Hidrologia_Gustavo_Silva

Vista previa del material en texto

Hidrología en cuencas pequeñas
Última revisión: 23 de Julio de 2003
El tema se refiere a la recolección y procesamiento de información cartográfica e hidrometeorológica en los 
proyectos que se realizan en cuencas pequeñas con información escasa.
Se hace énfasis en la información escasa cuando se realizan estudios hidrológicos en cuencas apartadas de los 
centros urbanos y los registros cartográficos e hidrometeorológicos son deficientes.
Los métodos que se analizan en el trabajo permiten estimar valores para el diseño de obras de almacenamiento y 
distribución de agua, protección de estructuras hidráulicas y control de sedimentos.
CONTENIDO.
Introducción. 
Objetivos de los estudios hidrológicos. 
Recolección de información. 
Análisis de la información hidrometeorológica. 
Trabajos de campo. 
Proyectos de suministro de agua. 
Bibliografía.
INTRODUCCION
Los objetivos que cumplen los estudios hidrológicos en proyectos que utilizan los recursos hidráulicos de una 
cuenca son los mismos en un desarrollo pequeño que en uno grande. En ambos casos el ingeniero debe utilizar al 
máximo la información disponible y aplicar las técnicas más apropiadas para obtener los mejores resultados 
posibles.
Lo anterior indica que no puede hablarse de una hidrología diferente, exclusiva de los pequeños proyectos de 
desarrollo regional o local:. Sin embargo, por regla general muchos proyectos pequeños estan localizados en zonas 
donde el cubrimiento de la red hidrometereológica es deficiente, o donde la cartografia no existe a la escala 
adecuada. Por esta razón, los proyectos que se desarrollan en cuencas pequeñas estan casi siempre asociados con el 
file:///C|/gsm/Internet/Pagina/hidrocu.htm (1 de 6) [23/07/2003 04:39:51 p.m.]
Hidrología en cuencas pequeñas
problema de la información escasa.
Dentro de este panorama, se tratará a continuación sobre la recolección y manejo de la información hidrológica en 
cuencas menores de 50 Km2, las cuales constituyen un alto porcentaje entre las que son utilizadas en proyectos de 
suministros de agua para riego, acueductos y alcantarillados, generación hidroeléctrica o navegación, o en sistemas 
de control de inundaciones.
OBJETIVOS DE LOS ESTUDIOS HIDROLOGICOS
Los principales objetivos de los estudios hidrológicos son los siguientes:
● Determinar el régimen climatológico en el area objeto del proyecto. Clasificación en zonas según la variación 
espacial de la pluviosidad y el clima. 
● Analizar los caudales medios de las corrientes naturales en los tramos de interés del proyecto, o sea aquellos 
en los que se diseñarán captaciones u obras de protección, y determinación de curvas de duración de 
caudales diarios. Este análisis permite definir cual es la capacidad disponible en las fuentes superficiales que 
suministrarán la demanda y cuales son las necesidades de almacenamiento. 
● Calcular los caudales de creciente para diseño de obras de desviación , drenajes, vertederos de excesos y 
protección de captaciones y conducciones. 
● Determinar magnitud y composición de los sedimentos que llegan a las obras proyectadas. Con esta 
información se diseñan las obras adicionales que garantizan el correcto funcionamiento de la captación y de 
los sistemas de conducción y distribución durante su vida útil. 
RECOLECCION DE INFORMACION
La búsqueda de la información básica que se requiere para iniciar el estudio hidrológico comprende una 
investigación exhaustiva en las entidades oficiales y particulares que tienen relación con la región particular donde 
está localizada el área del proyecto. Mediante esta investigación se hace un inventario que incluye los siguiente 
aspectos:
● Cartografia y Aerofotogrametría, 
● Hidrometeorología, 
● Sedimentos, 
● Uso de la tierra. 
● Monografías y estudios regionales. 
Cartografía.
El procedimiento ideal consiste en utilizar mapas con curvas de nivel, a escalas que estén preferiblemente entre 
1:10.000 y 1: 25.000. Sin embargo, en regiones apartadas de los centros urbanos, en áreas montañosas y en zonas 
selváticas el cubrimiento cartográfico a escalas mayores de 1:100.000 es muy parcial. Existen algunas zonas en el 
mundo donde los mejores mapas que se consiguen están a escalas 1:400.000 o menores.
Aerofotografías.
Son útiles las fotografías aéreas convencionales, tomadas en vuelos de diferentes épocas. Cuando no existen las 
file:///C|/gsm/Internet/Pagina/hidrocu.htm (2 de 6) [23/07/2003 04:39:51 p.m.]
Hidrología en cuencas pequeñas
fotografías queda el recurso de programar vuelos con cargo al proyecto, lo cual no siempre es posible porque se 
encarecen los estudios y se amplían los tiempos de ejecución.
Mediante el adecuado procesamiento de la información aerofotogramétrica, complementada con controles de 
campo, es posible obtener restituciones en sitios específicos del área del proyecto.
Un recurso adicional al uso de las fotografías aéreas es la interpretación de imágenes de satélite. Las más comunes 
son LANDSAT tomadas por la NASA de los Estados Unidos y SPOT de Francia. El uso de estas imágenes está 
dirigido principalmente a la elaboración de mapas temáticos en áreas extensas y por tanto no ofrecen buena 
precisión para estudios detallados en áreas pequeñas.
Hidrometeorología.
Comprende información climatológica e hidrométrica.
La información climatológica incluye registros de precipitación, temperatura, humedad atmosférica, evaporación y 
vientos en la cuenca objeto del estudio y en cuencas vecinas de la misma región. La información básica que se debe 
tomar de los registros es la siguiente:
● Lluvias totales mensuales. 
● Lluvias máximas diarias. 
● Temperaturas medias mensuales. 
● Humedad relativa. Medias mensuales. 
● Evapotranspiración. Totales mensuales. 
● Vientos: Medios y máximos. 
La información hidrométrica comprende los registros de los caudales sólidos y líquidos en tramos seleccionados de 
las corrientes de drenaje. Estos caudales constituyen la información más valiosa con que se puede contar en los 
estudios hidrológicos; desafortunadamente, es la más escasa. 
Cuando existen los registros, la información que se debe recolectar es la siguiente:
● Caudales medios diarios. 
● Caudales máximos instantáneos. 
● Registros de aforos sólidos y líquidos. 
Uso de la tierra.
Debe hacerse un análisis de uso actual y de las proyecciones de desarrollo futuro. Dentro de este aspecto se incluyen 
las clasificaciones de los suelos y la determinación de áreas potencialmente erosionables.
Monografías y estudios regionales.
Se recomienda la recolección de monografías y publicaciones especializadas sobre la zona. Además, deben hacerse 
consultas en las Empresas Públicas Municipales, Corporaciones Regionales e Innstituciones Nacionales de los 
sectores eléctrico, agropecuario y de salud pública sobre desarrollos de ingeniería en la región.
ANALISIS DE LA INFORMACION HIDROMETEREOLOGICA
La información recolectada se analiza con procedimientos que dependen de la calidad de los datos obtenidos. Con 
base en el análisis se programan las labores de campo que sirven para complementar la información inicial.
file:///C|/gsm/Internet/Pagina/hidrocu.htm (3 de 6) [23/07/2003 04:39:51 p.m.]
Hidrología en cuencas pequeñas
A la vez que se desarrollan las labores de campo se recomienda continuar con la toma sistemática de datos en las 
estaciones existentes en la cuenca del proyecto y en las cuencas vecinas. Si es necesario, se instalarán estaciones 
adicionales, provisionales o permanentes, según los requerimientos del estudio.
Los métodos de análisis que se aplican en cada caso particular dependen de la calidad de la información disponible. 
Esta calidad se clasifica de la siguiente manera:
Buena información.
Hay buena información cuando existen registros suficientemente confiables en las áreas climatológica, 
pluviométrica e hidrométrica, con los cuales es posible conformar series históricas que cumplen con 
todos los requisitos que exigenel análisis estadistico de frecuencias y la aplicación de la teoría de las 
probabilidades . En este caso, los estadisticos obtenidos representan una buena base para la aplicación 
de modelos matemáticos complejos.
Información regular.
Se presenta cuando alguna de las series históricas presenta algunas deficiencias, ya sea en longitud o 
en fallas en la toma de datos, o en falta de consistencia. En este caso, hay necesidad de reconstruir las 
series deficientes, utilizando información de estaciones vecinas o relaciones entre variables, por 
ejemplo ecuaciones de regresión.
Las series reconstruidas ya no son tan buenas como las series históricas registradas, y comienzan a a 
presentarse dudas, tanto en los estadistícos de los análisis de frecuencias, como en la aplicación de 
modelos matemáticos complejos.
Información escasa.
La información es escasa cuando la cartografía es inadecuada y el cubrimiento de las redes 
pluviométrica, climatológica e hidrométrica es deficiente, ya sea porque las series existentes solo 
comprenden lluvias y algunos caudales, o unicamente lluvias, o cuando los registros son muy cortos e 
incompletos. 
Información nula.
Existen algunas zonas del mundo donde la información hidrometereológica es minima, por ejemplo 
los registros de lluvias son mensuales, o no existen cerca a la cuenca, o la información cartográfica se 
reduce a mapas a escala menor de 1:400.000. En estos casos se considera que la información es nula 
para la realización de estudios hidrológicos.
Luego de clasificar la información se procede a conformar las series historicas según las necesidades 
del estudio; estas series constituyen la base del pronostico del comportamiento futuro de los regimenes 
pluviométrico, climatológico e hidrométrico de la cuenca y su corriente de drenaje.
Los métodos de análisis de proyección al futuro se basan en la generación estocástica de series de 
lluvias o de caudales y en la aplicación de modelos de simulación. Estos métodos se recomiendan 
solamente cuando los análisis de frecuencias de las series históricas presentan un grado de 
confiabilidad aceptable, o sea, cuando la información existente está clasificada como buena. Algunas 
veces la información regular puede procesarse de forma que sea posible reconstruir la serie histórica 
cuando las fallas en la información no son excesivas; en esos casos, puede utilizarse para generar 
series estocásticas. Sin embargo, es claro que la información regular representa un estado de 
transición entre la información buena y la información escasa.
file:///C|/gsm/Internet/Pagina/hidrocu.htm (4 de 6) [23/07/2003 04:39:51 p.m.]
Hidrología en cuencas pequeñas
Cuando la información es escasa los métodos estadísticos de confiabilidad no son aplicables; por 
tanto, en una primera aproximación debe presumirse que la información recolectada es aceptable. 
Después, a medida que se vayan procesando los datos correspondientes a los trabajos de campo, que 
necesariamente deberán ejecutarse, se irán ajustando los resultados preliminares y se podrá 
comprobar la bondad de la información utilizada. De todas maneras, los estudios hidrológicos con 
información escasa no deben utilizar métodos de generación estocástica ni modelos matemáticos 
demasiado elaborados.
TRABAJOS DE CAMPO QUE SE REALIZAN PARA COMPLEMENTAR LA INFORMACION EXISTENTE.
Como norma general, aún dentro de las etapas más avanzadas de un proyecto no hay suficiente 
tiempo para desarrollar un programa de trabajos de campo adecuado, que proporcione toda la 
información que se requiere para complementar los registros históricos preliminares.
Además del factor tiempo se cuenta también con limitaciones de presupuesto . Por estas razones, el 
programa de campo debe elaborarse cuidadosamente y su desarrollo debe estar perfectamente 
coordinado con las labores de procesamiento en la oficina.
En el aspecto hidrológico, ademas de las visitas de reconocimiento general de la cuenca y de los sitios 
de interes del esquema propuesto, las labores complementarias incluyen la instalación, operación y 
procesamiento de datos de estaciones pluviométricas e hidrométricas, realización de aforos líquidos y 
sólidos, instalación de estaciones climatológicas sencillas, y lectura y procesamiento de registros de 
estaciones existentes.
Debe tenerse presente que, si el tiempo asignado al programa de campo es corto, la información 
obtenida resulta puntual y debe utilizarse con ese criterio. Así, por ejemplo, si se toman caudales 
medios diarios durante dos meses, esos valores no pueden utlizarse como medida del caudal medio 
anual.
La información que se toma en periodos cortos es útil porque permite calibrar algunas de las 
fórmulas que se emplean en el estudio o porque sirve para comprobar en las etapas avanzadas del 
proyecto las suposiciones iniciales que resultan de la escasez de la información básica preliminar.
En cuanto a la cartografía, si no existen mapas a las escalas adecuadas para la determinación de los 
indices morfométricos de la cuenca, es recomendable la ejecución de los trabajos aerofotogramétricos 
que sean necesarios para obtener restituciones a escalas que deben definirse según el presupuesto 
disponible y la precisión del estudio. Cuando no es posible obtener las restituciones, lo único que se 
puede hacer es trabajar con escalas muy pequeñas, por ejemplo con mapas departamentales o Atlas, 
con la consiguiente pérdida de precisión, especialmente en los cálculos de longitudes y pendientes.
Las labores de campo incluyen, además, los levantamientos topográficos y batimétricos de tramos 
seleccionados de la cuenca y las corrientes de drenaje, y de los sitios donde se van a proyectar las 
obras de captación, almacenamiento y conducción.
PROYECTOS DE SUMINISTRO DE AGUA QUE SE DESARROLLAN EN CUENCAS PEQUEÑAS 
En cumplimiento de los objetivos que tienen los estudios hidrológicos en proyectos de suministro de agua para 
acueductos, irrigación o generación hidroeléctrica se consideran los siguientes aspectos:
● Clima y precipitación. 
file:///C|/gsm/Internet/Pagina/hidrocu.htm (5 de 6) [23/07/2003 04:39:51 p.m.]
Hidrología en cuencas pequeñas
● Capacidad de la fuente para suministrar la demanda. 
● Magnitud y frecuencia de las crecientes 
● Transporte de sedimentos. 
1. Bell, F.C. GENERALIZED RAINFALL-DURATION-FREQUENCY RELATIONSHIPS. Proceedings ASCE. 
Hydraulics Division. Vol 95. HY1. 1969. 
2. Chow, Ven Te; Maidment, D. APPLIED HYDROLOGY. McGraw-Hill. 1988. 
3. Chow, Ven Te. OPEN CHANNEL HYDRAULICS. McGraw-Hill. 1959. 
4. Comité español de Grandes Presas. SELECCION DE LA AVENIDA DE PROYECTO. METODOS 
ACTUALES. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Monografías. No. 13. España. 1992. 
5. Einstein, H.A. FORMULAS FOR THE TRANSPORTATION OF BED LOAD. Transactions ASCE. Vol 107. 
Paper No. 2140. 1942. 
6. Einstein H.A.; Barbarossa, N. RIVER CHANNEL ROUGHNESS. Transactions ASCE. Vol 117. Paper No. 
2528. 1952. 
7. Henderson, F.M. OPEN CHANNEL FLOW. Mc Millan. 1966. 
8. Heras, Rafael. RECURSOS HIDRAULICOS: SINTESIS, METODOLOGIA Y NORMAS. Colegio de 
Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. España. 1982. 
9. Maidment, D. HANDBOOK OF HYDROLOGY. McGraw-Hill. 1993. 
10. Meyer-Peter, E; Muller, R. FORMULAS FOR BED-LOAD TRANSPORT. Report on Second Meeting of 
International Association for Hydraulics Research. Stockholm. 1948. 
11. Universidad Nacional de Colombia. Facultad de Minas, Medellín. SEMINARIO SOBRE HIDROLOGIA CON 
ENFASIS EN EL PROBLEMA DE LA INFORMACION ESCASA. Marzo de 1982. 
12. U.S. Soil Conservation Service. HYDROLOGY. Section 4. National Engineering Handbook. 
13. Vanoni, V. (Editor). SEDIMENTATION ENGINEERING. ASCE. Manuals and Reports on Engineering 
Practice. No. 54. 1977. 
14. Viessman, W. INTRODUCTION TO HYDROLOGY. 3rd. Ed. Harper & Row. 1985. 
15. Wischmeier,W; Smith, D. A UNIVERSAL SOIL LOSS EQUATION TO GUIDE CONSERVATION FARM 
PLANNING. 7th International Congress of Soil Science, Madison, Wisc. 1960.Hidrología General
file:///C|/gsm/Internet/Pagina/hidrocu.htm (6 de 6) [23/07/2003 04:39:51 p.m.]
http://www.geocities.com/gsilvam/hidrologia.htm
Proyectos hidráulicos
Última revisión: 23 de Julio de 2003
PROYECTOS DE SUMINISTRO DE AGUA QUE SE DESARROLLAN EN CUENCAS PEQUEÑAS 
En cumplimiento de los objetivos que tienen los estudios hidrológicos en proyectos de suministro de agua 
para acueductos, irrigación o generación hidroeléctrica se consideran los siguientes aspectos:
● Clima y precipitación. 
● Capacidad de la fuente para suministrar la demanda.
● Magnitud y frecuencia de las crecientes 
● Transporte de sedimentos. 
A continuación se analizan brevemente estos aspectos y se recomiendan los métodos que pueden aplicarse en 
los análisis hidrológicos según la calidad de la información disponible.
CLIMA Y PRECIPITACION.
El estudio hidrológico debe hacer una descripción del régimen climatológico del área del 
proyecto. Para realizar esta descripción son importantes, además de los datos cartográficos e 
hidrometeorológicos que se recolectan, las visitas de reconocimiento de campo y los análisis de 
monografías regionales y de los estudios técnicos que se hayan ejecutado con anterioridad.
Aun cuando las variables que definen el clima son presión atmosférica, humedad, temperatura 
y vientos, en estudios con información escasa es suficiente considerar la presión y la 
temperatura como las variables más importantes.
Por lo general es posible determinar la variación media de la temperatura en función de la 
altura utilizando monografias de la región, boletines hidrometeorológicos o testimonios de los 
habitantes, auncuando no se cuente con estaciones climatológicas en el área de estudio.
En cuanto al régimen pluviométrico, la localización geográfica del área y los mapas generales 
de isoyetas de la región permiten estimar, asi sea en forma aproximada, la lluvia media anual y 
sus tendencias mensuales para definir meses más lluviosos o más secos. Estos estimativos se 
complementan con registros de estaciones pluviométricas, aun cuando estos registros sean 
file:///C|/gsm/Internet/Pagina/proyectos.htm (1 de 3) [23/07/2003 04:40:21 p.m.]
Proyectos hidráulicos
deficientes.
CAPACIDAD DE LA FUENTE PARA SUMINISTRAR LA DEMANDA.
La fuente de suministro es la corriente superficial en el sitio de captación seleccionado; su 
capacidad se analiza por medio de la curva de duración de caudales. 
MAGNITUD Y FRECUENCIA DE LAS CRECIENTES.
Los métodos más conocidos para cálculo de crecientes son los siguientes:
● Análisis de frecuencias de caudales máximos registrados. 
La aplicación del método requiere de una buena serie histórica diaria de caudales máximos 
instantáneos.
● Aplicación de Relaciones lluvia-Cuenca-caudal. 
Los métodos que se basan en la interrelación lluvia-cuenca-caudal se pueden aplicar en todos 
los casos. Para su correcta utilización se necesita suficiente información cartográfica, 
hidrometeorológica, geológica y geográfica de la región donde se localiza la cuenca en estudio.
Entre los métodos que utilizan relaciones lluvia-cuenca-caudal están los siguientes:
● Determinación y aplicación de Fórmulas empíricas regionales. 
Son fórmulas que permiten calcular los caudales de creciente en función de algunas de las 
características físicas e hidrometeorológicas de cuencas que tienen buena información y 
pertenecen a una región determinada. Mediante procedimientos de Regionalización pueden 
utilizarse en cuencas no instrumentadas de la misma región. 
● Método racional
El Método Racional se aplica en cuencas homogéneas pequeñas, menores de 10 hectáreas, 
principalmente para drenajes de carreteras, patios, áreas rurales,etc. 
● Hidrogramas Unitarios.
Los hidrogramas unitarios, cuando se calculan con buena información, son apropiados para el 
cálculo de crecientes en obras importantes, como son los aliviaderos de presas de embalse o los 
puentes grandes.
Un hidrograma unitario es un modelo matemático que representa la respuesta de la cuenca a la 
acción de una lluvia de exceso unitaria.
TRANSPORTE DE SEDIMENTOS
La determinación de la carga de sedimentos que puede llegar a la captación durante el tiempo 
de operación del proyecto constituye otro de los problemas difíciles que se presentan en el 
estudio hidrológico porque la información sobre sedimentos es más deficiente que la de 
file:///C|/gsm/Internet/Pagina/proyectos.htm (2 de 3) [23/07/2003 04:40:21 p.m.]
Proyectos hidráulicos
caudales líquidos.
La interrelación lluvia, cuenca, capacidad de transporte del rio, es bastante compleja y 
particular en cada caso. Por esta razón, la cuantificación de la carga de transporte de 
sedimentos por medio de fórmulas analíticas solo puede hacerse, de manera aproximada en 
parcelas experimentales muy bien instrumentadas, y a nivel puntual, dificilmente extrapolable.
En el caso particular de las cuencas con información escasa, es necesario tener en cuenta que lo 
único que puede hacerse en el estudio del transporte de sedimentos es obtener un orden de 
magnitud de la carga total.
A continuación se relacionan dos métodos que permiten estimar la carga de sedimentos:
1.- Asignar una carga específica (toneladas por Km2 por año) de transporte de sedimentos de 
la corriente hasta el sitio de captación, de acuerdo con las características de la lluvia 
(pluviosidad media anual) y de la cuenca (Cobertura vegetal, existencia de zonas 
potencialmente erosionables, pendiente de la vertiente), y de la composición granulométrica del 
material del lecho del cauce. Mediante el análisis de estas características se puede clasificar la 
cuenca como alta o baja productora de sedimentos por erosión pluvial, y la corriente como de 
alta o baja capacidad de transporte. La asignación de la carga se hace luego de comparar las 
características de la cuenca con las de otras cuencas en donde se hayan efectuado mediciones 
directas de los sedimentos.
2.- Aplicar fórmulas empíricas. Entre ellas son conocidas la Fórmula Universal de Pérdida de 
Suelo de Wischmeier y las Fórmulas de Cálculo de la Carga de Sedimentos de Fondo 
propuestas por Einstein, Meyer-Peter, Colby, etc. Estas fórmulas tienen aplicaciones 
restringidas porque han sido deducidas en condiciones ideales que difieren mucho de las 
condiciones reales de los cauces naturales. Además, para su aplicación se necesita información 
que generalmente no se tiene en las cuencas que son objeto del presente trabajo.
Hidrología General
Hidráulica General
file:///C|/gsm/Internet/Pagina/proyectos.htm (3 de 3) [23/07/2003 04:40:21 p.m.]
http://www.geocities.com/gsilvam/hidrologia.htm
http://www.geocities.com/gsilvam/hidro.htm
Curvas de duración de caudales
La curva de duración resulta del análisis de frecuencias de la serie histórica de caudales medios diarios en el sitio de 
captación de un proyecto de suministro de agua. Se estima que si la serie histórica es suficientemente buena, la 
curva de duración es representativa del régimen de caudales medios de la corriente y por lo tanto puede utilizarse 
para pronósticar el comportamiento del régimen futuro de caudales, o sea el régimen que se presentará durante la 
vida útil de la captación. 
Como se observa en la Figura No. 1 la escala vertical de la curva de duración representa caudales medios (diarios, 
mensuales o anuales) y la escala horizontal las probabilidades de que dichos caudales puedan ser igualados o 
excedidos. 
Las curvas de duración tienen formas típicas que dependen de las características de las cuencas vertientes. En 
cuencas de montaña, por ejemplo, la pendiente pronunciada en el tramo inicial de la curva indica que los caudales 
altos se presentan durante períodos cortos, mientras que en los rios de llanura no existen diferencias muy notables 
en las pendientes de los diferentes tramos de la curva. Este hecho es útil para ajustar la forma de la curva de 
duración según las caracteristicas de la cuenca cuando la serie de caudales medios esdeficiente, o para transponer 
una curva de duración de una cuenca bien instrumentada de la misma región a la cuenca que tiene información 
escasa.
 
El caudal mínimo probable de la curva es el caudal que la corriente puede suministrar durante todo el año con una 
probabilidad de excedencia próxima al 100 % . Si este caudal es mayor que la demanda del proyecto, entonces la 
fuente tiene capacidad para abastecer la demanda sin necesidad de almacenamiento. 
En los estudios que se realizan en cuencas pequeñas las variaciones diarias del caudal son importantes. Por esta 
razón los análisis se hacen con base en la curva de duración de caudales diarios. Cuando la información hidrológica 
es escasa la serie histórica de los caudales medios diarios no existe, o si existe no es suficientemente confiable. En tal 
caso la curva de duración de caudales diarios no puede determinarse por métodos matemáticos, pero pueden 
hacerse estimativos utilizando relaciones empíricas entre lluvias y caudales. Estos estimativos pueden ocasionar 
sobrediseño de las obras.
La experiencia ha demostrado que las regresiones lluvia - caudal son aceptables para valores anuales, pero resultan 
deficientes cuando se utilizan con valores mensuales o diarios. Por esta razón, lo recomendable es generar una serie 
de caudales medios anuales a partir de las lluvias anuales y luego, a partir de los caudales anuales estimar la serie 
file:///C|/gsm/Internet/Pagina/curvas.htm (1 de 2) [23/07/2003 04:40:47 p.m.]
Curvas de duración de caudales
de caudales medios mensuales; en este caso no se pueden estimar los caudales diarios. Sin embargo, se pueden 
dibujar las curvas de duración de los caudales medios anuales y medios mensuales y con base en ellas deducir 
aproximadamente una curva estimada de caudales medios diarios, como se observa en la Figura No.2.
La curva de duración es muy útil para determinar si una fuente es suficiente para suministrar la demanda o si hay 
necesidad de construir embalses de almacenamiento para suplir las deficiencias en el suministro normal de agua 
durante los períodos secos.
Hidrología General
file:///C|/gsm/Internet/Pagina/curvas.htm (2 de 2) [23/07/2003 04:40:47 p.m.]
http://www.geocities.com/gsilvam/hidrologia.htm
Crecientes en cuencas pequeñas
Los métodos más conocidos para cálculo de crecientes son los siguientes:
● Análisis de frecuencias de caudales máximos registrados. 
La aplicación del método requiere de una buena serie histórica diaria de caudales máximos instantáneos.
El análisis de frecuencias de caudales máximos se utiliza en diseños de puentes pequeños, pontones, box-
culverts y alcantarillas. El procedimiento de cálculo tiene los siguientes pasos:
 
● Aplicación de Relaciones lluvia-Cuenca-caudal. 
Los métodos que se basan en la interrelación lluvia-cuenca-caudal se pueden aplicar en todos los casos. Para 
su correcta utilización se necesita suficiente información cartográfica, hidrometeorológica, geológica y 
geográfica de la región donde se localiza la cuenca en estudio.
Para determinar las características de la cuenca vertiente el primer paso consiste en localizar el sitio de interés 
del estudio en la corriente seleccionada ; luego se delimita su área sobre la mejor cartografía disponible y se 
miden Area, Longitud de la corriente, Pendiente del cáuce y Pendiente del terreno. Además, se estudian las 
condiciones del suelo y los cultivos para estimar las condiciones de infiltración.
El aguacero de diseño es el evento que genera la creciente. Su valor es un estimativo basado en estudios de 
probabilidad y está definido por Frecuencia, Duración, Intensidad y Patrón temporal.
La Frecuencia es una medida de la probabilidad de que el aguacero de diseño sea igualado o excedido por lo 
menos una vez en un año cualquiera. Así, el aguacero de 100 años tiene una probabilidad del 1% de ser 
igualado o excedido por lo menos una vez cada año.
La Duración se refiere al tiempo que dura el aguacero de diseño. En cuencas pequeñas este tiempo es 
aproximadamente igual al Tiempo de Concentración de la cuenca. 
La Intensidad media es la relación que existe entre el total de precipitación del aguacero de diseño y la 
duración del mismo. Si la duración se divide en intervalos, cada intervalo tiene una intensidad propia. Ver 
Figura No. 3.
El patrón temporal es el hietograma del aguacero de diseño. En cuencas pequeñas se acepta que la intensidad 
es constante a lo largo del aguacero.
file:///C|/gsm/Internet/Pagina/calculo.htm (1 de 3) [23/07/2003 04:41:06 p.m.]
Crecientes en cuencas pequeñas
La determinación numérica de la Intensidad se realiza utilizando curvas regionales de Intensidad-Duración-
Frecuencia, o curvas IDF. Para este efecto se fijan la Frecuencia y la Duración del aguacero, y se aplica la 
curva IDF correspondiente. 
Entre los métodos que utilizan relaciones lluvia-cuenca-caudal están los siguientes:
● Determinación y aplicación de Fórmulas empíricas regionales. 
Son fórmulas que permiten calcular los caudales de creciente en función de algunas de las características 
físicas e hidrometeorológicas de cuencas que tienen buena información y pertenecen a una región 
determinada. Mediante procedimientos de Regionalización pueden utilizarse en cuencas no instrumentadas de 
la misma región. 
● Método racional
El Método Racional se aplica en cuencas homogéneas pequeñas, menores de 10 hectáreas, principalmente para 
drenajes de carreteras, patios, áreas rurales,etc. 
Se representa con la siguiente expresión:
Q = C i A
donde "Q" es el caudal pico de la escorrentía que se genera a la salida de una cuenca de área "A" por efecto 
de un aguacero de intensidad constante "i", que tiene una duración igual al tiempo de concentración de la 
cuenca. "C" es el coeficiente de escorrentía; su valor está comprendido entre cero y uno, y depende de la 
morfometría de la cuenca y de su cobertura. 
La fórmula es dimensional, de manera que las unidades deben utilizarse correctamente. Cuando el caudal se 
dá em m3/s, la intensidad en mm/h y el área en km2, la expresión queda de la siguiente forma:
Q = C i A / 3.6
Las principales dificultades que se encuentran para el uso correcto de la fórmula son dos: La asignación de 
valores apropiados al coeficiente de escorrentia y la determinación de la intensidad del aguacero. 
La selección del coeficiente de escorrentía es subjetiva porque, aun cuando existen tablas y recomendaciones 
generales, el criterio de ingeniero es definitivo. Por su parte, la intensidad del aguacero se deduce de análisis 
de intensidad, duración y frecuencia. 
file:///C|/gsm/Internet/Pagina/calculo.htm (2 de 3) [23/07/2003 04:41:06 p.m.]
Crecientes en cuencas pequeñas
La aplicación del Método Racional induce a sobreestimar los caudales de creciente. Por esta razón no se 
recomienda su uso en cuencas mayores de 1 km2.
● Hidrogramas Unitarios.
Los hidrogramas unitarios, cuando se calculan con buena información, son apropiados para el cálculo de 
crecientes en obras importantes, como son los aliviaderos de presas de embalse o los puentes grandes.
Un hidrograma unitario es un modelo matemático que representa la respuesta de la cuenca a la acción de una 
lluvia de exceso unitaria.
La lluvia de exceso es la parte del aguacero que genera escorrentía superficial. Esta lluvia es unitaria cuando 
representa un volumen unitario de precipitación, por ejemplo 1 mm de lluvia repartida uniformemente sobre 
el área.
El hidrograma unitario de una cuenca se determina por medio de análisis de lluvias e hidrogramas, o a partir 
de sus características morfométricas. En este último caso hay estudios realizados por el Soil Conservation 
Service, SCS, de los Estados Unidos y por investigadores privados como C.O.Clarck, F.M.Snyder, Nash y 
Taylor, entre los más conocidos.
El Hidrograma Unitario Triangular del SCS ofrece un procedimiento sencillo para el cálculo de crecientes en 
cuencas pequeñas.
Los siguientes son los pasos que se siguen en la aplicación delmétodo del hidrograma unitario:
1. Síntesis de una lluvia de diseño, a partir de un análisis de intensidad-duración-frecuencia de aguaceros 
de corta duración. 
2. Determinación de un índice de infiltración característico de la cuenca. 
3. Cálculo de la lluvia de exceso a partir de la lluvia total de diseño y de la infiltración esperada. 
4. Determinación del hidrograma unitario de la cuenca. 
5. Aplicación de la lluvia de exceso al hidrograma unitario. 
6. Interpretación de los resultados para estimar el caudal pico de creciente. 
El método está limitado a cuencas homogéneas.
Hidrologia General
file:///C|/gsm/Internet/Pagina/calculo.htm (3 de 3) [23/07/2003 04:41:06 p.m.]
http://www.geocities.com/gsilvam/hidrologia.htm
Intensidad-duración-frecuencia
La determinación numérica de la Intensidad se realiza utilizando curvas regionales de Intensidad-
Duración-Frecuencia, o curvas IDF. Para este efecto se fijan la Frecuencia según el nivel de 
probabilidad de falla admitido, y la Duración del aguacero, y se aplica la curva IDF. 
Cuando la cuenca está bien instrumentada las curvas IDF se obtienen de análisis de frecuencias de 
lluvias máximas registradas, pero en cuencas con información escasa es necesario aplicar métodos 
empíricos con base en registros de lluvias máximas diarias, que se obtienen de estudios regionales o 
mediante transposición de lluvias de cuencas de características similares.
En general, las curvas IDF se ajustan a ecuaciones que tienen la siguiente expresión:
i = Cr / (t + b)n
donde Cr es un coeficiente que depende de la Frecuencia del evento, b y n son parámetros propios 
de la cuenca que se está analizando; i es la intensidad del aguacero; t es la duración del mismo. La 
ecuación es aceptable para Duraciones menores de 2 horas y Frecuencias menores de una vez en 100 
años.
C.F. Bell ha desarrollado un procedimiento que es útil para determinar los coeficientes Cr, b y el 
exponente n a partir de análisis de lluvias máximas diarias en regiones con información escasa.
Hidrología General
file:///C|/gsm/Internet/Pagina/intensidad.htm [23/07/2003 04:41:46 p.m.]
http://www.geocities.com/gsilvam/hidrologia.htm
Pagina nueva 1
Figuras y definición de variables
D = duración de la lluvia de exceso, horas
tc = tiempo de concentración, horas
tp = tiempo hasta el pico, horas
T = duración de la escorrentía, horas. 
A = Area de la cuenca, km2
L = Longitud del cauce, km
S = Pendiente del cauce, m/m
qp = caudal pico unitario para 1 mm de lluvia de exceso, m3/s
Tr = período de retorno de la creciente que se va a calcular, años
imx = intensidad máxima, mm/h, del aguacero de duración D y período de 
retorno Tr.
El más sencillo de los hidrogramas unitarios es el hidrograma 
unitario triangular, desarrollado por el Soil Conservation Service 
del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos.
Se aplica a cuencas pequeñas y homogéneas y produce resultados 
aceptables en el cálculo de caudales de creciente generados por 
escorrentía. La lluvia unitaria que se aplica al hidrograma es 1 mm 
de lluvia de exceso.
Las componentes del hidrograma unitario triangular se deducen de 
las características morfométricas de la cuenca y se expresan por 
medio de las siguientes fórmulas:
 tp = D/2 + 0.6 tc
 T = 8/3 tp
 qp = A / ( 1.8 T )
2. Cálculo del pico de creciente
Una vez que se han definido las características morfométricas de la 
cuenca vertiente y se ha realizado el análisis de los aguaceros 
históricos, aplicando la curva de intensidad-duración-frecuencia, se 
obtiene la siguiente información:
 A, tc Características morfométricas
 D, Tr, imx Del análisis de aguaceros.
La duración de la lluvia es aquella que produce el máximo valor de 
qp y se determina por medio de aproximaciones sucesivas. 
Inicialmente se hace D = tc y luego se prueba con valores mayores 
y menores que el inicial hasta encontrar el máximo qp. 
Se calcula la lluvia total del aguacero, P en mm:
 P = D . imx
La lluvia de exceso, Pe, es una parte de P y se determina realizando 
análisis de índices de infiltración y de pérdidas, o aplicando la 
metodología del Soil Conservation Service que se basa en las 
características de los suelos y en el índice CN.
Por último el caudal pico de creciente de escorrentía, Qp, con 
frecuencia Tr resulta:
 Qp = Pe . qp
3. Ejemplo
file:///C|/gsm/Internet/Pagina/scs_1.htm (1 de 2) [23/07/2003 04:42:16 p.m.]
Pagina nueva 1
En el sitio de captación para un acueducto la corriente natural que 
se seleccionó como fuente de abastecimiento drena un área de 5 
km2, su cauce tiene una longitud de 3 km y una pendiente 
aproximadamente constante del 4 %. La cuenca se considera 
homogénea porque tanto el uso del suelo como la morfología del 
terreno son más o menos uniformes.
Dentro de la cuenca no hay estaciones hidrológicas, pero hay un 
estudio general de la región que se basa en el análisis de estaciones 
vecinas. De acuerdo con las curvas de intensidad-duración-
frecuencia del estudio regional se han definido las intensidades 
máximas para diferentes duraciones y períodos de retorno. En este 
caso particular se estima que la lluvia de exceso es del orden del 25 
% de la lluvia total de un agacero típico.
Se pregunta en cuánto puede estimarse el caudal pico de creciente 
con período de retorno de 25 años
Datos:
 A 5 km2
 L 3 km
 S 0.04 m/m
 Tr 25 años
Cálculos:
Por tratarse de una cuenca pequeña, donde se espera 
que tc sea menor de 1 hora puede utilizarse la 
fórmula de Kirpich para el cálculo del tiempo de 
concentración.
 tc = .067 ( L / S 0.5 ) 0.77 0.54 horas
 D = tc (aproximadamente ) 0.54 horas
 tp 0.59 
horas
 T 1.57 
horas
 qp 1.77 
m3/s/mm
 imx (dato del estudio regional para D, Tr) 45 mm/h 
 P 22.5 mm
 Pe 5.6 mm
 Qp 10.2 m3/s
RESULTADO:
 El caudal pico de creciente es del orden de 10 m3/s.
file:///C|/gsm/Internet/Pagina/scs_1.htm (2 de 2) [23/07/2003 04:42:16 p.m.]
	Hidrología General
	Hidrología en cuencas pequeñas
	Proyectos hidráulicos
	Curvas de duración de caudales
	Crecientes en cuencas pequeñas
	Intensidad-duración-frecuencia
	Hidrogramas unitarios triangulares