5.1 ESCURRIMIENTO EN CUENCAS NO AFORADAS.
¿QUÉ ES UNA CUENCA NO AFORADA? Entendemos que una cuenca no aforada es aquella que no ha sido medida calculada, marcada o investigado con una precisión el caudal y como ende su escurrimiento de esta misma, como tal hay métodos empíricos para hallar el escurrimiento neto que se mencionara adelante.
MÉTODOS PARA DETERMINAR LA AVENIDA MÁXIMA EN UNA CUENCA NO AFORADA Existen diversos métodos para estimar la avenida máxima que puede producirse en una cuenca. La mayoría de ellos son poco precisos ya que no tienen en cuenta los parámetro relevantes como el clima, la pendiente, la forma de la cuenca, etc.
Dickens Y Gnaguillet
Medición Directa
Medición Indirecta
Método Del Hidrográma Unitario
Limnógrafos
Métodos Estadísticos.
Gumbel
DICKENS Y GNAGUILLET una de las ecuaciones propuestas son por Dickens en 1869 y Gnaguillet Qn= 6.9(s)3/4
Qn =
La primera es la fórmula de Dickens y la segunda Gnaguillet Donde Qm: caudal máximo a la salida de la cuenca como consecuencia de una lluvia máxima (m3/s) S: Superficie de la cuenca (Km2) = coeficientes de ajuste a dimensional.
Para periodos de retorno entre 10 y 500 años y cuencas de menos de 30km2. Dal-Re et al ha desarrollado una ecuación, pero este método no es válido para precipitaciones anuales superiores a 1.500mm inferiores a 500mm. S(
0-1
0-0.3
0-1.4
1.10
3-4.3
1.4-2
10-20
4-3-5.1
2-2.3
20-30
5.1-5.5
2.3-2.5
30-40
5.5-5.8
40-50
5.8-6
MEDICIÓN DIRECTA Consiste en medir la velocidad del agua y obtener el caudal como producto de velocidad por superficie. Existen distintos tipos. Molinetes • Trazadores • Flotadores •
MOLINETES: Son pequeños molinos (normalmente tipo tornillo de Arquímedes) que se ponen en rotación al ser sumergidos en una corriente. La velocidad se puede poner en función de las rpm. (n) del molinete Introduciendo el molinete en diversos puntos se obtiene el perfil de velocidades, del que es fácil deducir el caudal por integración TRAZADORES: Consisten en introducir un trazador, mide su concentración aguas abajo y, de ello, deducir el caudal. FLOTADORES: Se mide la velocidad en superficie (Vs) como cociente entre el espacio recorrido por un cuerpo flotante y el tiempo Q= Vm A (A = sección transv. río) Vm = C Vs (C = 0.8 a 1.0)
MEDICIÓN INDIRECTA El caudal en una sección dada depende de: Nivel del agua (h) Pendiente (i) El caudal depende del nivel aguas abajo Se puede elegir (o preparar) secciones en las que el caudal no dependa de i (vertederos, resaltos, puentes con muchas pilas, «). En estos casos, Q = f (k), y basta mantener un registro de los niveles (Limnigrama) para poder deducir los caudales.
MÉTODO DEL HIDROGRAMA UNITARIO Los hidrogramas unitarios para cuencas sin estaciones de medición están basados en formulas teóricas o empíricas que relacionan el caudal máximo y las características de tiempo de la cuenca. El resultado de estos métodos se denomina Hidrograma Unitario Sintético y los mismos ofrecen a los hidrólogos e ingenieros cierta cantidad de procedimientos para desarrollar hidrogramas unitarios para cualquier cuenca. En algunos casos, también se puede intentar una calibración de la cuenca cuando hay cuencas adyacentes con estaciones de medición.
El método del hidrograma unitario es uno de los métodos utilizados en hidrología, para la determinación del caudal producido por una precipitación en una determinada cuenca hidrográfica. Un hidrograma unitario es un hidrograma (Q = f (t)) resultante de un escurrimiento correspondiente a un volumen unitario (1 cm, mm, plg, de lluvia por la cuenca) proveniente de una lluvia con una determinada duración y determinadas características de distribución en la cuenca hidrográfica
LIMNOGRAFOS Los principales tipos de limnígrafos son los de flotador y los neumáticos o de presión. Los limnígrafos de flotador consisten básicamente en un flotador que sube o baja según las oscilaciones del nivel del agua y que por medio de un contrapeso y una polea mueve un lápiz o una plumilla de tinta que marca las variaciones en el limnigrama En los limnígrafos neumáticos el lápiz se mueve por la presión o carga de agua sobre un sensor de presión que se coloca en el fondo del río, comunicando con el detector de presiones por un tubo de pequeño diámetro, flexible y resistente.
Limnigrama Se obtiene a partir del limnigrafo (instrumento de registro), que deduce el nivel del limnímetro (Instrumento de medida)
A partir del limnigrama, es fácil deducir el hidrograma. (La función Q = f (h)) suele calibrarse con mediciones directas.
Hidrograma complejo: contiene diversas avenidas Hidrograma simple: es el producido por un solo evento de precipitación La forma del hidrograma depende de: • • • • •
Variabilidad espacial y temporal de la lluvia. Forma de la cuenca. Características superficiales del terreno. Tipos y formas de cultivo (terrazas, bancales). Estado inicial de la cuenca
MÉTODOS ESTADÍSTICOS. Los métodos estadísticos, se basan en considerar que el caudal máximo anual, es una variable aleatoria que tiene una cierta distribución. Permiten hallar caudales máximos siguiendo la siguiente metodología: a) Recopilación de datos. b) Análisis de datos. c) Extrapolación estadística. d) Contraste de resultados.
CONCEPTOS ESTADÍSTICOS Entre las diversas distribuciones de probabilidad a que se ajustan a los datos hidrológicos, se encuentra la función de probabilidad doblemente logarítmica, propuesta por Gumbel. Se basa en la teoría de los valores extremos. Relaciona la magnitud de la mayor precipitación diaria de un año, dentro de una serie de años en los que hay mediciones disponibles que incluyen la frecuencia de su ocurrencia durante la serie. De manera similar puede relacionar la mayor avenida de cada año con la frecuencia de ocurrencia durante el periodo medido. • •
Método de Gumbel Método de Nash
DISTRIBUCIÓN DE GUMBEL En teoría de probabilidad y estadística la distribución de Gumbel (llamada así en honor de Emil Julius Gumbel (1891-1966) es utilizada para modelar la distribución del máximo (o el mínimo), por lo que se usa para calcular valores extremos. Por ejemplo, sería muy útil para representar la distribución del máximo nivel de un río a partir de los datos de niveles máximos durante 10 años. Es por esto que resulta muy útil para predecir terremotos, inundaciones o cualquier otro desastre natural que pueda ocurrir. La aplicabilidad potencial de la distribución de Gumbel para representar los máximos se debe a la teoría de valores extremos que indica que es probable que sea útil si la muestra de datos tiene una distribución normal o exponencial.
