HIDROLOGÍA APLICADA PRÁCTICA Nº 6: Estimación de la infiltración aplicando Método de CN del SCS Tema VI Ejercicio 6.1. Calcular la escorrentía que se origina por una lluvia de 127 mm en una cuenca de 4,047 Km2. El grupo hidrológico del suelo es de 50% el Grupo B y el 50% el grupo C que se intercalan a lo largo de la cuenca. Se supone una condición antecedente antecedente de humedad II. El uso de la tierra es: o o o o
o
40% de área residencial que es impermeable en un 30% 12% de área residencial que es impermeable en un 65% 18% de caminos pavimentados con cunetas y alcantarillados de aguas lluvias 16% de área abierta con un 50% con una cubierta aceptable de pastos y un 50% con una buena cubierta de pastos 14% de parques, plazas, colegios y similares (toda impermeable)
Ilustración 15 apuntes. Se presentan los parámetros CN para cada uso de tierra, en condiciones condiciones antecedentes de humedad normales (AMC II):
40% 12% 18% 8% 8% 14%
SUELO GRUPO B % CN Producto Producto 20% 72 1440 6% 85 510 9% 98 882 4% 69 276 4% 61 244 7% 98 686 50% 4038
Residencial impermeable 30% Residencial impermeable 65 % Caminos asfaltados Area abierta cubierta aceptable Area abierta buena cubierta Parques, plazas, colegios… TOTAL
SUELO GRUPO C % CN Producto 20% 81 1620 6% 90 540 9% 98 882 4% 79 316 4% 74 296 7% 98 686 50% 4340
Cálculo del CN ponderado: Mediante la tabla anterior. - CN _ ponderado =
4038 + 4340 100
=
83,78
Cálculo de la retención potencial máxima (S): A partir del dato anterior. 1000 − 10 CN
- S = 25,4 ⋅
1000
- S = 25,4 ⋅
83,78
−
10 = 49,17 mm.
Cálculo de la precipitación neta o escorrentía directa (Pe):
HIDROLOGÍA APLICADA. PRÁCTICA Nº6
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( P − 0,2 ⋅ S )2 - P e = P + 0,8 ⋅ S (127 − 0,2 ⋅ 49,17 )2 = 82,53 mm. - P e = + 0,8 ⋅ 49,17 127
Ejercicio 6.2. Sea una cuenca de 15 km2 que tiene la siguiente distribución :
Si los antecedentes son tipo II, se pide: a) Determinar el CN de la cuenca así como las perdidas y lluvia eficaz para una tormenta de 140 mm con la distribución siguiente:
En la tabla de la ilustración 15 se habla del bosque en condiciones buenas y condiciones pobres. El caso que nos ocupa, se trata de bosque en condiciones regulares hacemos la media entre ambos valores. - CN (bosque _ cond _ medias ) =
83 + 77 2
=
80
Cálculo del CN ponderado: - CN _ ponderado
=
7580 100
=
75,8
Cálculo de la retención potencial máxima (S): 1000 − 10 CN
- S = 25,4 ⋅
1000
- S = 25,4 ⋅
75,8
−
10 = 81,09 mm.
HIDROLOGÍA APLICADA. PRÁCTICA Nº6
-2-
Cálculo de la abstracción inicial I a: Nos permitirá saber si se produce escorrentía en cada intervalo de lluvia. - I a - I a
=
0,2 ⋅ S
=
0,2 ⋅ 81,09 = 16,22 mm.
Si PI a se producirá escorrentía. Para estos casos la abstracción continuada F a será: - F a
=
- F a
=
S ⋅ ( P − I a ) P − I a
+
S
81,09 ⋅ ( P − 16,22 ) P − 16,22 + 81,09
Cálculo de la lluvia eficaz o escorrentía Pe: - Pe = P - I a - F a Las pérdidas se calculan: - Pérdidas= P - P e Así pues: Tiempo 0 a 30 30 a 50 60 a 90 90 a 120 120 a 150
Lluvia parcial (mm) 10 35 60 25 10
Lluvia acumulada (mm) 10 45 105 130 140
Ia
Fa
Pe parcial
Pe total
10 16,22 16,22 16,22 16,22
0,00 21,24 42,38 47,35 48,99
0,00 7,54 38,86 20,03 8,35
0,00 7,54 46,40 66,43 74,79
Perdidas parciales 10,00 27,46 21,14 4,97 1,65
Perdidas totales 10,00 37,46 58,60 63,57 65,21
Se observa que en el primer intervalo de lluvia no se produce escorrentía, ya que la abstracción inicial I a es mayor que la precipitación (16,22>10). En el segundo intervalo, parte de la lluvia se infiltrará, hasta llegar a la abstracción inicial y posteriormente comenzará la escorrentía.
Ejercicio 6.3. Determinar la escorrentía directa producida por una lluvia aislada y uniformemente distribuida de 24 mm, siendo la precipitación acumulada en los cinco primeros días precedentes nula, ocurrida en el mes de agosto en una cuenca con las siguientes características: HIDROLOGÍA APLICADA. PRÁCTICA Nº6
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Siendo la precipitación acumulada en los cinco primeros días precedentes nula, y según la tabla de la página 30 de los apuntes nos encontramos en condiciones AMC I. Clasificación de suelos a efectos del umbral de escorrentía (tabla página 33 apuntes). Tendremos:
Textura Franco-arcillosa Franco-arcillosa Franca Franco-arcillosa
Grupo de suelo C C B C
Realizamos una estimación de los valores de CN para cada tipo de suelo, según ilustración 15, y suponiendo condiciones antecedentes de humedad II: Uso Barbecho Viña Bosque Bosque
Condiciones hidráulicas Pendiente 3,2% Regular Muy pobres
CN 91 88 68 86
Cálculo del CN ponderado (AMC II): Zona 1 2 3 4 TOTAL
Superficie (Ha) 150 350 800 1000 2300
- CN _ ponderado ( AMCII ) =
% 6,52% 15,22% 34,78% 43,48%
8036,96 100
CN 91 88 68 86
=
Producto 593,48 1339,13 2365,22 3739,13 8036,96
80,37
Transformamos CN (II) en CN (I): - CN ( I ) =
4,2 ⋅ CN ( II ) 10 − 0,058CN ( II )
HIDROLOGÍA APLICADA. PRÁCTICA Nº6
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- CN ( I ) =
4,2 ⋅ 80,37 10 − 0,058 ⋅ 80,37
= 63,23
Cálculo de la retención potencial máxima (S): 1000 − 10 CN
- S = 25,4 ⋅
1000
- S = 25,4 ⋅
63,23
−
10 = 147,70 mm.
Cálculo de la escorrentía P e: ( P − 0,2 ⋅ S )2 - P e = P + 0,8 ⋅ S (24 − 0,2 ⋅ 147,70 )2 - P e = + 0,8 ⋅ 147,70 24 (− 5,54 )2 - P e = 142 , 16
Como Pe< 0,2 S, entonces no se producirá escorrentía directa. Toda la precipitación será absorbida por la abstracción inicial.
Ejercicio 6.4 . Determinar la escorrentía directa producida por una lluvia aislada y uniforme distribuida de 48 mm en una cuenca con las siguientes características:
Clasificación de suelos a efectos del umbral de escorrentía (tabla página 33 apuntes). Tendremos:
HIDROLOGÍA APLICADA. PRÁCTICA Nº6
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Descripción
Suelo
Cultivos de cereales, laboreo perpendicular a la pendiente, pendiente >3%, textura franco-arenosa
B
Zona de monte, con nivel medio de cobertura vegetal, textura franco-acillosa
C
Olivos y viñedos, poco laboreo, pendiente < 2%, textura franco arcillosa
C
Realizamos una estimación de los valores de CN para cada tipo de suelo, según ilustración 15, y suponiendo condiciones antecedentes de humedad II: Descripción
CN
Cultivos de cereales, laboreo perpendicular a la pendiente, pendiente >3%, textura franco-arenosa
72
Zona de monte, con nivel medio de cobertura vegetal, textura franco-acillosa
70
Olivos y viñedos, poco laboreo, pendiente < 2%, textura franco arcillosa
88
Calculemos el CN ponderado para condiciones normales (AMC II) y posteriormente lo transformaremos a condiciones secas (AMC I) y a condiciones húmedas (AMC II), ya que el enunciado no especifica las condiciones antecedentes de humedad.
Descripción
Superficie
%
CN
Producto
Cultivos de cereales, laboreo perpendicular a la pendiente, pendiente >3%, textura franco-arenosa
12
28,57%
72
2057,14
Zona de monte, con nivel medio de cobertura vegetal, textura franco-acillosa
22
52,38%
70
3666,67
Olivos y viñedos, poco laboreo, pendiente < 2%, textura franco arcillosa
8
19,05%
88
1676,19
TOTAL
42
7400,00
Cálculo del CN ponderado (AMC II): - CN _ ponderado( AMCII ) =
7400 100
=
74
Transformamos CN (II) en CN (I): - CN ( I ) =
4,2 ⋅ CN ( II ) 10 − 0,058 ⋅ CN ( II )
Transformamos CN (II) en CN (III): HIDROLOGÍA APLICADA. PRÁCTICA Nº6
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- CN ( III ) =
23 ⋅ CN ( II ) 10 + 0,13 ⋅ CN ( II )
Así pues obtenemos: CN(I)= 54,45 CN(II)= 74,00 CN(III)= 86,75 Cálculo de la retención potencial máxima (S) y la precipitación neta o escorrentía directa (Pe): 1000 − 10 CN
- S = 25,4 ⋅
( P − 0,2 ⋅ S )2 - P e = P + 0,8 ⋅ S
CN S (mm) Pe (mm)
AMC (I) 54,45 212,48 0,14
AMC (II) 74,00 89,24 7,61
HIDROLOGÍA APLICADA. PRÁCTICA Nº6
AMC (III) 86,75 38,80 20,49
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