Exposicion 4 - Copia

8/18/2019 Exposicion 4 - Copia

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+nfiltrómetros de carga constante. Permiten conocer la cantidad de agua quepenetra en el suelo en un área cerrada a partir del agua que debe agregarse adicha área para mantener un tirante constante! que generalmente es de mediocent$metro.

,igura - +nfiltrómetro de carga constante

#os infiltrómetros de carga constante %,igura -& más comunes consisten en dosaros concéntricos! o bien en un solo tubo; en el primer tipo! se usan dos arosconcéntricos de /0 1/ cm de diámetro respectivamente! los cuales se hincan en

el suelo varios cent$metros.El agua se introduce en ambos compartimentos! los cuales deben conservar elmismo tirante. El objeto del aro exterior es evitar que el agua dentro del aro interior se expanda en una zona de penetración maor que el área correspondiente; lacapacidad de infiltración del suelo se determina a partir de la cantidad de agua queha que agregar al aro interior para mantener su tirante constante.


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El segundo tipo consiste en un tubo que se introduce en el suelo hasta unaprofundidad igual a la que penetra el agua durante la medición lo que evita que elagua se expanda! en este caso se mide el agua que se le agrega para mantener el

nivel constante. 2unque estos aparatos proporcionan un método simple directo para determinar la cantidad de agua que absorbe el suelo con estas condiciones! sólo se considerala influencia del uso del suelo! vegetación algunas variables f$sicas. Esta formade medir la infiltración puede cambiar con respecto a la real porque no toma encuenta el efecto que producen las gotas de lluvia sobre el suelo! como son lacompactación el lavado de finos. Por otra parte! tampoco considera el efecto delaire entrampado! el cual se escapa lateralmente; además! es imposible hincar losaros o el tubo sin alterar las condiciones del suelo cerca de su frontera! pudiendo

ser afectado un porcentaje apreciable del área de prueba a que ésta es mupeque"a.

(imuladores de lluvia. 3on el objeto de evitar en lo posible las fallas delos infiltrómetros de carga constante! se usan los infiltrómetros que simulan lalluvia! aplicando el agua en forma constante al suelo mediante regaderas.

El área que estos simuladores cubre var$a generalmente entre 4.- 54 m/. Enestos aparatos la capacidad de infiltración se deduce midiendo el escurrimientosuperficial resultante de una lluvia uniforme. Existen diversos tipos deinfiltrómetros de esta clase! dependiendo del sistema generador de lluvia la

forma de recoger el escurrimiento superficial del área en estudio.

#a capacidad de infiltración media en la cuenca 6! se puede obtener con lasmediciones de infiltrómetros en puntos representativos de las diferentescaracter$sticas del suelo de la cuenca.

6 7 %- 8 2c& 9i 2i

:onde

6 7 capacidad de infiltración media de la cuenca %m8s& 2c 7 área total de la cuenca %m/&9i 7 velocidad de infiltración obtenida con el infiltrómetro %m8s&

2i 7 área con caracter$sticas similares a las del punto donde se midió 9i %m/&


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Índice de infiltración media

El $ndice de infiltración media %,igura /& está basado en la hipótesis de que parauna tormenta con determinadas condiciones iniciales la cantidad de recarga en lacuenca permanece constante a través de toda la duración de la tormenta. 2s$! sise conoce el hietograma el hidrograma de la tormenta! el $ndice de la infiltraciónmedia! ! es la intensidad de lluvia sobre la cual! el volumen de lluvia es igual aldel escurrimiento directo observado o lluvia en exceso.

,igura /


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:ebe se"alarse que como la lluvia var$a con respecto al tiempo el $ndice es

constante! cuando la variación de la lluvia en un cierto intervalo de tiemposea menor que ! se acepta que todo lo llovido se infiltró. El problema se presentacuando se desea evaluar el volumen de infiltración! a que si se eval'a a partir del

$ndice se obtendrá por este hecho un volumen maor que el real. Para calcular el volumen de infiltración real! se aplica la siguiente ecuación

, 7 % hp ) he & 2

:onde

, 7 volumen de infiltración %m0&

hp 7 altura de lluvia debida a la tormenta! la cual es la suma de los %mm&he 7 altura de la lluvia en exceso %mm&

2 7 área de la cuenca %m/&

Obtención de la cura de ca!acidad de infiltración media

(i se tiene una serie de tormentas sucesivas en una cuenca peque"a se disponedel hietograma e hidrograma correspondientes! es posible obtener la curva de lacapacidad de infiltración aplicando el criterio de =orner #los.

:el hietograma para cada tormenta! se obtiene la altura de lluvia hp seg'nel hidrograma! la lluvia en exceso! he! a que dio lugar. 2 continuación se calcula elvolumen de infiltración ,! expresado en lámina de agua! que es

En la ecuación anterior hf debe dividirse entre el tiempo promedio en que ocurre lainfiltración en toda la cuenca.

En este criterio se acepta que la infiltración media se inicia cuando empieza lalluvia en exceso contin'a durante un lapso después de que ésta termina. En estemomento! si la tormenta cubre toda el área! la infiltración contin'a en forma decapacidad e irá disminuendo conforme el área de detección del escurrimientodisminue. =orton considera que el periodo equivalente durante el cual el mismovolumen de infiltración pasa! desde que la lluvia en exceso finaliza hasta que cesael flujo sobre tierra! se puede detectar al analizar el hidrograma correspondiente.


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(eg'n lo anterior! el tiempo promedio en el que ocurre la capacidad de infiltraciónse expresa como

:onde

t 7 duración de la infiltración %h&de 7 duración de la lluvia en exceso %h&> t 7 periodo desde que termina la lluvia en exceso hasta que seca el flujo sobretierra %h&

Por lo tanto! la capacidad de infiltración media será

f 7 hf 8 t

:onde

hf 7 altura de infiltración media %mm&t 7 duración de la infiltración %h&

?na vez conocido el valor de f para cada tormenta! se lleva a una gráfica en elpunto de cada periodo t. 2l unir los puntos resultantes se obtiene la curva decapacidad de infiltración media.

Ca!acidad de infiltración en cuenca" #rande"

Para cuencas donde no se acepta que la intensidad de lluvia es uniforme en todael área! =orton propone un criterio para calcular la capacidad de infiltraciónmedia! fa! que se tiene para una tormenta cualquiera.

Este criterio supone la disponibilidad de registros de lluvia suficientes pararepresentar su distribución satisfactoriamente! que al menos uno de los registrosse obtuvo a partir de un pluviógrafo. Esto implica estimar que la distribución delluvia registrada en el pluviógrafo sea representativa de la distribución en toda lacuenca. Por otra parte! considera que el escurrimiento superficial es igual a ladiferencia entre la precipitación la infiltración que ocurre durante el periodo de lalluvia en exceso; o sea que se desprecia la infiltración antes después de la lluviaen exceso. Entonces! el valor de fa que se encuentra es tal que multiplicado por laduración de la lluvia en exceso restado de la lluvia total para el mismo periodo!proporciona el escurrimiento superficial total.


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#a estación pluviográfica recibe el nombre de estación base las pluviométricas se llaman subestaciones. 3on el fin de tener un criterio decálculo general para la cuenca en estudio! conviene transformar a porcentajes la

curva masa de la estación base. ?na vez hecho estos cálculos! se suponenalturas de lluvia a partir de la curva masa en porcentaje! se obtiene la variaciónrespecto al tiempo. 2 continuación se proponen capacidades de infiltración media se deduce cada altura de lluvia correspondiente a su lluvia en exceso.

#o anterior permite obtener gráficas de alturas de lluvias totales contra alturas delluvia en exceso para diferentes capacidades de infiltración media. 2s$! conocida laaltura de precipitación media en la cuenca para la tormenta en estudio! sucorrespondiente altura de lluvia en exceso a partir del hidrograma delescurrimiento directo es posible obtener su capacidad de infiltración media.

Este criterio es similar al del $ndice de infiltración media! sólo que ahora lostanteos se llevan a gráficas que en el caso de tener una tormenta con unaduración grande es mu conveniente! a que disminue el tiempo de cálculo. Por otra parte! permite disponer de una gráfica que relaciona para cualquier tormentasu lluvia en exceso! su lluvia total su correspondiente capacidad de infiltraciónmedia.

C$eficiente de e"currimient$

3omo sólo una parte del volumen llovido en una cuenca escurre hasta su salida! alconsiderar la expresión

@ 7 3e P

:onde@ 7 volumen de escurrimiento directo %m0&3e 7 coeficiente de escurrimiento %A&P 7 volumen de lluvia %m0& (e tiene en dicho coeficiente el valor representativo de aquellos factores. (i seconocen los vol'menes de escurrimiento de lluvia! puede determinarse elvolumen de infiltración! ,! de la ecuación

, 7 P ) @

3onviene recordar que en , están comprendidos desde pérdidas por retenciónsuperficial o intercepción de la vegetación su evaporación! hasta los vol'menes


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que constituen recarga de acu$feros una vez que se satisfizo la deficiencia dehumedad del suelo.

Criteri$" en cuenca" af$rada"

2l tomar la lluvia como principal variable en cuencas aforadas debido a que ni lacapacidad de infiltración ni el coeficiente de escurrimiento pueden considerarseconstantes! se busca una relación entre la lluvia la infiltración de acuerdo con elcriterio del ?.(. (oil 3onservation (ervice %?((3(& seg'n el cual la relación entreel coeficiente de escurrimiento 3e la altura de precipitación total hp es

donde ( es un parámetro dado en las mismas unidades que hp %mm&. :e ( seprueban distintos valores hasta encontrar el que hace m$nima la variancia del error en el cálculo de 3e. 3onocido el volumen de escurrimiento! por diferencia con elde precipitación se calcula el de infiltración.


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3.% An&li"i" de la Infiltración.3uando se realizan análisis areales! uno de los inconvenientes que se presentanes la determinación del estado de humedad del suelo! en el instante en que seproduce la tormenta o precipitación! es por ello que se desconoce en qué punto dela curva f)t! se encuentra nuestro suelo.

En el caso extremo de que la intensidad de la precipitación fuese siempre maor que la capacidad de infiltración! se puede suponer que la curva es la capacidad deinfiltración descontarle a la intensidad de precipitación ese valor.

En el extremo opuesto! de que la intensidad de precipitación es menor que lacapacidad de infiltración! toda la lluvia se transformará en infiltración la curvatendrá un descenso más lento.

El trabajar con la curva de capacidad de infiltración es complicado! se toma unvalor medio de infiltración se supone que es un valor constante. Esto es válidocuando el objetivo es determinar la precipitación en exceso para la determinaciónde crecidas! donde la magnitud de la intensidad de precipitación normalmente esmu superior a la capacidad de infiltración! donde la distribución de los excesosse afectan levemente al considerarla constante en el per$odo.

Esta aproximación comienza a producir errores maores! a medida que aumentanlas pérdidas con respecto a las precipitaciones.


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D'ficit de e"currimient$( e)ce"$ * a!$rtaci$ne". El déficit de escorrent$a medio anual :! es por definición la diferencia : 7 P B 2!con la variación de las reservas nulas. Cepresenta mu sensiblemente laevaporación total de la cuenca.

#os factores que afectan el déficit de escurrimiento anual son meteorológicos!geográficos! hidrogeológicos biológicos. #os factores meteorológicos son lasprecipitaciones la temperatura. #os factores geográficos son la localizacióngeográfica de la cuenca su morfolog$a. En la localización geográfica interesa lalatitud! la longitud la altitud. #os factores hidrogeológicos son la permeabilidad de

los terrenos la profundidad de las aguas subterráneas. #os factores biológicoscomprenden la cubierta vegetal la acción del hombre.

3álculo de déficit de escurrimiento El déficit de escurrimiento o evaporación!puede calcularse mediante fórmulas teniendo en cuenta dos variables latemperatura media la precipitación total. Por lo tanto E depende de P de *.

,órmula de 3outagne :esprecia el efecto de la temperatura considera sólo laprecipitación Entre las latitudes norte D4 04! propone

: 7 /-4 F 04 G * %para P 7 H44 mm. I /4A&

#a relación fundamental de estos conceptos son las dos lees básicas de laevaporación hidrológica -& #a evaporación hidrológica aumenta hasta cierto l$mite!con la lluvia ca$da. /& #a evaporación hidrológica! a partir de este l$mite disminuecon la precipitación.

3uando las precipitaciones son bajas! se tiene poca agua disponible paraevaporar la evaporación aumenta con la precipitación; una vez alcanzado ciertol$mite! ocurre lo contrario cuanto más llueve! la atmósfera está en peorescondiciones para evaporar ! a partir de este l$mite! la evaporación disminue conla precipitación.

(e dice que una región es seca cuando la pluviometr$a se corresponde con larama donde un aumento de precipitación! se corresponde a un aumento de laevaporación. ?na región es h'meda cuando todos los a"os la precipitación estáen la rama decreciente de la curva.

(i se establece un balance h$drico para una tormenta queda la siguienteexpresión


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