U&I%ERSI'A' 'E LA GUA!IRA FACUL$A' 'E I&GE&IERIA PR"GRA#A 'E I&GE&IERIA A#BIE&$AL RI"ACA* LA GUA!IRA +,-.
C"&$E&I'" Pag I&$R"'UCCI"& "B!E$I%"S CAPI$UL" 4 -0 Agua Su1super2i/ial……………………………………………………………………….7 -0-0 Flujo no saturado………………………………………………………………………10 -0+0 Infiltración ………………………………………………………………………………12 -030 Tiempo de encharcamiento ……………………………………………………………15 +0 Agua super2i/al +0-0 flujo superficial hortoniano ……………………………………………………………00 +0+0 Hidrograma de caudal …………………………………………………………………11 +030 !ceso de precipitación " escorrent#a directa ………………………………………00 +040 $rofundidad de flujo " %elocidad ……………………………………………………..00 +050 Tiempo de tr&nsito………………………………………………………………………11 +0.0 'edes de rios …………………………………………………………………………..11
C"&CLUSI& REFERE&CIAS C"&SUL$A'AS
I&$R"'UCCI"&
-0 AGUA SUBSUPERFICIAL l agua su(superfial flu"e por de(ajo de la superficie terrestre.
-0- Fluo no satura6o ha" tres procesos importantes de flujo su(superficial " las )onas en *ue estas ocurren. In2litra/ion 6e agua super2i/al en el suelo* para con%ertirse en humedad del suelo+ 2luo su1super2i/ial o no satura6o satura6o+ a tra%,s del suelo " el 2luo 6e agua su1terranea o 2luo satura6o a tra%es de los estratos de suelos o rocas. -os estratos de suelo o roca *ue permiten el flujo de agua se denominan medios porosos. l flujo es no satura6o cuando el medio poroso toda%ia tiene alguno de sus %acios ocupados por aire " es satura6o cuando los %acios estan llenos de agua. El ni7el 2re8ti/o es la superficie donde el agua se encuentra a presión atmosferica en un medio saturado. $or de(ajo del ni%el fre&tico+ el medio poroso se encuentra saturado " a presión superiores a la atmosferica. $or encima del ni%el freatico las fuer)as capilares pueden saturar el medio poroso a lo largo de una corta distacia en la franja capilar+ por encima del cual el medio poroso se encuentra usualmente no saturado e!cepto despues de una llu%ia+ cuando la infiltración desde la superficie del terreno puede producir temporalmente condiciones de saturación. -a salidas de agua su(superficial " agua su(terranea ocurren cuando el agua su(superficial emerge para con%ertirse en flujo superficial en una corriente o manantial+ la humedad del suelo se e!trae por e%apotranspiración a medida *ue el suelo se seca.
onas " procesos del agua su(superficiales.
-0+ I&FIL$RACI& s el proceso mediante el cual el agua penetra desde la superficie del terreno hacia es suelo+ los factores *ue influ"en en la tasa de infiltración pueden ser la super2i/ie 6el suelo " su /u1ierta 7egetal+ las propiedades del suelo/ porosi6a6 " /on6u/ti7i6a6 9igra:li/a " /onteni6o 6e 9u;e6a6 presente en el suelo. stratos de suelos con propiedades fisicas diferentes pueden superponerse unos so(re otros formando hori)ontes por ejemplo un suelo limoso con una conducti%idad hidralica relati%amente alta puede estar superpuesto so(re una )ona de arcilla de (aja conducti%idad. -os suelos tam(ien presentan una gra %aria(ilidad espacial tam(ien dentro de pe*ueas areas como en un sem(rado. 3omo resultado de estas grandes %ariaciones espaciales " de las %ariaciones temporales de las propiedades del suelo *ue ocurren a medida *ue cam(ia el contenido de humedad de este. -a distri(ución de humedad dentro del perfil del suelo durante el mo%imiento hacia a(ajo del agua la encontramos representada en la siguiente figura. !isten cuatro )onas de humedad/ 4na )ona saturada cerca de la superficie+ una )ona de transmision de flujo no saturada " contenido de humedad apro!imadamente uniforme+ una )ona de mojado en la cual la humedad decrece con la profundidad " un frente de mojado en el cual el cam(io de contenido de humedad con la profundidad es tan grande *ue da la apariencia de una discontinuidad aguada entre el suelo mojado de arri(a " el suelo seco de a(ajo. ependiendo la cantidad de infiltracion " de las propiedades fisicas del suelo+ el frente de mojado puede penetrar en el suelo desde unas pocas pulgadas hasta %arios pies. -a tasa de infiltración f+ *ue se e!presa en pulgada por hora o centimetros por hora+ es la tasa la cual el agua entra al suelo en la superficie. 6i el agua se encharca en la superficie la infiltracion ocurre a la tasa de infiltración potencial. 6i la tasa de suministro de agua en l a superficie+ por ejemplo por llu%ia es menor *ue la tasa de infiltración potencial+entonces+ la tasa de infiltración real tam(ien sera menor *ue la tasa potencial. -a inflitración acumulada F es la profundidad acumulada de agua inflitrada dentro de un periodo dado " es igual a la integral de la tasa de infiltración de ese periodo.
ona de humedad durante la infiltración la in%ersa+ la tasa de infiltración es la deri%ada temporal de la infiltración acumulada
-03 $IE#P" 'E E&CARCA#IE&$" !isten algunos metodos para calcular la tasa de infiltracion en el suelo+ para todos ellos se utili)a la suposicion de *ue el agua se encharca con una profundidad pe*uea en la superficie del suelo. e tal manera *ue toda el agua *ue el suelo pueda infiltrar se encuentra disponi(le en la superficie. 6in em(argo durante una llu%ia+ el agua se encharca en la superficie si la intensidad de llu%ia es ma"or *ue la capacidad de infiltracion del suelo. l tiempo de encharcamiento
8tp9 es el lapso entre el inicio de llu%ia " el momento en *ue el agua se empie)a a encharcar en la superficie de terreno. 6i la llu%ia empie)a en suelo seco+ el perfil %ertical de humedad en este puede parecerse al de la imagen *ue encontraremos a continuacion. ntes del tiempo de encharcamiento la intensidad de la llu%ia es menor *ue la tasa de infiltracion potencial " la superficie del suelo permanece no saturada.
l encharcamiento comien)a cuando la intensidad de llu%ia e!cede la tasa potencial de infiltracion. n ese momento 8 t:tp9 el suelo en la superficie se satura. medida *ue la llu%ia continua 8 t;tp9 la )ona saturada se e!tiende profundamente en el suelo " empie)a la escorrentia superficial de agua encharcada.
$erfiles de humedad del suelo antes+ durante+ " despues de *ue ocurre el encharcamiento.
+0 AGUA SUPERFICIAL +0- FLU!" SUPERFICIAL "R$"&IA&" Horton 81<==9 descri(ió el flujo superficial de la siguiente manera/ >espreciando la intercepción por %egetación+ la escorrent#a superficial es a*uella parte de la llu%ia *ue no es a(sor(ida por el suelo mediante infiltración. 6i el suelo tiene una capacidad de
infiltración 2 *ue se e!presa en pulgadas a(sor(idas por hora+ entonces cuando la intensidad de la llu%ia i es menor *ue 2 + la llu%ia es a(sor(ida completamente " no e!ististe escorrent#a superficial. 6e puede decir como una primera apro!imación *ue si i es ma"or *ue 2 + la escorrent#a superficial ocurrir& a una tasa de 8 i<2 9?. Horton consideró *ue la escorrent#a superficial toma(a la forma de l&minas cu"a profundidad pod#a medirse en fracciones de pulgadas. medida *ue el flujo se acumula(a mo%i,ndose a lo largo de la pendiente+ su profundidad aumenta(a hasta *ue descarga(a en un canal. 3on el flujo superficial e!iste un almacenamiento en depresiones en los hundimientos de la superficie " un almacenamiento por detención superficial proporcional a la profundidad del mismo flujo superficial. l suelo almacena el agua infiltrada " luego la li(era lentamente como flujo su superficial para entrar en la corriente flujo (ase durante los periodos secos. l flujo superficial hortoniano es aplica(le a superficie impermea(le en &reas ur(anas " a superficie naturales con capas delgadas de suelo " con (ajo capacidad de infiltración como ocurre en tierras semi&ridas " &ridas.
Flujo superficial en una pendiente producida por un e!ceso de llu%ia so(re infiltración. 8 segn Horton+ 1<@59
FLU!" SUBSUPERFICIAL l flujo de superficial Hortoniano raramente ocurre en superficies con %egetación en regiones hmedas. Aajo estas condiciones+ la capacidad de infiltración del suelo e!cede las intensidades de llu%ia e!tremas. n tal caso el flujo su(superficial se con%ierte en el mecanismo primordial del transporte de agua llu%ia hacia corrientes.
-as %elocidades del flujo su(superficial son normalmente tan (ajas *ue por s# solo no puede contri(uir en forma significati%a a transmitir la precipitación directamente al flujo de la corriente+ e!cepto (ajo circunstancias especiales en *ue la conducti%idad hidr&ulica del suelo es mu" alta. 6in em(argo+ Bosele" 81<7<9 sugirió *ue el flujo a tra%,s de la ra#ces en un terreno (oscoso *ue puede ser m&s r&pido *ue el flujo a tra%,s de la masa del suelo ad"acente.
FLU!" SUPERFICIAL 'E SA$URACI"& 6e produce cuando un flujo su(superficial satura el suelo cerca o a la parte inferior de la pendiente " entonces se presenta flujo superficial a medida *ue la llu%ia cae en un suelo saturado. l flujo superficial de saturación difiere del flujo superficial hortoniano en *ue en este ltimo el suelo se satura desde arri(a mediante infiltración+ mientras *ue el flujo superficial de saturación ocurre con m&s frecuencias en la parte inferior de las pendientes de colinas cerca a las (ancas de la corriente.
+0+ I'R"GRA#A 'E CAU'AL I'R"GRA#A A&UAL l hidrograma anual+ una gr&fica de caudal %s tiempo en un ao+ muestra el (alance de largo pla)o de la precipitación+ la e%aporación " el caudal en una cuenca. !isten
diferentes r,gimen dentro del hidrograma anual+ en el encontramos el r,gimen perenne o de flujo continuo caracter#stico de clima hmedo+ dentro de esta los picos *ue se originan por las tormentas+ se conocen como escorrent#as directas o flujo r&pido+ mientras *ue el flujo con pocas %ariaciones en los periodos sin llu%ias se llama flujo (ase. Ctro r,gimen es el ef#mero el cual se da en un clima &rido.
I'R"GRA#A 'E $"R#E&$A l estudio de los hidrograma anuales muestra *ue los picos decrecientes se producen de forma poco frecuente " son el resultado de las llu%ias por si solas o acompaadas por el derretimiento de nie%e.
+03 E=CES" 'E PRECIPI$ACI& Y ESC"RRE&$IA l e!ceso de precipitación+ es la precipitación *ue no se r etiene en la superficie terrestre " tampoco se infiltra en el suelo. espu,s de fluir a tra%,s de la superficie de la cuenca+ el e!ceso de precipitación se con%ierte en escorrent#a directa a la salida de la cuenca (ajo la suposición de flujo superficial hortoniano. -as gr&ficas de e!ceso de precipitación contra el tiempo o hietograma de e!ceso de precipitación 8 'H por sus siglas en ingl,s9 es un componente cla%e para el estudio de las relaciones de las relaciones llu%iasDescorrent#as. -a diferencia entre el hietograma de llu%ia total *ue se o(ser%a " el hietograma de e!ceso de precipitación se conoce como a(stracciones o p,rdidas. -as p,rdidas son primordialmente agua a(sor(ida por infiltración con algo de intersección " almacenamiento superficial.
C"EFICIE&$ES 'E ESC"RRE&$IA -as a(stracciones tam(i,n pueden utili)arse por medio de los coeficientes de escorrent#a. -a definición m&s comn de un coeficiente de escorrent#a es *ue este es la relación entre la tasa pico de escorrent#a directa " la intensidad promedio de precipitación en una tormenta de(ido a la alta %aria(ilidad de la intensidad de precipitación este %alor es dif#cil de determinar utili)ando la información o(ser%ada. 4n coeficiente de escorrent#a tam(i,n puede definirse como la relación entre la escorrent#a " la precipitación so(re un periodo de tiempo dado. stos coeficientes se aplican comnmente a precipitación " escorrent#a de una tormenta+ pero tam(i,n pueden utili)arse para información de precipitación " caudales mensuales o anuales.
+04 PR"FU&'I'A' FLU!" Y %EL"CI'A' l flujo de agua so(re la superficie de una cuenca es un proceso complejo *ue %ar#a en las tres dimensiones espaciales " en el tiempo. 3omien)a cuando el agua almacenada en
la superficie ad*uiere una profundidad suficiente para so(repasar las fuer)as de retención superficial " empie)a a fluir. 6e pueden distinguir dos tipos (&sicos de flujo/ El 2luo super2i/ial y el 2luo en /anal0 l flujo 8escorrent#a9 superficial es una capa delgada *ue flu"e a lo largo de una superficie ancha. l flujo en canal es una corriente m&s angosta *ue flu"e en una tra"ectoria confinada. l flujo de agua superficial est& go(ernado por los principios de continuidad " de momentum. -a aplicación de estos principios a *ue flujos no permanentes tridimensionales en la superficie de una cuenca solo es posi(le en condiciones mu" simplificadas por lo tanto generalmente se suponen flujos unidimensionales o (idimensionales.
FLU!" SUPERFICIAL s una l&mina delgada *ue ocurre en la parte superior de las pendientes antes de *ue el flujo se concentre en canales reconoci(les. -a siguiente imagen muestra el flujo a lo largo de una plano uniforme en el cual la llu%ia cae con una intensidad i " se presenta una infiltración a una tasa f .
FLU!" E& CA&ALES l paso de flujo superficial hacia un canal puede %erse como flujo lateral de la misma manera *ue los anteriores ejemplos considera la precipitación como flujo lateral hacia la superficie de la cuenca.
+05 $IE#P" 'E $RA&SI$" l tiempo de transito del flujo desde un punto de la cuenca hasta otro puede deducirse a partir de la distancia " la %elocidad de flujo. 6i dos puntos a lo largo de una corriente est&n separados por una distancia -+ " la %elocidad a lo largo de la l#nea de corriente es %8l9 donde l es la distancia a lo largo de la tra"ectoria+ entonces el tiempo de transito t.
+0. RE'ES 'E RI"S
n mec&nica de fluidos+ el estudio de las similaridad de los flujos en sistemas de diferente tamao es una herramienta importante para relacionar los resultados de estudios hechos en modelos de pe*uea escala para aplicarlos a prototipos de gran escala. Horton 81<@59 dio origen al estudio cuantitati%o de redes de r#os. esarrollo un sistema para ordenar las redes de r#os " deri%ó algunas le"es al relacionar el nmero " la longitud de los r#os de diferente orden. l sistema de ordenamientos de r#os de Horton + le%emente modificada por 6trahler 81
3uenca de riachuelo de Biller+ condado (lanco+ Te!as+ mostrando la delineación de órdenes de r#os.
