede resultar insuficiente para contenerlo. Entonces

el agua lo desborda e invade el lecho mayor, también llamado llanura

aluvial.

Particularidades y tipos

Una crecida elemental sólo afecta a uno o varios afluentes y puede

tener causas muy diferentes: pluvial, debido a las lluvias continuas sobre

una cuenca poco permeable o que ya se ha empapado de agua; nival,

provocada por la fusión de las nieves, el deshielo que provoca la ruptura

del obstáculo congelado que retenía las aguas, etc. Muchas veces dos o más

de estas causas simples suman sus efectos y el río, sobre todo después de

haber recibido las aguas de varios afluentes importantes, experimenta

una crecida compleja. Así es como loschubascos primaverales pueden

agravar considerablemente una crecida nival.

Por otra parte, las avenidas se pueden caracterizar según su variabilidad en

el tiempo, así se pueden distinguir:

Avenidas periódicas, que generalmente no causan daños, e incluso

son benéficas, como por ejemplo las del río Nilo previo a la

construcción de la presa de Asuán, donde contribuían a la fertilidad

del valle bajo del río. Este tipo de avenidas es de larga duración,

pudiendo durar semanas o meses. Son causadas por las variaciones 17

Page 18: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

climáticas de vastas regiones de la cuenca hidrográfica. Son

previsibles, pudiéndose tomar medidas de protección para evitar o

minimizar los daños.

Avenidas excepcionales: Estas son causadas por precipitaciones

intensas sobre toda la cuenca o parte de esta. Son difícilmente

previsibles, para ello se requiere de una red de monitoreo operada

en tiempo real. Generalmente causan daños a las poblaciones y a la

infraestructura económica.

Combinación de ambas: Generalmente causan daños, son

difícilmente previsibles si no se cuenta con una red de

monitoreo en tiempo real.

Características

Las principales características de una avenida son:

- Su caudal máximo, o pico, fundamental para el dimensionamiento de las

obras de protección lineares o defensas ribereñas;

- El volumen de la avenida;

- La velocidad con que aumenta su caudal.

Estas características, para un mismo tipo de precipitación (es decir, misma

intensidad y tiempo de aguacero), varían en función de características

intrínsecas de la cuenca: su extensión, la pendiente y tipo del terreno, etc., y

también de características modificables por las actividades antrópicas: la

cobertura vegetal, los tipos de preparación del suelo para la agricultura, las

áreas impermeabilizadas como áreas urbanas, etc.

18

Page 19: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

Período de retorno de una avenida

– Período de retorno (T) para un caudal de diseño

– Se define, como el intervalo de tiempo dentro del cual un

evento de magnitud Q, puede ser igualado o excedido por lo

menos una vez en promedio.

– Si un evento igual o mayor a Q, ocurre una vez en T años, su

probabilidad de ocurrencia P, es igual a 1 en T casos, es decir:

– La definición anterior permite el siguiente desglose de

relaciones de probabilidades:

– La probabilidad de que Q ocurra en cualquier año:

– La probabilidad de que Q no ocurra en cualquier año; es decir,

la probabilidad de ocurrencia de un caudal < Q:

– Si se supone que la no ocurrencia de un evento en un año

cualquiera, es independiente de la no ocurrencia del mismo, en

los años anteriores y posteriores, entonces la probabilidad de

que el evento no ocurra en n años sucesivos es:

19

Page 20: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

– La probabilidad de que el evento, ocurra al menos una vez en

n años sucesivos, es conocida como riesgo o falla R, y se

representa por:

– Con el parámetro riesgo, es posible determinar cuáles son las

implicaciones, de seleccionar un período de retorno dado de

una obra, que tiene una vida útil de n años.

Las crecidas son debidas a factores como:

a) La precipitación. La existencia de frentes activos, las lluvias

orográficas, así como las tormentas pueden producir precipitaciones

excepcionales, que son la base de las crecidas. Las precipitaciones

afectan de forma distinta según el tamaño de las cuencas. En cuencas

grandes, para nuestra latitud son los frentes los que producen una

generalización de la precipitación, mientras que en cuencas medianas

o pequeñas son las lluvias convectivas u orográficas las que

producen las mayores y más peligrosas avenidas, como por ejemplo

la “gota fría” que afecta a Mediterráneo español.

b) La fusión de la nieve. Este fenómeno debido a un aumento de la

Tª, que puede acompañar a las lluvias intensas, puede ser un factor

de incremento del caudal de una avenida.

c) El estado de humedad del suelo. Como se sabe existe una

primera retención que es muy baja con suelo inicialmente saturado.

Es un factor importante en cuencas grandes.

d) Geomorfología de la cuenca. Las características geomorfológicas

de una cuenca como la pendiente o la vegetación son un factor básico

en la generación de una avenida.

20

Page 21: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

e) La actividad humana. Puede variar las características de la

avenida en una cuenca, como por ejemplo la existencia de zonas

urbanizadas facilita la escorrentía, la existencia de embalses retrasa y

lamina la avenida.

Métodos para el Cálculo de Caudales de Avenida

Método de las Fórmulas Empíricas:

Estas fórmulas son válidas para dar un primer valor de referencia u orden

de magnitud. Están basadas en la experimentación y el caudal de avenida Q

(m3/s) se da en función de la superficie S (Km2).

Gómez Quijado: Q = 17·S2/3 , para superficies menores de 2000

Km2.

Fuller: Q(T) = Q1·(1 + 0,8·log T) , donde Q(T) es el caudal para un

período de retorno T y Q1 es la media de los caudales diarios de cada

año.

Zapata: Q = 21·S0,6 .

Método Estadístico:

Están basados en grandes series de datos anuales de caudales, que permiten

hallar caudales máximos siguiendo la siguiente metodología:

a) Recopilación de datos.

b) Análisis de datos.

c) Extrapolación estadística.

d) Contraste de resultados.

Para que los estudios tengan una consistencia suficiente, es necesario una

longitud mínima de la muestra que se define como “la longitud de muestra

recomendable para un análisis de caudales, por métodos estadísticos de 40-

50 años”.

21

Page 22: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

Para series de 30-40 años de longitud de serie, el análisis de frecuencia de

caudales debe ser apoyado por otros métodos tales como comparación con

cuencas similares o por medio de métodos que estudien el caudal a partir de

precipitaciones.

En series cortas de 10-20 años, se utilizan métodos basados en el estudio de

la precipitación (hidrograma unitario, modelos...).

Método Racional

Es utilizado para la determinación de caudales de avenida en cuencas

pequeñas de una superficie de 2,5 a 3 Km2. o bien que su tiempo de

concentración sea del orden de 1 hora:

Q = (C·I·A) / 3,6

Donde C es el coeficiente de escorrentía, I es la intensidad de la tormenta y

A es el área de la cuenca.

Este método se basa en que el tiempo de aguacero, mayor o igual que el

tiempo de concentración, determina el caudal máximo.

La intensidad de la tormenta se deberá calcular para una duración igual al

tiempo de concentración y para el período de retorno T que se desea

calcular el caudal, según la ecuación I = a·Tn / (t + b)m , donde t es el

tiempo de la tormenta y a, b, n y m son parámetros que dependen de las

condiciones meteorológicas de la zona.

El coeficiente de escorrentía C, depende de la precipitación diaria y del

umbral del caudal. Los coeficientes de escorrentía más comunes son:

1. Pavimento de hormigón 0,70 – 0.95;

2. Tratamiento superficial 0,60 – 0,80;

3. Zonas boscosas 0,10 – 0,20;

4. Zonas de vegetación densa de monte bajo 0,05 – 0,5;

5. Zonas sin vegetación 0,20 – 0,80;

6. Zonas cultivadas 0,20 – 0,40;22

Page 23: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

El valor de este coeficiente está en función de la intensidad de la lluvia y

por ello es necesario corregirlo en función de dicho parámetro, o bien

indirectamente a través del periodo de retorno T.

Método del Hidrograma Unitario

El método del hidrograma unitario desarrollado inicialmente por Sherman

en 1932, es aplicable a cuencas de tamaño mediano con una superficie de

300 a 400 Km2, cuya respuesta ante una tormenta suponga un hidrograma

complejo.

El método del hidrograma unitario se basa en la posibilidad de aplicación

del principio de linealización al proceso de escorrentía; según fue

explicado por Sherman, se puede enunciar en 3 principios:

1. Para tormentas cortas e intensas, el tiempo de punta del hidrograma

producido es constante e independiente de la duración de la tormenta.

2. Para tormentas de la misma duración e inferior al tiempo T0 del

hidrograma, el volumen de escorrentía producido es proporcional a la

intensidad de dichas tormentas:

V2 / V1 = I2 / I1 , de la misma forma que Q2 / Q1 = I2 / I1 .

3. Principio de Superposición. El hidrograma producido por una tormenta

de duración superior al tiempo T0, se puede obtener dividiendo la tormenta

en partes de tiempo igual o inferior a T0 y superponiendo los hidrogramas

obtenidos.

Por otra parte, el método de hidrograma unitario no considera las pérdidas

en la lluvia por infiltracion, evaporación, etc., por lo que a la hora de su

calibración es necesario valorar estas pérdidas y descontarlas en el

pluviograma inicial.

Método de Hidrogramas Sintéticos o Artificiales23

Page 24: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

Consiste en determinar las características fundamentales de un hidrograma

cuando no se tienen datos reales, por medio de fórmulas empíricas. Destaca

el hidrograma triangular, que es un modelo que sustituye la campana de

Gauss por un triángulo, cuya altura coincide con el caudal de punta Qp que

se calcula mediante:

Qp = 2·I·t0·S / 2,67·(tp + t0/2)

Donde I es la intensidad del temporal unitario, t0 es la duración del

temporal unitario, tc es el tiempo de concentración, tp es el tiempo de punta.

Los valores de estos dos últimos parámetros se obtienen mediante las

ecuaciones:

tp = 0,6·tc + (t0 / 2) tc = 1,4·[-(L·LC)1,5 / H]0,385

Donde L (Km.) es la longitud del cauce principal, LC (Km.) es la longitud

desde el c. de g. y H es el desnivel en metros.

El Hidrograma24

Page 25: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

En Hidrología se denomina Hidrograma a la representación gráfica de la

variación del caudal en relación con el tiempo en determinado punto de

una Cuenca Hidrográfica. En Esencia, el Hidrograma contiene el

comportamiento ante determinado patrón de precipitación sobre ella,

reflejando la relación entre las condiciones fisiográficas de esta Cuenca y la

relación lluvia-escorrentía en ella.

Fig. 5

La definición de los Componentes del Hidrograma, nos llevará entonces a

definir, con la ayuda de la figura anterior, el ciclo del escurrimiento

mediante una serie de fases:

25

Page 26: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

La fase previa al Hidrograma, se inicia con un período seco que se

prolonga hasta el inicio de la lluvia (Inicio del Hidrograma de la figura). En

esta fase sólo existe la contribución que realiza el flujo subterráneo al

caudal en el cauce en el que se estudia el Hidrograma. Aquí el nivel

freático se encuentra bajo y con tendencia descendente (de no generarse la

lluvia se mantendría esta tendencia).

En los cauces permanentes la escorrentía superficial se mantiene debido al

aporte de los acuíferos únicamente. En el caso de cauces intermitentes,

cuando el caudal base (agua subterránea) se agota, éstos se secan

totalmente.

La primera fase comienza con el inicio de la lluvia (Ver el Histograma de

Precipitación en la parte Superior del Gráfico), parte del agua precipitada

es interceptada por la vegetación, otra es retenida en depresiones y otra

parte, dada las condiciones de baja humedad del suelo, se infiltrará para

suplir esta deficiencia de humedad. En esta fase no hay escurrimiento

superficial directo, salvo el que cae sobre el cauce directamente.

Si la intensidad de la lluvia es menor que la capacidad de infiltración del

suelo, parte del agua retenida retornará a la atmósfera posteriormente;

ahora, si la intensidad de la lluvia es mayor que la deficiencia de humedad

del suelo habrá un aumento gradual del contenido de humedad en su zona

de aireación. En el Hidrograma de la figura esta fase queda definida por el 26

En los cauces permanentes la escorrentía superficial se mantiene debido al

aporte de los acuíferos únicamente. En el caso de cauces intermitentes, cuando

el caudal base (agua subterránea) se agota, éstos se secan totalmente.

Page 27: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

tramo comprendido entre el inicio de la precipitación y el punto “A”,

notemos que, la tendencia descendente se mantiene hasta que las pérdidas

por infiltración e Intercepción (entre otras) son excedidas por la Intensidad

de la Precipitación. En este momento la curva tiende a ser horizontal, para

iniciar el cambio de pendiente, precisamente en el Punto A.

La segunda fase es la que sigue a una lluvia intensa. Después de saturarse

las depresiones superficiales, se da inicio a la escorrentía superficial

directa. El agua que se infiltra satura la zona de aireación del suelo, dando

inicio al escurrimiento subsuperficial y a la percolación. En esta

fase, representada en el Hidrograma por el tramo A-B (Conocida como

curva de Concentración), solamente tres componentes están contribuyendo

a la alimentación del caudal: la escorrentía superficial directa, la

precipitación sobre la corriente y el agua subterránea.

Cuando la lluvia continúa, se alcanza una tercera fase en la que se llega al

nivel de máxima recarga y toda el agua precipitada contribuye con el

aumento del caudal. Aquí el caudal en el Hidrograma aumenta hasta

alcanzar el punto máximo o Caudal Pico (Punto C), en el cual se puede

decir que toda la cuenca está contribuyendo al caudal reflejado por el

Hidrograma.

Se considera que desde el punto B hasta el punto D, además de las tres

componentes del Hidrograma que estaban contribuyendo en la fase

anterior, está contribuyendo el flujo su superficial. En este intervalo la

componente que menos interviene es la precipitación directa sobre la

corriente, la cual debió haber cesado antes del punto D.

La cuarta fase constituye la de recuperación de las condiciones referidas en

la fase previa al inicio de la precipitación.

Desde el punto D del Hidrograma hasta el E (Curva de Descenso) el caudal

registrado se compone únicamente por flujo subsuperficial y agua 27

Page 28: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

subterránea. Finalmente a partir de este punto E, la escorrentía superficial

cesa y comienza la denominada Curva de agotamiento, en la cual los

aportes al caudal del cauce provienen únicamente de las reservas de agua

subterránea. Al final esta curva de agotamiento se mantendrá hasta el inicio

de una nueva lluvia, si es el caso, para repetirse nuevamente el ciclo.

Por último, hay que destacar que un Hidrograma puede presentar picos

múltiple sdebido a posibles aumentos en la intensidad de la lluvia, a una

sucesión continua de lluvias o a una no sincronización de las componentes

del flujo, por ejemplo, con relación a la siguiente figura, podremos ver

cómo sería el Hidrograma total generado para dos lluvias consecutivas, en

los que el caudal Pico aumenta, dadas las condiciones de saturación del

suelo, cuando ocurre la segunda lluvia.

Fig. 6

28

Page 29: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

Evidentemente en el Perú el caudal es mayor en los meses de avenida

(Enero-Mayo) y menor en los meses de estiaje (Junio-Septiembre)

Fig. 7 Hidrograma de caudales del ríos Chillón – Estación Obrajillo – Año

Hidrológico 2007 - 08

29

Page 30: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

CONCLUSIONES

Podemos definir la fluctuación del caudal, como la diferencia entre

los máximos y mínimos valores con respecto del valor promedio del

caudal de un río, a lo largo de un año.

En los casos más frecuentes, en que el agua es considerada un

recurso escaso, nos interesará especialmente ese valor mínimo. Pero

habrá casos en que será necesario vaciar muy rápidamente un

embalse (ante la amenaza de inundaciones, la necesidad de

producción hidroeléctrica, o de trasvase de aguas), y en estos casos

habrá que fijar también los valores máximos del caudal circulante

por el cauce, para mantener la estabilidad de los recursos biológicos.

Estos son los principales problemas que implican las fluctuaciones

del caudal.

Se logró determinar los métodos de cálculo de los caudales máximos

y mínimos.

Se denomina Hidrograma a la representación gráfica de la variación

del caudal en relación con el tiempo en determinado punto de

una Cuenca Hidrográfica.

30

Page 31: Informe Final Fluctuaciones

FLUCTUACIONES DEL CAUDAL FIGAE

BIBLIOGRAFIA

http://ingenieriacivil.tutorialesaldia.com/%C2%BFconoces-los-

componentes-de-un-hidrograma/

http://www.slideshare.net/jlorentemartos/rgimen-fluvial-6007537

http://www.astromia.com/tierraluna/rios.htm

http://www.endesa.cl/rse/publica/caudales.pdf

http://shadow.eas.gatech.edu/~choyos/Papers/Hoyos/

PeerReviwedColombianJournals/

Hoyos2002_CaudalesMinimos_MetCol_man.pdf

http://www.famp.es/famp/intranet/documentos/PH/PH

%20GUADALQUIVIR/Anejos/Anejo%205%20Caudales

%20Ecologicos/Anejo%205%20-%20IMPLANTACION

%20REGIMEN%20CAUDALES%20ECOLOGICOS.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Estiaje

http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/rojas.r/cap42303.pdf

http://clima.dicym.uson.mx/paglabhidra/ARCHIVOS/DENNIS/

Tipos%20de%20hidrogramas.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Avenida_(hidrolog%C3%ADa)

http://www.ugich.com/descargas/AECID%20Curso1/CALCULO

%20DE%20CAUDALES%20DE%20AVENIDA.pdf

31