CAP 1 INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA 10oct2014.pdf

2012 CAP. 1: INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA NELAME

DR. NESTOR LANZA MEJIA FAMILIA LANZA MEITCHOUK 9/5/2012

HIDROLOGIA PARA INGENIEROS CIVILES

CAPITULO 1: INTRODUCCION A LA HIDROLOGIA

Contenido 1

INTRODUCCION A LA INGENIERIA CIVIL ....................................................................................................2 1.1

GENERALIDADES ...............................................................................................................................2

1.1.1

DEFINICION Y OBJETIVO DE LA HIDROLOGIA ...........................................................................2

1.1.2

BREVE RESEÑA HISTORICA .......................................................................................................3

1.1.3

CIENCIA EN QUE SE APOYA LA HIDROLOGIA ............................................................................4

1.1.4

APLICACIONES DE LA HIDROLOGIA ..........................................................................................5

1.2

CICLO HIDROLOGICO.........................................................................................................................5

1.2.1

CONCEPTUALIZACIÓN DE LAS COMPONENTES DEL CICLO HIDROLÓGICO ..............................6

1.2.2

ESQUEMATIZACIÓN DEL CICLO HIDROLÓGICO ........................................................................7

1.3

DESCRIPCIÓN GEOGRÁFICA DE NICARAGUA .................................................................................... 7

1.3.1

REGIÓN DEL PACÍFICO ..............................................................................................................7

1.3.2

LA DEPRESIÓN NICARAGÜENSE................................................................................................ 8

1.3.3

TIERRAS ALTAS DEL INTERIOR .................................................................................................. 8

1.3.4

REGIÓN DEL ATLÁNTICO...........................................................................................................8

1.4

CARACTERISTICAS CLIMATICAS DE NICARAGUA ...............................................................................9

1.4.1

CLASIFICACIÓN CLIMÁTICA SEGÚN KOOPEN. ..........................................................................9

1.4.2

MAPA DE LAS REGIONES CLIMATICAS DE NICARAGUA..........................................................10

1.5

BIBLIOGRAFIA..................................................................................................................................11

DR. NÉSTOR JAVIER LANZA MEJIA

martes, 21 de abril de 2015

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INTRODUCCION A LA INGENIERIA CIVIL 1.1

GENERALIDADES

El agua es uno de nuestros más valiosos recursos naturales. Sin ella ninguna forma de vida es posible. No solo proporciona el sustento diario de animales y plantas, sino que también provee vías de transporte, es fuente de energía y desempeña muchos otros servicios útiles. Sin embargo, a causa de tormentas e inundaciones, este elemento, normalmente útil, se transforma por un tiempo en factor muy destructivo y arrasa medios muy valiosos, destruye un número considerable de vidas y erosiona y arrastra al mar millones de toneladas de tierra fértil. Los caminos y construcciones, se encuentran bajo la influencia de corrientes formados por precipitaciones que caen sobre la tierra. 1.1.1

DEFINICION Y OBJETIVO DE LA HIDROLOGIA

Hidrología es la ciencia natural que estudia al agua, su ocurrencia, circulación y distribución en la superficie terrestre, sus propiedades químicas y físicas y su relación con el medio ambiente, incluyendo a los seres vivos. La hidrología se puede definir como la ciencia que estudia al ciclo hidrológico. Desde el punto de vista de la Ingeniería Civil, la hidrología tiene como objetivo fundamental la estimación del evento de diseño, o sea el caudal, cuando se proyecta la construcción de una obra hidráulica. Es decir, puede ser la estimación de la avenida máxima para un vertedor de una presa o puede ser el caudal máximo que circula a través de una alcantarilla en carretera o la estimación del almacenamiento por un río para la instalación de un equipo de bombeo o de un sistema de regadíos. En fin, podrían mencionarse una gran cantidad de ejemplos, ya que en todo proyecto debe pensarse siempre cuál es la fuente donde se tomará el agua. El análisis hidrológico exhaustivo es, pues, el primer paso fundamental en la planeación, diseño y operación de proyectos hidráulicos. En la fase de planeación y diseño se dirige básicamente a fijar la capacidad y seguridad de estructuras hidráulicas.

L A R E N E G A I G O L O R D I H

HIDROLOGIA DE OCEANO Y MARES

HIDROMETEOROLOGIA HIDROLOGIA SUPERFICIAL HIDROLOGIA TERRESTRE HIDROLOGIA SUBTERRANEA



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1.1.2


BREVE RESEÑA HISTORICA

Cualquiera que sea la prehistoria de la hidráulica, existe evidencia abundante que nos indica que los constructores entendían poco de hidrología. Los proyectos de regadío abandonados en todo el mundo, incluidas las obras de los indios en el sudoeste de Estados Unidos hacia fines del siglo XI, son evidencia de desarrollos inadecuados para sostener una civilización permanente. Los antiguos escritores griegos y romanos indican que esos pueblos aceptaban los océanos como el origen primario de todas las aguas, pero no llegaron a comprender la compensación de la precipitación o las corrientes excesivas. Una de las ideas típicas de aquella época era que el agua del mar avanzaba subterráneamente hasta la base de las montañas. Allí por destilación natural, el agua perdía la sal y el vapor ascendía por conductos hasta las cimas donde se condensaba y se originaban los manantiales. Leonardo de Vinci (1500 d. de J. C.), parece que fue uno de los primeros en reconocer el ciclo hidrológico como lo aceptamos hoy día; pero el francés Perrault fue el que dejó la primera prueba documental hacia el 1650. Empleando instrumentos toscos midió la corriente del Sena y observó que era solo la sexta parte de la precipitación. Hacia 1700 el astrónomo inglés Halley confirmó que la evaporación oceánica era una fuente adecuada de humedad para la precipitación. La precipitación se midió en la India en el siglo IV a. de J. C., pero los métodos satisfactorios para medir las corrientes se desarrollaron mucho más tarde. Frontinuos, comisario del agua de Roma en el año 97 d. de Jesucristo, basaba la estimación de la corriente en el área de la sección transversal, solamente, sin tener en cuenta la velocidad. En Estados Unidos, las mediciones organizadas de la precipitación comenzaron bajo la dirección del Jefe de Sanidad Militar en 1819, siendo continuadas por el Cuerpo de Transmisiones (Signal Corps) en 1870 pasando por último al U.S. Weather Bureau (Oficina Meteorológica en el Ministerio de Agricultura de Washington) en 1891. Se hicieron aisladas mediciones de corriente en el Mississippi, en 1848 pero hasta 1888 no se inició un programa sistemático, al hacerse cargo de este trabajo el U.S. Geological Survey (Levantamientos geológicos). No es, por tanto, de extrañar que se hiciese tan escaso trabajo cuantitativo en hidrología antes de principios del siglo XX, en que hombres como Horton, Mead y Sherman empezaron a explorar este terreno. La gran actividad desarrollada en control de inundaciones, regadío, conservación del suelo vegetal, y otros campos relacionados con ella, que empezó hacia 1930, dio el primer impulso real a la investigación organizada en hidrología, al hacerse evidente la necesidad de datos más precisos. La mayoría de los conceptos de hidrología actuales datan de 1930. La hidrología es, por consiguiente, una ciencia joven, con muchos problemas importantes solo imperfectamente comprendidos y mucha investigación por realizar en el futuro.



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1.1.3


CIENCIA EN QUE SE APOYA LA HIDROLOGIA

Las ciencias en que se apoya la hidrológica son básicamente: La geografía física, la meteorología, la geología, la hidráulica, las matemáticas y la estadística. También es fácil encontrar relación con la física, química, biología, investigación de operaciones y otros. Los límites que separan la hidrología de estas ciencias no están determinados y no tiene objeto tratar de definirlos rigurosamente. La hidrología es una parte interesante de la ingeniería, pero en algunos aspectos resulta notablemente diferente de la mayoría de las disciplinas integrantes de ésta. Los fenómenos naturales con los cuales se relaciona no se prestan al menos hasta ahora, a los análisis rigurosos de la mecánica; por esta razón existe una mayor variedad de métodos, mayor latitud para el criterio y una aparente falta de precisión en la solución de los problemas. Una parte importante del trabajo en la hidrología es la recolección y análisis de datos. De hecho, las características de los fenómenos naturales con que tiene que ver la hidrología hacen que este punto sea especialmente delicado. Es difícil tratar muchos de los problemas hidrológicos mediante un razonamiento deductivo riguroso o comenzar con una ley básica y determinar a partir de ésta el resultado hidrológico deseado. Con frecuencia es necesario partir de un conjunto de hecho observados y mediante un análisis empírico, establecer las normas sistemáticas que gobiernan tales hechos.

HIDROLOGIA

METEOROLOGIA

CLIMATOLOGIA

HIDRAULICA

OCEANOGRAFIA

GEOLOGIA

ESTADISTICA Y PROBABILIDADES

La mayoría de los países en el mundo disponen de una o más agencias gubernamentales que tienen la responsabilidad de recolectar y difundir datos hidrológicos. En Nicaragua, el organismo principal de recolectar y publicar estos datos es el servicio hidrometeoro lógico nacional del Instituto Nicaragüense de Estudio Territoriales (INETER) también están el INE, MARENA, MAG, ALMA, INAA, CIRA, CIEMA, etc. Es importante conocer la forma en que estos datos son recopilados y publicados, las limitaciones de precisión que tienen y los métodos propios para su interpretación y ajuste.



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La hidrología no es dogmática, es un reto intelectual sistemático, es un ejercicio de la imaginación y de la inteligencia, de la prudencia y el sentido de la observación. 1.1.4

APLICACIONES DE LA HIDROLOGIA

La hidrología se utiliza en ingeniería, principalmente, en relación con proyectos y funcionamiento de las estructuras hidráulicas. ¿Qué caudal máximo puede esperarse en un aliviadero o en una alcantarilla de autopista, o en el sistema de desagües de una ciudad? ¿Qué capacidad de agua embalsada se requiere para asegurar el agua necesaria para el regadío o el abastecimiento de aguas durante las sequías? ¿Qué efectos ejercerán los depósitos, diques y otras obras de control en las crecidas de una corriente? Estas son preguntas típicas que la hidrología debe contestar. De aquí que muchos ingenieros civiles sean solicitados para estudios hidrológicos ocasionales. Es probable que estos ingenieros civiles intervengan en un mayor número de proyectos que los especialistas En todo caso, parece que el conocimiento de los principios fundamentales de hidrología, es una parte esencial de la enseñanza del ingeniero civil. 1.2

CICLO HIDROLOGICO

El agua existe en la Tierra en tres estados: sólido (hielo, nieve), líquido y gas (vapor de agua). Estos estados cambian total o parcialmente, a través del flujo constante de un medio físico a otro, denominado Ciclo hidrológico, o sea, es la circulación y conservación de agua en la Tierra. Océanos, ríos, nubes y lluvia están en constante cambio: el agua de la superficie se evapora, el agua de las nubes precipita, la lluvia se filtra por la tierra, etc. Sin embargo, la cantidad total de agua en el planeta no cambia. Si tomamos el mar como punto de partida, el agua, en estado líquido, el ciclo hidrológico comienza con la evaporación del agua desde la superficie del océano. A medida que se eleva, el aire humedecido se enfría y el vapor se transforma en agua: es la condensación. Las gotas se juntan y forman una nube. Luego, caen por su propio peso: es la precipitación. Si en la atmósfera hace mucho frío, el agua cae como nieve o granizo. Si es más cálida, caerán gotas de lluvia. Una parte del agua que llega a la tierra será aprovechada por los seres vivos; otra escurrirá por el terreno hasta llegar a un río, un lago o el océano. A este fenómeno se le conoce como escorrentía. Otro poco del agua se filtrará a través del suelo, formando capas de agua subterránea. Este proceso es la percolación. Más tarde o más temprano, toda esta agua volverá nuevamente a la atmósfera, debido principalmente a la evaporación. Al evaporarse, el agua deja atrás todos los elementos que la contaminan o la hacen no apta para beber (sales minerales, químicos, desechos). Por eso el ciclo del agua nos entrega un elemento puro. Pero hay otro proceso que también purifica el agua, y es parte del ciclo: la transpiración de las plantas.



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Las raíces de las plantas absorben el agua, la cual se desplaza hacia arriba a través de los tallos o troncos, movilizando consigo a los elementos que necesita la planta para nutrirse. Al llegar a las hojas y flores, se evapora hacia el aire en forma de vapor de agua. Este fenómeno es la transpiración. El ciclo hidrológico no tiene principio ni fin, entonces su descripción puede comenzar en cualquier punto. 1.2.1

CONCEPTUALIZACIÓN DE LAS COMPONENTES DEL CICLO HIDROLÓGICO

A. EVAPORACIÓN

Es el fenómeno por el cual el agua que se encuentra sobre la superficie terrestre o muy cerca de ella se evapora bajo el efecto de la radiación solar y el viento. B.

CONDENSACIÓN

El vapor de agua, que se forma con la evaporación, sube y se transporta por la atmósfera en forma de nubes hasta que se condensa. C.

PRECIPITACIÓN

Es el fenómeno que sucede a la condensación. El vapor de agua altamente condensado se precipita. D. INTERCEPCIÓN

Es la cantidad de agua que se retiene en las plantas y construcciones y puede evaporarse de nuevo. E.

ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL

Es el flujo de agua en el terreno sin cauce definido, junto con el escurrimiento en corriente a través de los cauces. F.

ESCORRENTÍA

Es la parte de la precipitación que fluye por la superficie del terreno con cauce definido o en el interior del mismo. G. ESCURRIMIENTO SUB-SUPERFICIAL

Es la parte de la precipitación infiltrada que no ha pasado al nivel freático y que reaparece como flujo a través de canales de corrientes. H. INFILTRACIÓN

Es el flujo de agua a través de la superficie del suelo, a través sus medios porosos. I.

PERCOLACIÓN

Es el flujo de agua en zonas muy profundas del suelo, se almacena como agua subterránea y aflora en manantiales, ríos o el mar. DR. NÉSTOR JAVIER LANZA MEJIA


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1.2.2

1.3


ESQUEMATIZACIÓN DEL CICLO HIDROLÓGICO

DESCRIPCIÓN GEOGRÁFICA DE NICARAGUA

1.3.1

REGIÓN DEL PACÍFICO

La región del Pacífico Nicaragüense está situada entre las coordenadas geográficas 10º 45' y 13º 05' de Latitud Norte y entre 83º 15' y 87º 40' de Longitud Oeste, con una extensión territorial de 18,429 kilómetros cuadrados. Esta Región geomorfológicamente se encuentra dividida en tres provincias que son: A. LA PLANICIE O LLANURA COSTERA DEL PACÍFICO

Es una franja estrecha delimitada a lo largo de la costa del Pacífico y que se extiende en dirección NO - SE, desde el volcán Cosigüina en el Norte hasta el istmo de Rivas en el Sur; con elevaciones topográficas entre 0 y 200 metros en el Norte y de 0 a 500 metros en el Sur. B.

LA CORDILLERA VOLCÁNICA DEL PACÍFICO

Es el rasgo geomorfológico más importante del Occidente de Nicaragua. Está constituida por una cadena de volcanes con orientación NO-SE, de 300 Km. de longitud. Se extiende, desde el Volcán Cosigüina hasta el volcán Maderas (Isla de Ometepe) en el Lago de Nicaragua. La parte de la cadena volcánica que está comprendida entre el volcán San Cristóbal y el DR. NÉSTOR JAVIER LANZA MEJIA


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Momotombo, es llamada Cordillera de los Maribios, con una elevación máxima de 1745 metros, que corresponde al volcán San Cristóbal. Entre la escarpa de Mateare y el volcán Maderas, la cadena es llamada Cordillera del Pacífico, con una elevación máxima de 934 metros, ubicada en la meseta de Carazo. 1.3.2

LA DEPRESIÓN NICARAGÜENSE

Es un valle de relieve suave de 30 a 45 CMS de ancho que se extiende desde el NO (Golfo de Fonseca) hasta la frontera con Costa Rica en el SE. Dentro del valle, cerca del Golfo de Fonseca, la elevación del terreno es de unos pocos metros, aumentando suavemente hasta alcanzar aproximadamente 100 metros. 1.3.3

TIERRAS ALTAS DEL INTERIOR

Abarcan el 33 % de la superficie total del país y están ubicadas en el centro de Nicaragua, entre las coordenadas geográficas 11º 56'y 14º 30' de Latitud Norte y entre 84º y 86º 30' de Longitud Oeste. Topográficamente es la región más elevada, caracterizándose por un relieve montañoso y accidentado. Esta zona se extiende desde el borde Noroccidental de la Depresión Nicaragüense, hasta la llanura Atlántica, presentando elevaciones topográficas entre 500 y 2107 msnm. En la región del Norte, se encuentran numerosos valles intramontañosos. Las formas del relieve predominante son altiplanicies, cordilleras, serranías, colinas aisladas y terrenos montañosos quebrados, con pendientes que varían de 15 % a 75 % o más. En general, el relieve dominante es fuertemente accidentado. Las elevaciones más importantes son: el Mogotón (2107 m), cerro el Volcán (1867 m), Kilambé (1793 m) y el macizo de Peñas Blancas con 1745 m. 1.3.4

REGIÓN DEL ATLÁNTICO.

La región del Atlántico comprende una superficie de aproximadamente 67,039 Km², (Censo de 1995), abarca una periplanicie que desciende casi imperceptiblemente desde la meseta Central hacia el litoral. Se divide en dos sub-regiones: La Llanura Aluvional y El Litoral Pantanoso.



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1.4


CARACTERISTICAS CLIMATICAS DE NICARAGUA

Nicaragua por su ubicación en latitudes tropicales, posee las características propias de la zona tropical, sin embargo, por su orografía y su posición entre el océano Pacífico y el Mar caribe, cuenta con una serie de microclimas, que permiten la existencia de una gran variedad de vida flora y fauna; así mismo abarca algunos tipos de clima según la clasificación internacional de Koopen. 1.4.1

CLASIFICACIÓN CLIMÁTICA SEGÚN KOOPEN.

De acuerdo con la clasificación de Koopen, en el país se presentan cuatro tipos o categorías de clima: A. CLIMA TROPICAL DE PLUVIOSELVA,

Se presenta en la región Sur oriental del país, desde Bluefields hasta Río San Juan. Se caracteriza por ser muy uniforme a lo largo del año, con altas pluviosidades y temperaturas. La precipitación generalmente es arriba de los 4,000 mm. La temperatura media del aire oscila entre los 25° C en los meses menos calientes y 29° en los meses más cálidos. B.

CLIMA MONZÓNICO DE SELVA,

Se presenta en la llanura del Caribe. Se caracteriza por tener un período lluvioso de 9 o 10 meses, con una precipitación promedio que varía entre 2,000 y 4,000 mm anuales. La temperatura media mensual es de 27°C, con pocas variaciones entre el mes más cálido y el más templado. C.

EL TROPICAL DEL SABANA,

Abarca a toda la región del Pacífico y a las estribaciones occidentales de la cordillera central, desde el nivel del mar hasta los 1,000 m. de altura aproximadamente. Se caracteriza por presentar una marcada estación seca, de entre 4 y 6 meses de duración, confinada principalmente entre noviembre y abril. La precipitación anual varía desde un mínimo de 500 mm en los Llanos áridos, hasta un máximo de 2,000 mm en las alturas de la cordillera central. La temperatura del aire tiene un promedio de 29°C en las cálidas costas del Pacífico y de 21°C en los lugares elevados de las montañas centrales. D. EL CLIMA SUBTROPICAL SECO

Se presenta en el macizo central, con una estación seca de 4 a 6 meses de duración, con temperaturas del aire promedios menores a las zonas mencionadas en el párrafo anterior, debido que corresponde a lugares situados arriba de los 1,000 m. La temperatura media del aire oscila entre los 10°C y 20°C entre el mes más frío y el más templado respectivamente. La precipitación siempre es mayor a 1,000 mm pero menor a 2,000 mm anuales. El lugar más húmedo de Nicaragua es la región del Río San Juan, considerado entre los lugares de mayor pluviosidad en el mundo.



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1.4.2


MAPA DE LAS REGIONES CLIMATICAS DE NICARAGUA

La información hidrometeoro lógica es la base principal para una evaluación optima de los recursos climáticos e hídricos, tanto temporal como espacialmente. Durante el registro y proceso de los datos, éstos se ven afectados por diversos factores que causan la falta de homogeneidad en la información, provocando en forma general errores de tipo aleatorio o sistemático.

MAPA DE ESTACIONES METEOROLOGICA DE NICARAGUA



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BIBLIOGRAFIA

1. APARICIO MIJARES, Francisco J. Fundamentos de Hidrología de Superficie. Limusa. Grupo Noriega Editores, 1992. 2. CHOW, Ven Te; MAIDMENT, David R; MAYS, Larry W. Hidrología Aplicada. McGrawHill, 1994. 3. FERRO BERNAL, Froilan. Hidrología General. Editorial Científico – Técnico, ciudad de la Habana, 1985. 4. MONSALVE SAENZ, German. Hidrología en la ingeniería. 2da edición, Alfa omega, 1999.



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