Escurrimiento e infltración UNIDAD 3.-Instituto Tecnológico Tecnológico de Boca del Río
EQUIPO:
HERNANDEZ VIERA WENDY MAGALI PULIDO MONTERO AMAYRANI RAMIREZ GARCIA YADIRA
[ESCURRIMIENTO E INFILTRACIÓN]
INDICE UNIDAD 3 ESCURRIMIENTO E INFILTRACION 3.1.- PROCESO DE ESCURRIMIENTO 3.2.- TIPOS DE ESCURRIMIENTO 3.3.- MEDICION DE ESCURRIMIENTO Y REGISTRO DE AFOROS 3.4.- ANALISIS DE REGISTRO DE ESCURRIMIENTOS 3.5.- PROCESO DE INFILTRACION 3.6.- MEDICION DE LA INFILTRACION 3.7.- ANALISIS DE INFILTRACION
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3.1 PROCESO DE ESCURRIMIENTO La escorrentía (o escurrimiento) se define como aquella parte de la lluvia, del agua de deshielo y/o del agua de irrigación que no llega a infiltrarse en el suelo, sino fluye hacia un cauce fluvial, desplazándose sobre la superficie del mismo !e denomina tambi"n escorrentía superficial o de superficie La escorrentía tambi"n comprende el agua que llega al cauce fluvial con relativa rapidez #usto deba#o de la superficie $unto con la escorrentía superficial, este flu#o, que se denomina interflu#o o flu#o subsuperficial, constituye el volumen de agua que en hidrología se conoce generalmente como escorrentía o escurrimiento %l motivo principal del estudio del proceso de escorrentía es la necesidad de estimar la cantidad de agua que alcanza rápidamente el cauce fluvial La escorrentía es el elemento más importante de la predicción de crecidas y puede consistir de agua pluvial o del agua generada por el derretimiento de la nieve y del hielo Las condiciones en la cuenca hidrológica determinan la proporción de lluvia o nieve que se transforma en escorrentía &onociendo la cantidad de agua esperada en forma de escorrentía, pueden utilizarse otras herramientas, como el hidrograma unitario, para calcular el caudal o gasto correspondiente que se descargará en el cauce %l movimiento del agua en el suelo es el resultado de tres procesos físicos' entrada, transmisión y almacenamiento El pro!"o #! !$%r&#&, que tambi"n se denomina infiltración, ocurre en el límite entre el agua y la superficie del suelo L& %r&$"'("()$ es la percolación, tanto vertical como horizontal, que puede producirse a cualquier profundidad en la capa del suelo El &l'&!$&'(!$%o puede ocurrir en cualquier parte del perfil del suelo y se manifiesta como un aumento en la humedad del suelo %n t"rminos generales, las condiciones ambientales que influyen en estos tres procesos se dividen en dos categorías principales' efectos naturales y efectos antropog"nicos diferencia de los procesos naturales, que pueden tener varios efectos, la actividad humana suele reducir la cantidad de agua que penetra en el perfil del suelo y, por consiguiente, aumenta la escorrentía en la superficie del suelo, con todos sus conocidos
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[ESCURRIMIENTO E INFILTRACIÓN] %mpleamos los t"rminos cuenca, cuenca de drena#e y cuenca hidrológica (o hídrica o hidrográfica) para describir el área que contribuye a la escorrentía %n t"rminos generales, la escorrentía comienza en la divisoria de las aguas que marca el perímetro de la cuenca *oda la escorrentía dentro de una cuenca drena en un +nico sitio, es decir, la salida o desage de la cuenca
3.2 TIPOS DE ESCURRIMIENTO %l escurrimiento es la parte de la precipitación que aparece en las corrientes fluviales superficiales, intermitentes o efímeras, y que regresa al mar o a los cuerpos de agua interiores -icho de otra manera, es el deslizamiento virgen del agua, que no ha sido afectado por obras artificiales hechas por el hombre -e acuerdo con las partes de la superficie terrestre en las que se realiza el escurrimiento, "ste se puede dividir en' superficial, subsuperficial y subterráneo
. E"*rr('(!$%o o !"orr!$%+& "*p!r,((&l. %s la parte del agua que escurre sobre el suelo y despu"s por los cauces de los ríos . E"*rr('(!$%o "*"*p!r,((&l %s la parte del agua que se desliza a trav"s de los horizontes superiores del suelo hacia las corrientes na parte de este tipo de escurrimiento entra rápidamente a formar parte de las corrientes superficiales y a la otra le toma bastante tiempo el unirse a ellas
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[ESCURRIMIENTO E INFILTRACIÓN] . E"*rr('(!$%o "*%!rr$!o. %s aqu"l que, debido a una profunda percolación del agua infiltrada en el suelo, se lleva a cabo en los mantos subterráneos y que, posteriormente, por lo general, descarga a las corrientes fluviales
la parte de la precipitación que contribuye directamente al escurrimiento superficial se le llama precipitación en e0ceso %l escurrimiento subterráneo y la parte retardada del escurrimiento subsuperficial constituyen el escurrimiento base de los ríos La parte de agua de escurrimiento que entra rápidamente en el cauce de las corrientes es a lo que se llama escurrimiento directo y es igual a la suma del escurrimiento subsuperficial más la precipitación que cae directamente en los cauces
3.3 AFOROS DE ESCURRIMIENTO 1ara determinar el volumen que escurre por una cuenca, se deben aforaro medir las corrientes Los aforos se realizan en estaciones hidrom"tricas (en puentes de aforo y usando molinete) o se puede medir la corriente de cualquier río de manera individual %stos aforos se hacen a trav"s de cierto intervalo de tiempo (horas, días, etc), con cuyos datos se construyen gráficas de gasto (m2/s) contra tiempo (h), llamadas hidrogramas %n 3"0ico se usan básicamente tres tipos de m"todos para aforar corrientes, a saber' •
S!(o$!" #! o$%rol na sección de control de una corriente se define como aqu"lla en la que e0iste una relación entre el tirante y el gasto &onsiste de una obra hidráulica o vertedor construido especialmente para aforar una corriente %ste m"todo es el más preciso detodos para el aforo, pero es relativamente costoso y en general, sólo se puede usar cuando los gastos no son muy altos %n el caso de estrechamientos en el cauce, deberá restringirse el transporte de ob#etos arrastrados por la corriente ya que la sección puede obstruirse n inconveniente de los vertedores es que generan un remanso aguas arriba de la sección 1or ello, este m"todo es adecuado en ríos peque4os cauces artificiales (como canales de riego) o cuencas e0perimentales
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R!l&()$ "!()$-p!$#(!$%!. %ste m"todo se utiliza para estimar el gasto má0imo que se presenta durante una avenida reciente en un río donde no se cuenta con ning+n otro tipo de aforo 1ara su aplicación se requiere solamente contar con la topografía de un tramo del cauce y las marcas del nivel má0imo del agua durante el paso de la avenida(obtenidas con estadal o de escalas dibu#adas en las orillas del canal)
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R!l&()$ "!()$-/!lo(#&#. %ste es el m"todo más usado en 3"0ico para aforar corrientes &onsiste básicamente en medir la velocidad en varios puntos de la sección transversal y despu"s calcular el gasto por medio de la ecuación de continuidad 5 6 v ( 6 área hidráulica)
78-9:;9!3 -% %!&99838%<*%! %s una gráfica que nos muestra la descarga, caudal o gasto de un río en función del tiempo -urante un período de sequía la descarga estará compuesta enteramente de contribuciones subterráneas, como se observa en la =igura medida que el río o arroyo drena agua de la reserva subterránea, el nivel freático decae, de#ando cada vez menos agua para alimentarlo !i no hay una recarga del agua subterránea, el escurrimiento será cero
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!i se mide el gasto (volumen de escurrimiento por unidad de tiempo> m2/s)que pasa de manera continua durante todo un a4o por una determinada sección transversal de un río y se grafican los valores obtenidos contra el tiempo, se obtendría una gráfica como la de la =igura unque la forma de los hidrogramas producidos por tormentas particulares varía no solo de cuenca a cuenca, sino tambi"n de tormenta a tormenta, es posible, en general distinguir las siguientes partes en cada hidrograma (=igura) a) 1unto de levantamiento %n este punto, el agua proveniente de la tormenta ba#o análisis comienza a llegar a la salida de la cuenca y reproduce inmediatamente despu"s de iniciada la tormenta, durante la misma o incluso cuando ha transcurrido ya alg+n tiempo despu"s de que cesó de llover !u forma depende de varios factores, entre los que !% pueden mencionar el tama4o de la cuenca, su sistema de drena#e, tipo desuelo, la intensidad y duración de la lluvia, etc
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[ESCURRIMIENTO E INFILTRACIÓN] b) ;asto pico %s el gasto má0imo que se produce por la tormenta &on frecuencia es el punto más importante de un hidrograma para fines de dise4o c) 1unto de infle0ión %n este punto es apro0imadamente cuando termina el flu#o sobre el terreno y de aquí en adelante, lo que queda deagua en la cuenca escurre por los canales y subterráneamente como escurrimiento base d) =inal del escurrimiento directo -e este punto en adelante el escurrimiento es sólo de origen subterráneo
3.4 ANALISI DE REGISTRO DE ESCURRIMIENTO 1ara el análisis básico del escurrimiento, se deben de considerar las variables siguientes' la intensidad de la precipitación> la capacidad de infiltración de una superficie particular> la condición hidráulica a la que se encuentra el suelo o la roca> y la característica hidráulica del suelo o roca La comparación entre estas variables permite obtener información sobre los procesos que se pueden presentar ba#o diferentes situaciones continuación se comentan cuatro condiciones que se pueden presentar, con sus respectivas consecuencias a) &uando la intensidad de precipitación es menor que la capacidad de infiltración y el contenido de humedad del suelo o roca es menor a su capacidad de campo %n este caso, el escurrimiento sobre la superficie del terreno será reducido, ya qu e el suelo o roca será capaz de captar la mayor parte del volumen de agua que entra como precipitación %l flu#o subsuperficial será muy reducido, ya que el agua captada se utilizará para aumentar el contenido de humedad inicial b) &uando la intensidad de precipitación es menor que la capacidad de infiltración y el contenido de humedad del suelo o roca es mayor o igual a su capacidad de campo &omo el suelo o roca se encuentra en una condición cercana a la capacidad de campo, parte de la
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[ESCURRIMIENTO E INFILTRACIÓN] precipitación se convertirá eventualmente en escurrimiento sobre el terreno> sin embargo, los vol+menes seguirán siendo de poca cuantía %l flu#o subsuperficial será importante c) &uando la intensidad de precipitación es mayor que la capacidad de infiltración y el contenido de humedad del suelo o roca es menor a sucapacidad de campo %l suelo o roca presenta una deficiencia de humedad importante, de modo que el agua que precipite, a pesar de que la capacidad de infiltración es reducida, se utilizará en abastecer de humedad al suelo, escurriendo sólo una porción relativamente peque4a d) &uando la intensidad de precipitación es mayor que la capacidad de infiltración y el contenido de humedad del suelo o roca es mayor o igual a su capacidad de campo %n este caso, al encontrarse el suelo o roca en una condición cercana a la saturación, no permitirá una infiltración importante, de modo que la mayor parte se convertirá en escurrimiento sobre el terreno %l flu#o subsuperficial tambi"n será importante &uando la parte somera de un suelo no permite una infiltración importante, se forma el denominado flu#o 7ortoniano, es decir, la saturación en un suelo o roca tendrá lugar sólo en una porción cercana a la superficie, siendo incapaz el frente de humedad de avanzar a mayor profundidad, favoreciendo de esta manera al escurrimiento sobre el terreno
3.5 PROCESO DE INFILTRACI0N La infiltración es el proceso por el cual el agua en la superficie de la tierra entra en el suelo La tasa de infiltración, en la ciencia del suelo, es una medida de la tasa a la cual el suelo es capaz de absorber la precipitación o la irrigación !e mide en pulgadas por hora o milímetros por hora Las disminuciones de tasa hacen que el suelo se sature !i la tasa de precipitación e0cede la tasa de infiltración, se producirá escorrentía a menos que haya alguna barrera física %stá relacionada con la conductividad hidráulica saturada del suelo cercano a la superficie La tasa de infiltración puede medirse usando un infiltrómetro %l proceso de infiltración puede continuar sólo si hay espacio disponible para el agua adicional en la superficie del suelo %l volumen disponible para el agua adicional depende de la porosidad del suelo y de la tasa a la cual el agua antes infiltrada puede ale#arse de la superficie a trav"s del suelo La tasa má0ima a la que el agua puede entrar en un suelo se conoce como capacidad de infiltración !i la llegada del agua a la superficie del suelo es menor que la capacidad de
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[ESCURRIMIENTO E INFILTRACIÓN] infiltración, toda el agua se infiltrará !i la intensidad de precipitación en la superficie del suelo ocurre a una tasa que e0cede la capacidad de infiltración, el agua comienza a estancarse y se produce la escorrentía sobre la superficie de la tierra, una vez que la cuenca de almacenamiento está llena %sta escorrentía se conoce como flu#o terrestre hortoniano %l sistema hidrológico completo de una línea divisoria de aguas se analiza a veces usando modelos de transporte hidrológicos, modelos matemáticos que consideran la infiltración, la escorrentía y el flu#o de canal para predecir las tasas de flu#o del río y la calidad del agua de la corriente
3.6.-MEDICI0N DE LA INFILTRACI0N 1ara la medición de la infiltración en campo el m"todo más utilizado, debido a su simplicidad, es el de los cilindros conc"ntricos %l cual consiste en dos cilindros de acero con un diámetro de 2? y @A cm, los cuales se clavan en el suelo a una profundidad de al menos BA cm %stos cilindros presentan un espesor de 2 mm %l e0tremo superior de los anillos se les hace una pesta4a de apro0imadamente B2 mm de longitud, para facilitar los golpes al introducirlos en el suelo %l e0tremo inferior se hace afilado para facilitar la penetración %l terreno donde se realiza esta prueba debe estar nivelado, con su superficie libre de arvenses que obstaculicen el normal desarrollo de la prueba l colocar los cilindros, se debe buscar que estos no da4en demasiado la estructura del suelo, lo que se consigue asegurándose que estos están verticales al momento de clavarlos
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[ESCURRIMIENTO E INFILTRACIÓN] Los cilindros deben quedar conc"ntricos 1ara iniciar la prueba se llena con agua el espacio definido por los dos cilindros, para lo cual se de#a infiltrar el agua BA minutos 1asado este tiempo se llena hasta una altura conocida el cilindro interno y se toman medidas de la lámina infiltrada a intervalos de tiempo regulares &on estas pare#as de datos se construye la gráfica Celocidad de infiltración Cs *iempo, para obtener el valor de la infiltración básica %s recomendable si el terreno es grande, e#ecutar esta operación en varias partes para obtener un promedio de las mediciones y así minimizar las variaciones en la infiltración debidas a la variabilidad del suelo
3.7.- ANLISIS DE FILTRACI0N
/ue a,ara continuación selo intro*ucen conce,tos 0actores /ue lael a0ectan. los usan clculo m1to*os *e me*irla /ue se 2en !ran*es Anlisis *ela cuencas infltración infltración en ciclo la +i*roló!ico im,ortancia relación es -sica *e el escurrimiento. ,or relaci
%l análisis de la infiltración en el ciclo hidrológico es de importancia básica en la relación entre la precipitación y el escurrimiento, por lo que a continuación se introducen los conceptos que la definen, los factores que la afectan, los m"todos que se usan para medirla y el cálculo de dicha componente en grandes cuencas La infiltración es el proceso por el cual el agua penetra desde la superficie del terreno hacia el suelo %n una primera etapa satisface la deficiencia de humedad del suelo en una zona cercana a la superficie, y posteriormente superado cierto nivel de humedad, p asa a formar parte del agua subterránea, saturando los espacios vacíos !e denomina capacidad de infiltración a la cantidad má0ima de agua que puede absorber un suelo en determinadas condiciones, valor que es variable en el tiempo en función de la humedad del suelo, el material que conforma al suelo, y la mayor o menor compactación que tiene el mismo =actores que afectan la capacidad de infiltración' • • • •
%ntrada superficial, transmisión a trav"s del suelo, capacidad de almacenamiento del suelo, características del medio permeable características del fluido
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