Componentes del Ciclo Hidrológico y Precipitaciones

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Hidrología Ing. Katya Madelein Ramirez Andia UNIDAD II: COMPONENTES DEL CICLO HIDROLÓGICO CLASES 5 A 10 UNIDAD II: COMPONENTES DEL CICLO HIDROLÓGICO CLASES 5 A 8 CLASE 5 PRECIPITACIÓN: TIPOS, MEDICIÓN Y REDES PLUVIOMÉTRICAS OBJETIVO GENERAL DE LA CLASE Comprender la naturaleza física de la precipitación como principal entrada de agua al sistema hidrológico y analizar estadísticamente datos pluviométricos para caracterizar su comportamiento espacial y temporal.

La precipitación en el sistema hidrológico Desde la ingeniería geográfica, la precipitación se concibe como: La principal variable de entrada del balance hídrico y el factor climático que condiciona la dinámica hidrológica, geomorfológica y ambiental del territorio. La precipitación influye directamente en: Escorrentía superficial Infiltración y recarga de acuíferos Erosión hídrica Producción agrícola Riesgos de inundación y sequía Sin precipitación no hay cuenca funcional ni procesos hidrológicos activos. Concepto de precipitación La precipitación es toda forma de agua, líquida o sólida, que cae desde la atmósfera y alcanza la superficie terrestre.

Es un componente fundamental del ciclo hidrológico, responsable de depositar la mayor parte del agua dulce en el planeta. Se origina cuando el vapor de agua en la atmósfera se condensa, formando nubes. Cuando las gotas de agua o cristales de hielo en las nubes se vuelven lo suficientemente pesados, caen por gravedad Formas de precipitación Lluvia Llovizna Nieve Granizo Aguanieve Se divide de acuerdo al estado y a su origen Tipos de precipitación según su estado Líquidas: Lluvia: Gotas de agua con un diámetro superior a 0.5 mm. Llovizna: Gotas muy pequeñas (menores a 0.5 mm) que caen de forma ligera y uniforme. Sólidas: Nieve: Cristales de hielo agrupados en copos.

Se forma cuando la temperatura en la nube y cerca del suelo es inferior a 0°C. Granizo: Bolas de hielo de diferentes tamaños que se forman en tormentas intensas (cumulonimbus) debido a fuertes corrientes de aire ascendentes. Aguanieve: Mezcla de lluvia y nieve que ocurre cuando la temperatura está justo por encima del punto de congelación.

Tipos de precipitación según su génesis Precipitación convectiva Origen Se produce por: Calentamiento intenso de la superficie Ascenso rápido de aire caliente y húmedo Formación de nubes cumulonimbos Características Alta intensidad Corta duración Distribución espacial irregular Ejemplo territorial Lluvias intensas de verano en zonas tropicales o valles interandinos Asociadas a tormentas eléctricas Importancia ingenieril Alta generación de escorrentía Riesgo de inundaciones súbitas Difícil de medir con pocas estaciones Tipos de precipitación según su génesis Precipitación orográfica Origen Se produce cuando una masa de aire húmedo: Asciende forzadamente al encontrar una barrera montañosa Se enfría y condensa Características Persistente Asociada al relieve Gradientes altitudinales marcados Ejemplo Laderas de barlovento en cordilleras Zonas andinas y subandinas Desde ingeniería geográfica Explica la relación: Relieve – clima – hidrología – ocupación del territorio Tipos de precipitación según su génesis Precipitación frontal o ciclónica Origen Se produce por el encuentro de: Masas de aire frío y caliente Ascenso progresivo del aire cálido Características Amplia cobertura espacial Intensidad moderada Larga duración Ejemplo Sistemas frontales Temporadas lluviosas regionales Importancia Fundamental para balances hídricos anuales Menor intensidad, mayor volumen total Tipos de precipitación según su génesis Precipitación frontal o ciclónica Origen Se produce por el encuentro de: Masas de aire frío y caliente Ascenso progresivo del aire cálido Características Amplia cobertura espacial Intensidad moderada Larga duración Ejemplo Sistemas frontales Temporadas lluviosas regionales Importancia Fundamental para balances hídricos anuales Menor intensidad, mayor volumen total Medición de la precipitación La precipitación se mide en milímetros (mm).

Un milímetro de precipitación equivale a 1 litro de agua caído sobre una superficie de 1 metro cuadrado (1 mm = 1 L/m²) Instrumentos de Medición: Pluviómetro: Es el instrumento que mide la cantidad de precipitación caída en un intervalo de tiempo. Los más simples son recipientes graduados (manuales o totalizadores) que recogen el agua. Pluviógrafo: Es un tipo de pluviómetro que, además de medir la cantidad, registra de forma continua la intensidad de la precipitación a lo largo del tiempo. Generalmente, utiliza un sistema de flotador y una pluma que dibuja en un papel giratorio (banda de registro) o sensores electrónicos que guardan los datos digitalmente.

Tipos comunes de pluviómetros/pluviógrafos: Manual o tipo Hellmann: Un recipiente estándar que se mide manualmente cada cierto tiempo. De balancín o cubeta basculante: Un pequeño embudo dirige el agua a una cubeta doble que se inclina y vacía cada vez que alcanza un volumen específico (ej. 0.2 mm), enviando una señal eléctrica por cada vuelco. Es muy común en estaciones automáticas. De sifón o flotador: Un flotador sube con el nivel del agua en un depósito, registrando la altura en una gráfica. Al llenarse, un sifón lo vacía automáticamente.

Redes pluviométricas Concepto Una red pluviométrica es el conjunto organizado de estaciones de medición distribuidas espacialmente para representar la precipitación en un territorio.

Factores que influyen en su calidad Densidad de estaciones Distribución espacial Topografía Clima Accesibilidad y mantenimiento Desde la ingeniería geográfica Una mala red produce: Errores en caudales Mal diseño de obras hidráulicas Subestimación de riesgos Análisis estadístico de la precipitación El análisis estadístico permite: Describir el comportamiento medio Evaluar la variabilidad Analizar la confiabilidad de los datos La precipitación es una variable: Aleatoria Discontinua Altamente variable en el espacio y el tiempo Análisis estadístico de la precipitación La Media (Promedio) ¿Qué es? Es el valor central o más representativo de un conjunto de datos.

Se calcula sumando todos los valores y dividiendo por el número de datos. Ya la vimos para la precipitación media en un área, pero también se usa para analizar datos a lo largo del tiempo. ¿Para qué sirve en hidrología? Establecer la "Normalidad": La media nos dice cuál es el valor esperado para una variable en un lugar y tiempo determinados. Por ejemplo, la "precipitación media anual" de una ciudad nos da una idea de cuán húmedo o seco es el clima normalmente. Planificación de Recursos Hídricos: El caudal medio anual de un río es el primer dato que se usa para determinar si se puede construir una represa para riego o generación de energía. Nos dice, en promedio, cuánta agua "ofrece" el río.

Detección de Anomalías: Si la lluvia de un mes es de 200 mm y la media histórica para ese mes es de 80 mm, sabemos inmediatamente que estamos ante un evento excepcionalmente húmedo. La media es la línea base contra la cual comparamos todo. Análisis estadístico de la precipitación La Desviación Estándar ¿Qué es? Es una medida de la dispersión o variabilidad de los datos con respecto a la media. Una desviación estándar baja significa que los datos tienden a estar muy cerca de la media. El comportamiento es predecible y estable. Una desviación estándar alta significa que los datos están muy esparcidos. El comportamiento es impredecible y volátil. ¿Para qué sirve en hidrología?

Cuantificar el Riesgo y la Incertidumbre: ¡Esta es su función principal! Un río con un caudal medio de 10 m³/s y una desviación estándar alta es mucho más peligroso y difícil de gestionar que uno con el mismo caudal medio pero una desviación estándar baja. El primero puede tener crecidas repentinas y sequías severas, mientras que el segundo es más constante. Análisis de Climas: Un clima con una precipitación media anual de 800 mm y una desviación estándar baja es ideal para la agricultura de secano (sin riego), porque los agricultores pueden confiar en que cada año lloverá una cantidad similar.

Un clima con la misma media pero una desviación estándar alta implica años de sequía seguidos de años de inundaciones, lo que representa un gran riesgo agrícola. Diseño de Infraestructura: La desviación estándar ayuda a definir los márgenes de seguridad. Si la variabilidad es alta, las estructuras (como los muros de contención de un río) deben diseñarse para ser mucho más robustas. Análisis estadístico de la precipitación El Coeficiente de Variación (CV) ¿Qué es? Es una medida de la variabilidad relativa. Se calcula dividiendo la desviación estándar entre la media (CV = Desviación Estándar / Media). Se expresa a menudo como un porcentaje.

Su gran ventaja es que no tiene unidades, lo que permite comparar la variabilidad de diferentes conjuntos de datos. ¿Para qué sirve en hidrología? Comparar la Variabilidad de Fenómenos Diferentes: Esta es su aplicación estrella. ¿Qué es más variable en el Altiplano boliviano: la lluvia de enero o el caudal del Río Desaguadero en el mismo mes? La lluvia se mide en mm y el caudal en m³/s. Sus medias y desviaciones estándar no son directamente comparables. Al calcular el Coeficiente de Variación para ambos, obtenemos un número porcentual.

Si el CV de la lluvia es del 40% y el del caudal es del 75%, podemos concluir científicamente que el caudal del río es relativamente más variable (más impredecible) que la precipitación de la zona. Clasificar la Homogeneidad de los Datos: En hidrología, se usan umbrales para el CV para clasificar la dispersión de los datos: CV < 10%: Datos muy homogéneos (muy poca variabilidad). 10% < CV < 20%: Datos homogéneos (variabilidad baja-media). CV > 20%: Datos heterogéneos (alta variabilidad). Tabla de Interpretación de Parámetros Estadísticos Medida ¿Qué es? Valores Posibles y su Interpretación Media Aritmética Es el valor central que representa a un conjunto de datos.

El "promedio" de toda la información. Valor: Un número positivo (ej. 850 mm de lluvia anual, 120 m³/s de caudal). Interpretación: "Valor de Referencia o Normal": Es el valor esperado en condiciones normales. Sirve como línea base para la planificación (ej. "Esta cuenca normalmente nos da 850 mm de lluvia al año"). "Centro de Gravedad de los Datos": Si la lluvia de este año fue de 1100 mm, sabemos que estuvo "por encima de lo normal". Uso Principal: Planificación de recursos a largo plazo y detección de anomalías. Desviación Estándar Es una medida de la dispersión absoluta de los datos. Indica qué tan lejos o cerca del promedio se encuentran los valores individuales.

Valor: Un número positivo, en las mismas unidades que la media (ej. 150 mm, 45 m³/s). Interpretación: Valor Alto: Los datos están muy dispersos. El fenómeno es volátil, inestable y poco predecible. Implica un alto riesgo (grandes crecidas y fuertes sequías). Ejemplo: "La desviación estándar de 45 m³/s es alta, lo que significa que el caudal de este río puede variar bruscamente de un año a otro". Valor Bajo: Los datos están agrupados cerca de la media. El fenómeno es estable, constante y predecible. Implica un bajo riesgo. Ejemplo: "Una desviación estándar de solo 10 m³/s indica que el caudal de este río es muy regular".

Coeficiente de Variación (CV) Es una medida de la dispersión relativa de los datos (Desviación Estándar / Media). Se expresa como decimal o porcentaje. Su poder es que no tiene unidades. Valor: Un número decimal (ej. 0.35) o un porcentaje (ej. 35%). Interpretación (Clasificación Estándar): CV < 10% (Bajo): Datos muy homogéneos. El fenómeno es extremadamente regular y predecible. La media es un descriptor muy fiable. 10% CV 20% (Medio): Datos homogéneos. El fenómeno es relativamente estable. Variabilidad moderada. CV > 20% (Alto): Datos heterogéneos. El fenómeno es muy irregular e impredecible.

La media por sí sola no es suficiente para describir el sistema; la variabilidad es un factor dominante. Uso Principal: Comparar la variabilidad de diferentes fenómenos (ej. lluvia vs. caudal) o del mismo fenómeno en lugares distintos. Ejemplo: "Aunque el río A tiene una desviación estándar mayor que el río B, su CV es menor (15% vs 40%), por lo tanto, el río A es relativamente más estable y predecible". Cálculos de Precipitación PRECIPITACIÓN MÁXIMA La precipitación máxima es el mayor valor de lluvia registrado en un período definido y una duración fija, y se obtiene seleccionando un solo evento extremo por año.

NO es un promedio NO es el total anual ES un evento puntual extremo ¿Para qué se usa? La precipitación máxima es el dato de entrada fundamental para el diseño de obras hidráulicas que deben resistir lluvias intensas y poco frecuentes. Cálculos de Precipitación PRECIPITACIÓN MÍNIMA ¿Qué es? Es el menor valor de precipitación registrado en un período, asociado generalmente a años secos o sequías. OJO: No se usa para diseño de crecidas, sino para: análisis de sequías planificación agrícola recursos hídricos ¿Para qué se usa?

Gestión del agua en períodos secos Evaluación de riesgo de sequía Caudales ecológicos Planificación de riego Precipitación Máxima y Mínima Estos son valores estadísticos directos que se extraen de un conjunto de datos de precipitación. Precipitación Máxima (P_max): Es el valor más alto de precipitación registrado en un periodo de tiempo específico entre un grupo de estaciones o en una sola estación a lo largo del tiempo. Es crucial para el diseño de obras de protección contra inundaciones, como alcantarillas, puentes y canales. Precipitación Mínima (P_min): Es el valor más bajo (diferente de cero, usualmente) registrado.

Es importante para estudios de sequías y para evaluar la disponibilidad mínima de agua en épocas secas. Cálculos de Precipitación PRECIPITACIÓN MEDIA Es el valor promedio de precipitación en un período determinado. Representa el comportamiento normal de la lluvia. Puede calcularse como: media diaria media mensual media anual (la más usada en hidrología básica) ¿Para qué se usa? Balance hídrico Climatología Estudios de disponibilidad hídrica Comparaciones espaciales (isoyetas) Precipitación Media: ¿Qué es y para qué sirve? La precipitación media es un valor promedio que representa la cantidad de lluvia que cae sobre una superficie o área determinada, como una cuenca hidrográfica.

Es un concepto clave en hidrología porque una sola estación de lluvia no puede representar el comportamiento de la precipitación en toda una cuenca, especialmente si esta tiene un relieve variado (montañas, valles, etc.). La lluvia casi nunca es uniforme. Utilidad: Permite calcular el volumen total de agua que ingresa a una cuenca. Es el dato de entrada fundamental para los modelos hidrológicos que simulan la escorrentía y el caudal de un río. Ayuda en la planificación y gestión de recursos hídricos (diseño de embalses, sistemas de riego, etc.).

Fórmula Manual: El Método del Promedio Aritmético Este es el método más simple y se usa cuando las estaciones pluviométricas están distribuidas de manera uniforme dentro de la cuenca y el terreno es relativamente plano. La fórmula es: P_media = (P + P + P + ... + P ) / n Donde: P_media es la precipitación media sobre la cuenca. P , P , P ... son las precipitaciones registradas en cada una de las estaciones (n) dentro de la cuenca para un mismo evento de lluvia o periodo de tiempo (ej. un día, un mes, un año). n es el número total de estaciones.

Nota importante: Existen otros métodos más precisos como los Polígonos de Thiessen y el Método de las Isoyetas, que ponderan la influencia de cada estación según el área que representan. Para un curso de segundo año, empezar con el método aritmético es ideal por su simplicidad. ¿Qué significan los órdenes meteorológicas? La idea detrás de los "órdenes" (o tipos/clases) es: Estaciones de Primer Orden (o Sinópticas Principales): Son las más completas. Miden una amplia gama de variables (temperatura, presión, viento, humedad, precipitación, radiación solar, evaporación, etc.) y realizan observaciones de forma continua o varias veces al día (típicamente cada hora o cada tres horas).

Sus datos son cruciales para la elaboración de pronósticos del tiempo a gran escala. Estaciones de Segundo Orden (o Termopluviométricas): Miden, como mínimo, la temperatura (máxima y mínima) y la precipitación. Las lecturas suelen hacerse una o dos veces al día. Son fundamentales para estudios climatológicos. Estaciones de Tercer Orden (o Pluviométricas): Como mencionamos antes, son las que miden exclusivamente la precipitación. Son las más numerosas y ayudan a crear mapas detallados de la distribución de la lluvia, algo vital para la hidrología de cuencas. ¿Qué son las ESTACIONES PLUVIOMÉTRICAS?

Son estaciones especializadas únicamente en medir la precipitación, generalmente en forma de lluvia. Variable que miden Precipitación acumulada (mm) Normalmente cuentan solo con: Pluviómetro manual o automático Registro diario, mensual o anual de lluvia Finalidad Estudios hidrológicos (escorrentía, caudales) Cálculo de lluvia media (Thiessen, Isoyetas) Diseño de obras hidráulicas Gestión de cuencas y riesgos de inundación Estaciones Meteorológicas vs. Estaciones Pluviométricas Aquí radica una diferencia clave que es importante: Una Estación Pluviométrica es una instalación cuyo único propósito es medir la precipitación.

Puede tener un pluviómetro manual o un pluviógrafo, pero no mide otras variables. Una Estación Meteorológica es una instalación mucho más completa que mide múltiples variables atmosféricas. Además de la precipitación, registra datos como temperatura, humedad, presión atmosférica, velocidad y dirección del viento, radiación solar, etc. En resumen, toda estación meteorológica incluye un medidor de precipitación, pero una estación pluviométrica no es una estación meteorológica completa.

Historia de las Estaciones Meteorológicas y Pluviométricas en Bolivia La historia del monitoreo climático en Bolivia está intrínsecamente ligada a la necesidad de comprender su compleja geografía y a la creación de una institución central que unificara los esfuerzos. 1. Primeros Esfuerzos y la Necesidad de Centralización (Antes de 1968) Antes de la década de 1960, la medición de variables como la lluvia y la temperatura se realizaba de manera aislada y fragmentada. Algunas de las primeras mediciones estaban a cargo de: Empresas mineras y ferroviarias: Necesitaban datos climáticos para sus operaciones, como prever interrupciones en las vías o gestionar recursos hídricos para sus procesos.

Misiones religiosas y haciendas agrícolas: Llevaban registros pluviométricos y de temperatura para planificar los ciclos de siembra y cosecha. Proyectos de infraestructura específicos: Por ejemplo, la construcción de represas o carreteras requería estudios hidrológicos puntuales, donde se instalaban estaciones temporales. Sin embargo, estos esfuerzos carecían de estandarización en los instrumentos, metodologías de medición y periodicidad. Los datos eran dispersos y no existía una base de datos nacional, lo que dificultaba enormemente tener una visión climática e hidrológica del conjunto del país.

A partir de 1958, expertos de las Naciones Unidas comenzaron a recomendar al gobierno boliviano la creación de un servicio nacional unificado. Como resultado, en 1965 se formó una Comisión de Meteorología para estudiar la viabilidad de esta entidad. 2. La Creación del SENAMHI: El Hito Fundacional (1968) El momento clave en la historia de la meteorología boliviana fue el 4 de septiembre de 1968, cuando mediante el Decreto Supremo N.º 8465 se creó el Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI).

La creación del SENAMHI marcó un antes y un después por varias razones: Centralización: Se convirtió en la institución técnico-científica oficial del Estado, responsable de gestionar los sistemas de observación a nivel nacional. Estandarización: Como miembro de la Organización Meteorológica Mundial (OMM), Bolivia, a través del SENAMHI, comenzó a adoptar normas y protocolos internacionales para la instalación de estaciones, la toma de datos y el procesamiento de la información.

Creación de la Red Nacional: El SENAMHI asumió la tarea de establecer y operar una red nacional de estaciones meteorológicas (de primer, segundo y tercer orden) e hidrológicas, buscando cubrir las diversas regiones geográficas del país (Altiplano, Valles, Llanos y Amazonía). 3.

Expansión y Modernización (Décadas de 1970 a la actualidad) Desde su creación, la historia de la red de monitoreo ha sido de expansión y modernización gradual: Expansión de la Cobertura: A lo largo de las décadas, el SENAMHI, en colaboración con otras entidades (como AASANA, gobiernos departamentales, universidades y proyectos internacionales), ha ido ampliando el número de estaciones para tener una mejor resolución espacial de los datos, especialmente en cuencas de interés hídrico. De lo Convencional a lo Automático: Inicialmente, la gran mayoría de las estaciones eran convencionales (o manuales), requiriendo un observador que registrara los datos una o varias veces al día.

En las últimas décadas, ha habido un esfuerzo significativo por instalar estaciones meteorológicas automáticas (EMAs). Estas estaciones registran y transmiten datos de múltiples variables (precipitación, temperatura, viento, etc.) en tiempo real o a intervalos cortos, mejorando la densidad temporal de la información y permitiendo la emisión de alertas tempranas. Enfoque en Riesgos y Cambio Climático: Más recientemente, la instalación de nuevas estaciones ha estado fuertemente motivada por la necesidad de gestionar riesgos (inundaciones, sequías, heladas) y adaptarse al cambio climático.

Proyectos como el monitoreo del retroceso de glaciares en los Andes, que son fuentes de agua para ciudades como La Paz y El Alto, han impulsado la instalación de equipos especializados en alta montaña. Monitoreo Hidrológico: Paralelamente a las estaciones meteorológicas, se ha desarrollado la red de estaciones hidrológicas (o hidrométricas), que miden niveles y caudales de los ríos. Esta red es operada principalmente por el SENAMHI y es crucial para el pronóstico de crecidas y la gestión de recursos hídricos en las cuencas. 4.

Estado Actual y Desafíos Hoy en día, Bolivia cuenta con una red de cientos de estaciones de diferente tipo, operadas por diversas instituciones pero centralizadas en gran medida por el SENAMHI. El SENAMHI no solo opera las estaciones, sino que también es el ente rector que valida y archiva los datos históricos, siendo la fuente principal de información para cualquier estudio hidrológico o climático en el país. Los desafíos actuales incluyen: Aumentar la densidad de estaciones en áreas remotas o de difícil acceso. Garantizar el mantenimiento y la operación continua de la red existente. Continuar con la modernización y automatización de las estaciones más antiguas.

Fortalecer la integración de datos de diferentes fuentes para mejorar los modelos de pronóstico. Este recorrido histórico les dará a tus estudiantes una perspectiva clara de que los datos que usan no aparecieron de la nada, sino que son el resultado de décadas de esfuerzo institucional, desarrollo tecnológico y una creciente conciencia sobre la importancia del agua y el clima para el desarrollo de Bolivia.

En Bolivia, la clasificación de estaciones meteorológicas por "órdenes" (1er, 2do, 3er y 4to) se refiere a la complejidad y cantidad de parámetros medidos, no a las estaciones del año; las estaciones principales son operadas por el Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI) y miden variables como temperatura, presión, viento, humedad y precipitación, clasificándose por su equipamiento y uso (desde redes básicas de precipitación hasta estaciones completas de radiosondeo), aunque documentos oficiales detallados que especifiquen "órdenes" son más comunes en contextos de planificación de redes.

PRÁCTICA CON EXCEL Objetivo de la práctica PARTE 1: Analizar datos de precipitación mediante estadística descriptiva básica en Excel para identificar patrones, variabilidad y confiabilidad de los registros pluviométricos, con criterios aplicables a la ingeniería geográfica y al análisis territorial. PARTE 2: Calcular la precipitación media anual, la precipitación mínima anual y la precipitación máxima diaria anual a partir de datos simulados, diferenciando correctamente su significado hidrológico y su uso en estudios climáticos y de diseño.

CONCLUSIÓN DESDE LA INGENIERÍA GEOGRÁFICA El análisis de la precipitación permite: Comprender el funcionamiento hidrológico del territorio Evaluar la confiabilidad de la información climática Apoyar decisiones en gestión del agua, riesgos y planificación Si quieres, en el siguiente mensaje puedo: Vincular esta práctica con ArcMap (mapas de precipitación) Desarrollar redes pluviométricas óptimas Preparar diapositivas listas para clase Armar un ejemplo con datos reales de Bolivia o la región andina CLASE 6 ANÁLISIS DE LA PRECIPITACIÓN: POLÍGONOS DE THIESSEN OBJETIVO GENERAL DE LA CLASE Estimar la precipitación media de una cuenca hidrográfica mediante el método de los polígonos de Thiessen, comprendiendo sus fundamentos geométricos, hidrológicos y espaciales, y evaluando sus ventajas y limitaciones frente a otros métodos.

La necesidad de estimar la precipitación media en una cuenca Desde la ingeniería geográfica, la precipitación media es un parámetro clave porque: Es insumo para modelos lluvia–escorrentía Afecta el cálculo de caudales de diseño Condiciona balances hídricos Influye en decisiones de planificación territorial Problema fundamental: La precipitación se mide en puntos, pero los procesos hidrológicos actúan sobre superficies.

Métodos para estimar la precipitación media Media aritmética simple Fórmula Supuesto Todas las estaciones representan igual área Limitación No considera distribución espacial Poco adecuado en terrenos heterogéneos Método de polígonos de Thiessen Principio Cada estación representa un área de influencia definida geométricamente. Supuesto clave La precipitación medida en una estación es representativa de todo su polígono.

Ventaja Introduce ponderación espacial objetiva INTERPRETACIÓN DESDE LA INGENIERÍA GEOGRÁFICA Si una estación tiene mayor área, pesa más Estaciones periféricas influyen menos Thiessen mejora la representatividad espacial Excel solo calcula el criterio lo pone el ingeniero ¿Qué calculan los Polígonos de Thiessen? El objetivo principal de los polígonos de Thiessen es crear un área de influencia alrededor de cada punto de datos. La característica fundamental de estas áreas es que cualquier ubicación dentro de un polígono específico está más cerca de su punto de origen que de cualquier otro punto.

En resumen, calculan y delimitan la "zona de servicio" o "área de influencia más cercana" para un conjunto de puntos en un plano. Esto es útil para: Asignar valores: Si tienes estaciones meteorológicas, puedes usar los polígonos para estimar la precipitación en un lugar sin estación, asignándole el valor de la estación más cercana. Definir áreas de servicio: Determinar qué hospital, escuela o tienda está más cerca para cualquier punto en un mapa. Análisis de distribución: Entender cómo se distribuyen los recursos y dónde podrían existir vacíos. ¿Qué datos mínimos requieres para calcularlos? La belleza de este método radica en su simplicidad. Lo único que necesitas es: 1.Una serie de puntos.

2.Las coordenadas geográficas (latitud y longitud) de cada uno de esos puntos. Eso es todo. No necesitas ningún otro dato adicional sobre los puntos (como la cantidad de lluvia o la altura de una antena) para crear los polígonos en sí. El software de Sistemas de Información Geográfica (SIG) utilizará únicamente la ubicación de los puntos para trazar las fronteras equidistantes entre ellos y así formar las áreas de influencia. Una vez creados los polígonos, puedes enriquecer el análisis añadiendo otros datos, como la precipitación de cada estación, para realizar cálculos sobre las áreas definidas.

CALCULO MANUAL Método de polígonos de Thiessen Los Polígonos de Thiessen (o Diagramas de Voronoi) sirven para dividir un espacio en regiones, donde cada región contiene puntos más cercanos a un punto de datos específico que a cualquier otro punto, siendo útiles para la planificación urbana, distribución de servicios, y para calcular promedios de fenómenos como la precipitación en hidrología, al asignar áreas de influencia a estaciones meteorológicas Fundamentos geométricos del método de Thiessen Origen Basado en: Diagramas de Voronoi Geometría euclidiana Definición Un polígono de Thiessen es el área del plano más cercana a una estación que a cualquier otra.

Propiedad geométrica Cada punto dentro del polígono está más próximo a su estación asociada que a las demás. Fundamento hidrológico del método Desde la ingeniería geográfica: La proximidad espacial es un criterio razonable para asumir similitud pluviométrica.

El método: Reduce el sesgo espacial Es reproducible Se adapta bien a SIG Limitación importante No considera: Relieve Dirección de vientos Efectos orográficos Formulación matemática La precipitación media ponderada se calcula como: CALCULO CON SIG AUTOMATIZADO Datos Mínimos Requeridos Para este cálculo, necesitas un poco más que para solo dibujar los polígonos: 1.Ubicación de las estaciones meteorológicas: Las coordenadas (latitud y longitud) de cada estación de lluvia. 2.Datos de precipitación: El valor de la lluvia registrada en cada una de esas estaciones para un período determinado (por ejemplo, la lluvia total de un día, un mes o un año).

3.Límite del área de estudio: El contorno de la zona para la cual quieres calcular la precipitación media (por ejemplo, el límite de una cuenca hidrográfica, un municipio o un campo de cultivo). PASO Metodos Paso 1: Crear los Polígonos de Thiessen Definir el Área de Influencia Método: Se trazan líneas perpendiculares en el punto medio entre cada par de estaciones cercanas. La intersección de estas líneas forma los polígonos. El resultado es un mosaico de polígonos (los Polígonos de Thiessen).

Paso 2: Recortar los Polígonos al Área de Estudio Paso 3: Calcular el Área de cada Polígono Recortado Paso 4: Ponderar cada Estación por su Área Calcular el Área Total (A_total): Sumar el área de todos los polígonos dentro de tu zona de estudio. Calcular el Área de cada Polígono (A_i): Medir la superficie de cada polígono individual. Calcular el Factor de Ponderación (W_i): Para cada estación, dividir su área de influencia por el área total.

W_i = A_i / A_total Paso 5: Calcular la Precipitación Media (Usando la Tabla de Atributos), para esto necesitas calcular el peso de cada estación Multiplicar: Para cada estación, multiplicar su valor de precipitación registrado (P_i) por su factor de ponderación (W_i). Sumar: Sumar todos los resultados obtenidos en el paso anterior. Precipitación Media = Σ (P_i * W_i) QUE HACE THISSEN Divide el territorio en áreas de influencia Asigna a cada estación un peso proporcional al área que representa Calcula una media ponderada, no un simple promedio En otras palabras: Cada estación aporta según el territorio que realmente representa.

Conceptos importantes para este método Precipitación media: Es un valor promedio que representa la cantidad de lluvia que cae sobre una superficie o área determinada, como una cuenca hidrográfica. Factor de Ponderación: Muestra la "importancia" o el "peso" de cada estación. Se calcula dividiendo el área de cada polígono. Precipitación Ponderada: Es el resultado de multiplicar la precipitación de cada estación Interpretacion Conclusión del Cálculo La precipitación media para el área de estudio, calculada mediante el método de polígonos de Thiessen, es de ……… mm.

Es interesante notar que cuando se calcula un promedio simple (sumando todas las precipitaciones y dividiendo entre N), el resultado varía …… mm. El método de Thiessen da un resultado más alto porque le otorga más peso a la Estación que tiene mayor precipitacion que tiene tanto la mayor área de influencia como una de las precipitaciones más altas. PRÁCTICA CON ARCMAP Objetivo de la práctica Aplicar el método de Thiessen en un entorno SIG (ArcMap) para generar áreas de influencia de estaciones pluviométricas y calcular, mediante ponderación espacial en Excel, la precipitación media representativa de una cuenca.

CONCLUSIÓN DESDE LA INGENIERÍA GEOGRÁFICA El método de Thiessen: Mejora la representatividad espacial Reduce la subjetividad Es ideal para redes pluviométricas dispersas Es fácilmente implementable en SIG Sin embargo: Debe evaluarse siempre en función del relieve, densidad de estaciones y objetivos del estudio. CLASE 7 EVAPOTRANSPIRACIÓN: CONCEPTOS Y MÉTODOS DE ESTIMACIÓN OBJETIVO GENERAL DE LA CLASE Estimar la evapotranspiración potencial (ETP) mediante métodos empíricos, utilizando datos climáticos básicos, e interpretar su significado dentro del balance hídrico.

Al finalizar la clase, el estudiante será capaz de: Comprender el rol de la evapotranspiración en el ciclo hidrológico Diferenciar ETP y ETR Calcular la ETP con el método de Hargreaves Analizar déficit y superávit hídrico comparando ETP y precipitación Evapotranspiracion Terminologia Evaporacion: Proceso por el cual el agua liquida pasa directamente a la fase vapor. Transpiracion: Proceso mediante el cual el agua liquida pasa de liquido avapor atraves del metabolismo de la planta. Sublimacion: Proceso por el cual el agua pasa directamente de la fase solida a la fase de vapor.

TIPOS DE EVAPOTRANSPIRACIÓN Evapotranspiración Potencial (ETP) Es la máxima evapotranspiración posible Se da cuando: Hay agua suficiente en el suelo La vegetación no sufre estrés hídrico Depende solo de: Clima (temperatura, radiación, viento) Representa la demanda atmosférica de agua Evapotranspiración Real (ETR) Es la evapotranspiración que realmente ocurre Limitada por: Disponibilidad de agua en el suelo Tipo de cobertura vegetal Siempre se cumple: ¿QUÉ ES LA EVAPOTRANSPIRACIÓN (ET)?

La evapotranspiración es la pérdida de agua hacia la atmósfera que se produce por la combinación de dos procesos: Evaporación: pérdida directa de agua desde: Suelo Superficies de agua Intercepción vegetal Transpiración: pérdida de agua a través de los estomas de las plantas durante su actividad fisiológica. Ambos procesos ocurren simultáneamente y son difíciles de separar en la práctica, por lo que se analizan de forma conjunta como ET.

IMPORTANCIA DE LA ET EN HIDROLOGÍA Y GEOGRAFÍA MÉTODOS DE ESTIMACIÓN DE LA ETP Método Variables Complejidad Penman-Monteith Radiación, viento, HR, T° Alta Thornthwaite Temperatura Media Hargreaves T° máx., mín., media Baja Hargreaves es ideal cuando: Hay poca información climática Se trabaja a escala regional Se enseña ET en cursos introductorios ¿Qué entrega realmente la fórmula de Hargreaves? El método de Hargreaves es un método empírico para estimar la evapotranspiración potencial (ETP) que se basa principalmente en la temperatura del aire y en la radiación extraterrestre, siendo especialmente útil en regiones donde no se dispone de información climática completa.

Este método utiliza la temperatura máxima, mínima y media como indicadores indirectos de la energía disponible para la evapotranspiración, permitiendo estimar la demanda atmosférica de agua bajo condiciones ideales de humedad del suelo. Por su simplicidad y bajo requerimiento de datos, el método de Hargreaves es ampliamente aplicado en estudios hidrológicos, agrícolas y climáticos a escala regional y en análisis preliminares del balance hídrico. METODO HARGREAVES MÉTODO DE HARGREAVES (BASE TEÓRICA) FORMULA DE HARGUEAVES MÉTODO DE HARGREAVES (BASE TEÓRICA) FORMULA DE HARGUEAVES ¿Cómo se Obtiene el Valor de Ra?

Buscar la tabla https://www.fao.org/4/x0490e/x0490e00.htm https://www.fao.org/4/x0490e/x0490e0j.htm#annex%202.%20meteorological%20tables tabla 2.6 EN ANEXOS La definición de Radiación Extraterrestre es la cantidad de energía solar que llega a la parte superior de la atmósfera. BOLIVIA ESTA ENTRE LATITUDES DE 9º A 22º Los valores se pueden convertir a valores equivalentes en mm/día dividiéndolos por Lambda = 2,45. PRÁCTICA CON EXCEL OBJETIVO DE LA PRÁCTICA Calcular la evapotranspiración potencial mensual a partir de datos de temperatura y analizar el comportamiento hídrico comparando ETP con la precipitación.

CLASE 8 Conceptos básicos de infiltración y escorrentía OBJETIVO GENERAL DE LA CLASE Comprender qué es la infiltración y cómo afecta la escorrentía superficial. Relacionar la precipitación, la infiltración y la escorrentía mediante un cálculo simple y gráfico. Escorrentía superficial Es la porción de agua de lluvia que no se infiltra y fluye sobre la superficie hacia ríos y lagos. Tipos: Escorrentía directa: agua que llega rápidamente a los cauces después de una lluvia. Escorrentía base: contribución lenta de agua subterránea al flujo superficial. Infiltración Es el proceso por el cual el agua penetra en el suelo desde la superficie.

Determina cuánta agua de lluvia se convierte en recarga subterránea versus escorrentía. Conceptos clave: Tasa de infiltración: cantidad de agua que entra al suelo por unidad de tiempo [mm/h]. Capacidad máxima del suelo: cantidad de agua que el suelo puede absorber antes de saturarse. Medición de la Infiltración La infiltración es el proceso por el cual el agua penetra desde la superficie del terreno hacia el interior del suelo. Métodos Directos (Instrumentos) Infiltrómetro de Doble Anillo (Doble Cilindro): Consiste en dos anillos concéntricos hincados en el suelo. Se llena el espacio entre ambos y el cilindro interior con agua.

El anillo exterior sirve para evitar la expansión lateral del agua del anillo interior, asegurando que la infiltración medida sea vertical. Infiltrómetro de Anillo Simple: Menos preciso por la divergencia lateral del flujo. Simuladores de Lluvia: Dispositivos que rocían agua sobre una parcela controlada para imitar la intensidad y energía cinética de la lluvia natural. Permiten medir tanto la infiltración como la escorrentía generada. Infiltrómetro de Tensión (Permeámetro de Disco): Mide la infiltración en condiciones no saturadas, permitiendo controlar la presión de succión.

Métodos Indirectos Análisis de Hidrogramas: Se deduce la infiltración restando el volumen de escorrentía directa del volumen total de precipitación (Índice de infiltración media o Índice Phi). Balances de Masa en Parcelas: Midiendo entrada (lluvia) y salida (escorrentía). Métodos de medición de infiltración A. Infiltrometro de anillo (Ring Infiltrometer) Descripción: Se colocan uno o dos anillos metálicos en el suelo y se llena con agua. Procedimiento: Clavar el anillo en el suelo para que no haya fugas. Llenar con agua hasta una altura conocida. Medir el descenso del agua con el tiempo usando una regla o sensor. Repetir varias veces para obtener promedio.

Resultado: Tasa de infiltración en mm/h. Tipos: Simple anillo: mide infiltración vertical directa. Doble anillo: minimiza infiltración lateral, más precisa. B. Infiltrometro de doble anillo (Field Infiltration Ring) Más usado en ingeniería y agricultura. Permite medir capacidad inicial de infiltración y cómo disminuye con el tiempo (para ajustar modelos como Horton). C. Percolación natural (observación indirecta) Se mide cuánto agua penetra después de una lluvia natural: Instalar pluviómetros para precipitación. Medir escorrentía superficial con canales o colectores.

Calcular infiltración como: Materiales y Equipos – Medición de Infiltración Para la Medición de Infiltración (Método del Doble Anillo) Infiltrómetro de doble anillo (dos cilindros concéntricos de acero inoxidable, uno de 30 cm de diámetro y otro de 60 cm de diámetro, con una altura de 25-30 cm). Mazo o martillo para hincar los anillos. Regla metálica o pie de rey para medir el nivel del agua. Cronómetro. Recipientes para transportar agua (cubetas, baldes). Fuente de agua (aproximadamente 20-30 litros por punto de medición). Nivel de burbuja. Libreta de campo y lápiz. GPS para registrar la ubicación de los puntos de medición.

Medición de la Escorrentía La escorrentía es el agua que fluye sobre la superficie o en cauces tras una precipitación. Métodos de Aforo (Medición de Caudal) Aforo Volumétrico: Para caudales pequeños. Se mide el tiempo que tarda en llenarse un recipiente de volumen conocido. Aforo con Molinete (Correntómetro): Se mide la velocidad del agua en diferentes puntos de una sección transversal del río. El caudal (Q) se calcula como Q = Área x Velocidad media. ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler): Utiliza el efecto Doppler para medir perfiles de velocidad y profundidad de forma rápida y precisa.

Trazadores Químicos o Fluorescentes: Se inyecta una sustancia y se mide su concentración aguas abajo para determinar la dilución. Estructuras de Control (Aforos Indirectos) Vertederos (Weirs): Estructuras (en V, rectangulares, trapezoidales) colocadas en el cauce. El caudal se determina midiendo la altura del agua sobre la cresta del vertedero mediante fórmulas empíricas. Canales Aforadores (Flumes): Como el Canal Parshall. Son estrechamientos en el canal que fuerzan un flujo crítico, permitiendo calcular el caudal midiendo solo el nivel del agua en un punto específico. Monitoreo Continuo Limnímetros y Limnígrafos: Instrumentos que miden el nivel del agua (etapa).

Mediante una Curva de Gasto (relación nivel-caudal previamente establecida), se convierte el nivel en caudal de forma continua. Materiales y Equipos – Medicion de Escorrentia Cinta métrica o flexómetro. Cronómetro. Flotadores (naranjas, pelotas de tenis o pequeños trozos de madera). Estacas o varillas para delimitar tramos de medición. Libreta de campo y lápiz. GPS para registrar la ubicación del tramo de medición. (Opcional) Molinete hidrométrico para mediciones más precisas de velocidad. (Opcional) Recipiente de volumen conocido para aforo volumétrico en caudales muy pequeños.

Metodología de Campo Medición de la Infiltración (Método del Doble Anillo) Selección del Punto de Medición: Elija un área representativa del tipo de suelo y cobertura vegetal que se desea estudiar. Asegúrese de que la superficie esté lo más nivelada posible. 2.Preparación del Terreno: Limpie la superficie de vegetación densa o residuos orgánicos sin alterar la estructura del suelo. 3.Instalación del Infiltrómetro: Hincar los dos anillos concéntricos en el suelo a una profundidad de 10-15 cm, asegurándose de que queden verticales y bien asentados para evitar fugas laterales. Utilice el nivel de burbuja para verificar la verticalidad.

4.Saturación Inicial: Llenar simultáneamente ambos anillos con agua hasta una altura de 10-15 cm. Mantener el nivel de agua constante en el anillo exterior reponiendo el agua según sea necesario. Esto crea una barrera hidráulica que asegura que el agua del anillo interior se infiltre verticalmente. 5.Inicio de la Medición: Una vez que el nivel de agua en el anillo interior se estabiliza (o después de un tiempo predefinido, por ejemplo, 10-15 minutos para saturación inicial), registrar el nivel inicial del agua en el anillo interior con la regla metálica y poner en marcha el cronómetro.

6.Toma de Datos: A intervalos de tiempo regulares (por ejemplo, cada 1, 2, 5, 10, 15, 30 minutos, y luego cada hora hasta que la tasa de infiltración se estabilice), medir el descenso del nivel del agua en el anillo interior. Reponer el agua en el anillo interior para mantener el nivel lo más constante posible o registrar el nivel y reponerlo a un nivel inicial predefinido. Es crucial mantener el nivel de agua en el anillo exterior siempre igual o ligeramente superior al del anillo interior. 7.Finalización: Continuar las mediciones hasta que la tasa de infiltración se vuelva relativamente constante o por un período de tiempo predefinido (ej. 2-4 horas).

8.Registro de Datos: Anotar cuidadosamente el tiempo transcurrido y el nivel del agua en una tabla de campo. Metodología de Campo Medición de la Escorrentía (Método del Flotador en Cauce Pequeño) 1. Selección del Tramo: Identifique un tramo recto y uniforme de un cauce pequeño (arroyo, canal) de al menos 10-20 metros de longitud, sin obstáculos significativos y con una sección transversal lo más regular posible. 2.Delimitación del Tramo: Marque el inicio y el final del tramo con estacas o varillas. Mida la longitud exacta del tramo ($L$).

3.Medición de la Sección Transversal: En al menos 3-5 puntos equidistantes a lo largo del tramo, mida la profundidad del cauce a intervalos regulares a lo ancho (ej. cada 20-50 cm). Dibuje un croquis de cada sección transversal y anote las medidas. Esto permitirá calcular el área promedio de la sección transversal ($A$). 4.Medición de la Velocidad Superficial: Libere un flotador en el punto de inicio del tramo y ponga en marcha el cronómetro. Detenga el cronómetro cuando el flotador alcance el punto final del tramo. Repita esta medición al menos 5-10 veces para obtener un promedio confiable del tiempo de recorrido ($t$).

5.Registro de Datos: Anote la longitud del tramo, las medidas de la sección transversal y los tiempos de recorrido de los flotadores en su libreta de campo. Registro de Datos (Tablas de Campo) Cálculos y Análisis de Resultados Cálculo de la Infiltración Determinación de la Tasa de Infiltración Instantánea y Acumulada Con los datos de la Tabla 1 (Tiempo y Descenso), se puede calcular la lámina infiltrada acumulada ($F$) en cada intervalo de tiempo. La tasa de infiltración instantánea ($f$) se calcula como la diferencia de lámina infiltrada entre dos intervalos de tiempo consecutivos dividida por la duración de ese intervalo.

Cálculo de la Escorrentía Cálculo de la Velocidad Media del Flujo Con los tiempos de recorrido de los flotadores (Tabla 2) y la longitud del tramo ($L$), se calcula la velocidad superficial promedio ($V_{superficial}$): $V_{superficial} = \frac{L}{\text{Tiempo de Recorrido Promedio}}$ Para obtener la velocidad media del flujo ($V_{media}$) en la sección, se aplica un coeficiente de corrección ($C_{corr}$) a la velocidad superficial, que generalmente varía entre 0.8 y 0.9 para cauces naturales: $V_{media} = C_{corr} \cdot V_{superficial}$ Factores que afectan infiltración y escorrentía PRÁCTICA CON EXCEL Objetivo de la práctica El objetivo de esta práctica es comprender cómo el agua de lluvia se distribuye entre infiltración en el suelo y escorrentía superficial, relacionando la precipitación con la capacidad de absorción del terreno.

Además, se busca que los estudiantes aprendan a organizar datos en Excel, calcular la escorrentía mediante la diferencia entre precipitación e infiltración, y visualizar gráficamente la dinámica de estos procesos a lo largo del tiempo. CONCLUSIÓN DESDE LA INGENIERÍA GEOGRÁFICA De esta práctica se concluye que la infiltración depende de las características del suelo y disminuye cuando este se acerca a su capacidad máxima, mientras que la escorrentía aumenta a medida que el suelo se satura.

La relación entre precipitación, infiltración y escorrentía permite identificar cómo se distribuye el agua durante un evento de lluvia, ofreciendo información clave para el análisis hidrológico, la planificación de drenajes y la estimación de la recarga de acuíferos. CLASE 9 Definición y aplicación de la ecuación de Horton OBJETIVO GENERAL DE LA CLASE Comprender la ecuación de Horton para modelar la infiltración en el suelo y aplicar un cálculo simple en Excel para analizar cómo la capacidad de infiltración disminuye con el tiempo durante un evento de lluvia.

Ecuacion de Horton La ecuación de Horton es uno de los modelos empíricos más utilizados en la hidrología para describir el proceso de infiltración del agua en el suelo. Desarrollada por Robert E. Horton en la década de 1930, esta fórmula permite estimar cómo la capacidad de un suelo para absorber agua disminuye a medida que transcurre un evento de precipitación o riego. Fundamentación Teórica El modelo de Horton se basa en la observación de que la capacidad de infiltración de un suelo no es constante, sino que decae de forma exponencial desde un valor inicial máximo hasta alcanzar un valor mínimo constante.

Este fenómeno ocurre debido a varios factores físicos: 1.Saturación de los poros: A medida que el agua llena los espacios vacíos del suelo, la fuerza de succión disminuye. 2.Hinchamiento de arcillas: El contacto con el agua provoca que ciertas partículas del suelo aumenten su volumen, reduciendo el espacio para el flujo. 3.Sellado superficial: El impacto de las gotas de lluvia puede reorganizar las partículas finas en la superficie, creando una capa menos permeable. Concepto de Horton La ecuación de Horton describe cómo la tasa de infiltración del suelo disminuye exponencialmente con el tiempo hasta alcanzar un valor constante, llamado infiltración final o tasa constante.

Es útil para estimar la escorrentía y la recarga subterránea en hidrología de cuencas. Símbolo Significado Unidades Comunes Ft Capacidad de infiltración en el tiempo $t$. Representa la tasa instantánea de absorción. mm/h o cm/h Fc Capacidad de infiltración final o de equilibrio. Es el valor constante que alcanza el suelo al saturarse. mm/h o cm/h F0 Capacidad de infiltración inicial. Es la tasa máxima al inicio del proceso (suelo seco). mm/h o cm/h K Constante de decaimiento. Determina qué tan rápido disminuye la infiltración. Depende del tipo de suelo y cobertura. $h^{-1}$ o $min^{- 1}$ t Tiempo transcurrido desde el inicio de la infiltración.

horas o minutos e Base de los logaritmos naturales (aproximadamente 2.71828). Adimensional La ecuación de Horton describe cómo disminuye la capacidad de infiltración del suelo con el tiempo durante un evento de lluvia. Se expresa así: Ecuación de Horton De donde obtengo los valores F0, Fc y K f0 INFILTRACION INICIAL se toma del primer valor medido de infiltración, cuando el suelo está seco. Proviene de un ensayo con infiltrómetro, parcela experimental, o registros lluvia–escorrentía. Es el valor en t=0t = 0t=0. Fc INFILTRACION FINAL se obtiene del valor al que la infiltración se estabiliza después de un tiempo largo. Se observa en los últimos datos, cuando casi ya no cambia.

Representa la infiltración mínima del suelo saturado. k COEFICIENTE DE DECAIMIENTO no se mide directamente en campo. Se calcula ajustando la ecuación de Horton a los datos observados (por regresión o prueba–error). REFERENCIAS TIPICAS DE K k pequeño la infiltración disminuye lentamente (suelos sueltos, arenosos, bien estructurados). k grande la infiltración cae muy rápido (suelos arcillosos, compactados, urbanos). Interpretación de la curva exponencial Una curva de Horton se interpreta como la forma en que el suelo pierde capacidad de infiltrar agua con el tiempo durante una lluvia.

En el eje horizontal está el tiempo t En el eje vertical está la infiltración f(t) La curva siempre tiene esta forma: Empieza alta en f0 (suelo seco, muchos poros disponibles). Desciende rápidamente al inicio. Luego baja cada vez más lento. Finalmente se aproxima a fc (suelo casi saturado). Eso significa: Al inicio, el suelo "absorbe" mucha agua. Con el paso del tiempo, los poros se llenan. Cada minuto adicional infiltra menos que el anterior. El suelo tiende a un estado estable. ¿Por qué es exponencial? Porque el proceso físico no es lineal. En una recta, la infiltración bajaría siempre la misma cantidad: Pero en la realidad: Al inicio, hay muchos poros vacíos la infiltración cae rápido.

Luego quedan cada vez menos poros disponibles la disminución es más lenta. El cambio en cada instante depende de cuánta capacidad queda. Eso es justamente lo que describe una ley exponencial: La parte expresa que: La velocidad de disminución es proporcional a lo que aún falta para llegar a fc. Nunca llega exactamente a fcf_cfc, solo se aproxima. En términos físicos: El suelo se satura rápido al inicio y luego cada vez más lentamente. PRÁCTICA CON EXCEL Objetivo de la práctica El objetivo de esta práctica es que los estudiantes comprendan cómo varía la tasa de infiltración en el tiempo, aplicando la ecuación de Horton en Excel.

Se busca que puedan simular la disminución de infiltración, graficarla y relacionarla con la escorrentía potencial, entendiendo la influencia de los parámetros f0f_0f0, fcf_cfc y kkk en el comportamiento del suelo. CONCLUSIÓN DESDE LA INGENIERÍA GEOGRÁFICA De esta práctica se concluye que la infiltración disminuye exponencialmente desde su valor inicial hasta un valor constante, dependiendo de las características del suelo y del coeficiente de decaimiento. La relación entre infiltración y escorrentía permite visualizar cómo se distribuye el agua de lluvia en la superficie y el suelo, y cómo esta dinámica puede influir en el riesgo de inundación y en la recarga de acuíferos.

La práctica demuestra la utilidad de la ecuación de Horton para modelar procesos hidrológicos de forma sencilla y cuantitativa. CLASE 10 ESCORRENTÍA SUPERFICIAL: CONCEPTOS Y FACTORES INFLUYENTES OBJETIVO GENERAL DE LA CLASE Comprender cómo se genera la escorrentía superficial, qué factores la controlan y cómo analizar la red de drenaje de una cuenca mediante herramientas SIG (ArcMap) y cálculos básicos en Excel, para interpretar el comportamiento hidrológico del territorio. ¿Qué es la escorrentía superficial? La escorrentía superficial es la porción de la precipitación que no se infiltra ni se evapora, y fluye sobre la superficie del terreno hasta concentrarse en cauces, ríos y quebradas.

Se produce cuando: El suelo se satura La intensidad de la lluvia supera la capacidad de infiltración Existen superficies impermeables (urbano, roca, suelos compactados) Tipos de escorrentía a) Escorrentía directa Respuesta rápida a un evento de lluvia Proviene del agua que corre sobre la superficie Responsable de crecidas e inundaciones Muy dependiente del uso del suelo y la pendiente b) Escorrentía base Flujo lento y continuo Proviene del agua infiltrada que alimenta los ríos Mantiene el caudal en épocas secas Relacionada con acuíferos y permeabilidad del suelo En estudios de escorrentía superficial, nos interesa principalmente la escorrentía directa.

Coeficiente de escorrentía El coeficiente de escorrentía (C) sirve para saber qué cantidad de la lluvia que cae sobre una superficie se va a convertir en agua corriendo por encima del terreno (escorrentía) y qué cantidad se va a infiltrar en el suelo o se va a evaporar. Imagina que la lluvia es el 100% del agua. El coeficiente "C" es el porcentaje de esa agua que no es absorbida por el suelo. Un coeficiente bajo (cercano a 0), como el de un bosque (C = 0.10), significa que la mayor parte de la lluvia (el 90%) es absorbida por el suelo y solo una pequeña parte (el 10%) corre por la superficie.

Un coeficiente alto (cercano a 1), como el de un techo de asfalto (C = 0.95), significa que casi nada de lluvia se absorbe y la gran mayoría (el 95%) se convierte inmediatamente en escorrentía. ¿Para qué es tan importante saber esto? El coeficiente de escorrentía es una pieza clave en ingeniería y urbanismo para diseñar y dimensionar correctamente las infraestructuras que gestionan el agua de lluvia. Sus principales aplicaciones son: 1.Diseño de Sistemas de Drenaje Pluvial: Es fundamental para calcular el tamaño de tuberías, cunetas, canales y alcantarillas.

Si se subestima el coeficiente, el sistema de drenaje será demasiado pequeño y se producirán inundaciones en las calles durante lluvias fuertes. 2.Cálculo del Caudal Máximo (Q): El coeficiente "C" es un componente esencial del Método Racional, la fórmula más común para estimar el caudal máximo que un sistema de drenaje debe soportar. La fórmula es: Q = C * i * A Q: Caudal máximo (la cantidad de agua que pasa por un punto en un segundo). C: Coeficiente de escorrentía (el que estamos discutiendo). i: Intensidad de la lluvia (cuánta lluvia cae en un período de tiempo). A: Área de la cuenca o terreno que se está drenando. Sin un "C" correcto, el cálculo del caudal sería erróneo.

3.Planificación Urbana y Gestión Ambiental: Ayuda a los urbanistas a predecir el impacto de nuevos desarrollos. Por ejemplo, al reemplazar un área verde (bajo "C") por un centro comercial con estacionamientos de asfalto (alto "C"), se sabe que la escorrentía aumentará drásticamente. Esto permite planificar medidas de mitigación, como estanques de retención o pavimentos permeables. 4.Diseño de Estructuras de Almacenamiento: Se usa para dimensionar embalses, presas, y estanques de detención que necesitan capturar y almacenar el agua de lluvia para liberarla lentamente o para su uso posterior.

Coeficiente de escorrentía (C) El coeficiente de escorrentía (C) no se calcula con una fórmula única, sino que se determina a partir de tablas estandarizadas. Este valor representa la fracción de la precipitación que se convierte en escorrentía superficial. Su valor varía entre 0 y 1. El valor de "C" depende principalmente de dos factores: 1.Tipo de superficie: Si es pavimento, césped, tejado, etc. 2.Pendiente del terreno: A mayor pendiente, mayor escorrentía.

Factores que influyen en C Factor Influencia Uso del suelo Urbano C alto / Vegetación C bajo Pendiente A mayor pendiente, mayor escorrentía Tipo de suelo Arenoso infiltra más que arcilloso Intensidad de lluvia Lluvias intensas generan más escorrentía : Coeficiente de escorrentia Tipo de Superficie Coeficiente de Escorrentía (C) Superficies Impermeables Techos y Asfalto 0.70 - 0.95 Concreto 0.80 - 0.95 Ladrillo 0.75 - 0.85 Superficies Permeables Suelo arenoso plano (0-2% pendiente) 0.05 - 0.20 Suelo arcilloso plano (0-2% pendiente) 0.13 - 0.35 Zonas de césped (promedio) 0.05 - 0.35 Parques y cementerios 0.10 - 0.25 Terrenos cultivados 0.20 - 0.40 Descripción de la Superficie Pendiente Coeficiente (C) de Escorrentia Zonas Urbanas Asfalto y Concreto Todas 0.70 - 0.95 Adoquín de ladrillo Todas 0.70 - 0.85 Techos Todas 0.75 - 0.95 Zonas Residenciales Unifamiliar (lotes grandes) 0.25 - 0.40 Multifamiliar (adosados) 0.40 - 0.60 Apartamentos 0.60 - 0.75 Calles y Vías Pavimentadas 0.70 - 0.95 Caminos de grava 0.15 - 0.30 Zonas Verdes y Abiertas Césped, suelo arenoso Plana (0-2%) 0.05 - 0.10 Media (2-7%) 0.10 - 0.15 Inclinada (>7%) 0.15 - 0.20 Césped, suelo arcilloso Plana (0-2%) 0.13 - 0.17 Media (2-7%) 0.18 - 0.22 Inclinada (>7%) 0.25 - 0.35 Parques, cementerios 0.10 - 0.25 Campos de juego 0.20 - 0.35 Zonas no Desarrolladas Pastizales y praderas Plana (0-5%) 0.10 - 0.30 Ondulada (5-10%) 0.25 - 0.40 Escarpada (>10%) 0.30 - 0.50 Bosques y áreas forestales Plana (0-5%) 0.05 - 0.25 Ondulada (5-10%) 0.25 - 0.35 Escarpada (>10%) 0.30 - 0.50 Tipo de Cobertura y Suelo Pendiente Coeficiente (C) de Escorrentia Tierras de Cultivo Suelo arenoso 0 - 5% 0.20 - 0.40 Suelo limoso 0 - 5% 0.30 - 0.50 Suelo arcilloso 0 - 5% 0.40 - 0.60 Para pendientes mayores (5-10%), aumentar C en 0.10 Para pendientes fuertes (>10%), aumentar C en 0.20 Pastizales Suelo arenoso 0 - 5% 0.10 - 0.30 Suelo limoso 0 - 5% 0.20 - 0.40 Suelo arcilloso 0 - 5% 0.30 - 0.50 Bosques Con hojarasca densa 0 - 5% 0.05 - 0.20 Sin hojarasca 0 - 5% 0.10 - 0.30 Red de drenaje La red de drenaje es el conjunto de cauces naturales que canalizan el escurrimiento dentro de una cuenca.

Importancia: Controla cómo se mueve el agua Influye en tiempos de concentración Determina el riesgo de inundaciones Refleja la respuesta hidrológica del territorio Densidad de drenaje (Dd) La densidad de drenaje indica qué tan desarrollada está la red hídrica. Orden de Strahler El Orden de Strahler es un método hidrológico para clasificar la jerarquía de una red de ríos y arroyos: asigna orden 1 a los arroyos sin afluentes, y el orden aumenta solo cuando dos arroyos del mismo orden se unen (dos de orden 1 forman uno de orden 2, dos de orden 2 forman uno de orden 3, y así sucesivamente).

Si un arroyo de menor orden se une a uno de mayor orden, el orden del principal no cambia, lo que ayuda a entender la complejidad y estructura de la red de drenaje, fundamental para estudios de cuencas…