Hidrología e Hidráulica Aplicada

Vista previa del material en texto

HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA APLICADA
1. HIDROLOGÍA: CONCEPTOS GENERALES
LLUC ROVIRA
INGENIERO INDUSTRIAL POR LA UPC (UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA) 
MASTER EN HYDROPOWER ENGINEERING (LULEA UNIVERSITY OF TECHNOLOGY UPPSALA UNIVERSITY – SWEDEN) 
EXPERTO EN EL DESARROLLO DE PROYECTOS DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS
FUNDADOR DE LA INGENIERÍA ENGIAUX 
MANEL MASRAMON
INGENIERO INDUSTRIAL POR LA UPC (UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA) 
ESPECIALISTA EN ENERGÍA, HA TRABAJADO EN EL DESARROLLO
DE MÚLTIPLES PROYECTOS DE ENERGÍAS RENOVABLES
FUNDADOR DE LA INGENIERÍA ENGIAUX 
© de esta edición: Fundació IL3-UB, 2009
ENERGÍA HIDRÁULICA
D.L.: B-46901-2009
ENERGÍA HIDRÁULICA
2
TEMA
IL3
Institute for LifeLong Learning
Institut de Formació Contínua
Instituto de Formación Continua
Universitat de Barcelona
UNIVERSITAT DE BARCELONA
U
B
PÁGINA
2
ÍNDICE 1. Hidrología: conceptos generales ....................................................... 3
1.1. Descripción del ciclo hidrológico ............................................... 3
1.2. La ingeniería hidrológica........................................................... 4
1.3. Características de la cuenca .................................................... 5
1.4. Precipitación ........................................................................... 9
1.5. Pérdidas de precipitación ......................................................... 11
1.5.1. Cálculo de las pérdidas o abstracciones ..................... 13
1.6. Transformación lluvia-caudal ..................................................... 14
1.7. Propagación de caudales ......................................................... 15 
ENERGÍA HIDRÁULICA
T2 HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA APLICADA
1. HIDROLOGÍA: CONCEPTOS GENERALES
IL3
1. HIDROLOGÍA: CONCEPTOS GENERALES
1.1. DESCRIPCIÓN DEL CICLO HIDROLÓGICO
El ciclo hidrológico describe la circulación del agua en la atmósfera, suelo y subsuelo en
sus distintas fases, siendo un ciclo cerrado donde se producen fenómenos que describi-
mos brevemente.
La precipitación es el fenómeno por el cual el agua que existe en la atmósfera en forma
de vapor de agua se condensa convirtiéndose en lluvia (fase líquida) o nieve (fase sólida).
Parte de esta agua no llegará al suelo evaporándose en la atmósfera o bien se integrará
en la fracción retenida por la vegetación (interceptación). 
Del agua que llega al suelo, la parte que cae en superficies impermeables o suelos ya
saturados escurre superficialmente hacia arroyos, ríos u océanos y la que lo hace sobre
superficies permeables se infiltra. Hay otra parte que puede quedar retenida en depresio-
nes del terreno, lo que se denomina almacenamiento en depresiones y que puede, a su
vez, o bien evaporarse o bien infiltrarse si dicha depresión es permeable. Otra parte del
agua de la precipitación puede caer directamente en embalses, lagos o mares. 
El agua que cae en forma de nieve queda por un tiempo retenida en su estado, hasta que
la temperatura sea propicia para su fusión, a partir de la cual sigue los mismos caminos
que el agua que cae en forma líquida; hay una parte que puede evaporarse mediante el
fenómeno de sublimación. 
El agua infiltrada deberá atravesar probablemente una zona de suelo no saturada antes
de llegar a la zona saturada. La vegetación extrae agua del subsuelo desde ambas zonas,
evaporándola en el proceso llamado evapotranspiración. El agua que se mueve a través
del suelo no saturado se llama flujo subsuperficial y la que lo hace por el suelo saturado
se llama flujo subterráneo. Parte de ambos flujos pueden incorporarse luego a corrientes
de agua en forma de manantiales o surgencias. La otra parte del flujo subsuperficial ter-
mina convirtiéndose en flujo subterráneo. Por otra parte, el flujo subterráneo puede diri-
girse hacia al océano o penetrar a su vez a capas más profundas mediante el proceso
llamado percolación. 
Todo el agua que se encuentra en contacto con la atmósfera, ya sea en la superficie del
suelo o en cuerpos de agua como ríos, lagos u océanos, está sujeta a evaporación, pro-
ceso mediante el cual el vapor queda nuevamente disponible en la atmósfera para con-
vertirse luego en precipitación. 
ENERGÍA HIDRÁULICA
T2 HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA APLICADA
1. HIDROLOGÍA: CONCEPTOS GENERALES
IL3
PÁGINA
3
Los grandes retos de la hidrología son: 
– La medida, registro y publicación de los datos de base. 
– El análisis de estos datos para desarrollar y ampliar las teorías funda-
mentales. 
– La aplicación de estas teorías y datos a los múltiples problemas prácticos. 
La hidrología estudia el ciclo hidrológico desde la precipitación a la evaporación o
retorno de las aguas al mar con especial atención a las aguas de origen interno que
serán parte de los recursos hidráulicos disponibles de la Tierra. 
1.2. LA INGENIERÍA HIDROLÓGICA 
El hecho es que las cantidades de agua que intervienen en el ciclo hidrológico puedan
variar entre amplios límites y que suelen ocurrir episodios de sequía o inundaciones; en
este ámbito y dadas estas situaciones es donde aparece la intervención del hombre, y en
especial de los ingenieros especializados que tendrán, como objetivo a grandes rasgos,
que crear embalses, acueductos, canales, redes abiertas de tuberías, zonas de regadío,
etc. y defenderán al hombre de los efectos devastadores de las avenidas, delimitando las
llanuras de inundación y creando obras de drenaje, tanto rurales como urbanas. 
PÁGINA
4
ENERGÍA HIDRÁULICA
T2 HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA APLICADA
1. HIDROLOGÍA: CONCEPTOS GENERALES
IL3
Figura 1. Figura del ciclo hidrológico. 
Fuente: Chow et al. (1994). 
J ¿Sabías que se considera
que, de la cantidad estimada de
agua que existe sobre la Tierra, el
agua salada presente en los océa-
nos representa un 97,5 % sobre el
total del agua existente en el pla-
neta?
100
Precipitación terrestre
61
Evaporación terrestre
Evaporación 
y evapotranspiración
Escorrentía
superficial
Estratos
impermeables 
Humedad
del suelo
Flujo
subsuperficial Nivel 
freático
38 Flujo superficial
1 Flujo de agua subterránea
Infiltración
Flujo subterráneo
424
Evaporación oceánica
39
Humedad sobre el suelo
385
Precipitación
oceánica
Cuando se considera el agua como recurso es necesario conocer las cantidades disponi-
bles en la cuenca objeto de estudio. Las fuentes de agua disponibles se dividen en super-
ficiales (ríos, lagos, embalses) y subterráneas (acuíferos). La diferencia entre ambos tipos
de fuentes de agua es, principalmente, la velocidad con la que se mueven en el medio en
el que se encuentran, siendo la superficial el agua que se mueve a una velocidad superior
a la subterránea.
«Esta diferencia de velocidad es la que hace que, por ejemplo, siga fluyendo agua en los
ríos mucho tiempo después de haber una precipitación en forma de lluvia, ya que este
agua proviene de la almacenada en los acuíferos.» 
Este será el objetivo final de este capítulo: saber la cantidad de agua disponible en una
cuenca, mediante el llamado balance hídrico, que consiste en contabilizar todas las entra-
das y salidas de agua de la cuenca: 
Entradas = Salidas ± variación en el almacenamiento
Y traducido en el lenguaje del ciclo hidrológico antes descrito (se entiende esc. como esco-
rrentía): 
Precipitación = evapotranspiración + esc.sup. + esc. subterránea ± variación alm. 
Si se considera una escala de tiempo suficientemente amplia, por ejemplo un año, puede
considerarse que la variación de almacenamiento es despreciable simplificando: 
Precipitación = evapotranspiración + esc. sup. + esc. subterránea
En una cuenca, generalmente, tanto la precipitación como la evapotranspiración son proce-
sos que difícilmente podremos cambiar y, por lo tanto, el agua que tendremos disponible
será siempre la diferencia entre la precipitación y la evapotranspiración; si consideramos
un período relativamente largo de tiempo (20 años) logramos obtener la cantidad de agua
que podemos aprovechar. Las fluctuaciones anuales se pueden equilibrar construyendoembalses y obras de almacenamiento o pozos para extracción del agua. 
Cuando extraemos de la cuenca una cantidad de agua igual al promedio de la diferencia
entre la precipitación y la evapotranspiración se dice que estamos explotando los recur-
sos, pero si se extrae una cantidad mayor estamos explotando las reservas y estamos
produciendo, en ese caso, una sobreexplotación de los recursos hídricos de la cuenca. 
Existen actualmente numerosos programas informáticos denominados de simulación con-
tinua que sirven para estudiar el agua como recurso, teniendo en cuenta todos los proce-
sos que intervienen en el ciclo hidrológico y que se han descrito en los párrafos anteriores. 
1.3. CARACTERÍSTICAS DE LA CUENCA
La cuenca es un territorio donde el agua de la lluvia que cae tiende a ser drenada
hacia un mismo punto de salida. 
PÁGINA
5
ENERGÍA HIDRÁULICA
T2 HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA APLICADA
1. HIDROLOGÍA: CONCEPTOS GENERALES
IL3
La divisoria que delimita unas cuencas de otras es una línea imaginaria que pasa por los
puntos de mayor nivel topográfico y que separa la cuenca de estudio con las vecinas; debe
tenerse en cuenta que esta línea, en realidad, no es el contorno real de la cuenca porque
debe considerarse también la aportación de aguas subterráneas, que pueden tener origen
en límites distintos al considerado límite superficial. 
Las características de una cuenca dependen de la morfología, los tipos de suelo, la cubier-
ta vegetal, la geología, los usos del suelo, etc. y todas estas características influyen de
una manera decisiva en la respuesta hidrológica de la cuenca. 
A continuación se detallan algunos parámetros de definición de una cuenca: 
• El área de drenaje (A) es la superficie, en proyección horizontal, delimitada por la divi-
soria de aguas. 
• Forma de la cuenca. Los parámetros que miden la forma de la cuenca son el índice
de Gravelius o coeficiente de compacidad (Kc) y el factor de forma (Kf). 
– Índice de Gravelius: es la relación existente entre el perímetro de la cuenca y
el perímetro de una circunferencia de área igual a la cuenca: 
Donde:
– P: perímetro de la cuenca (km). 
– A: área de la cuenca (km2). 
– Factor de forma: es la relación entre el ancho medio y la longitud del cauce prin-
cipal de la cuenca. El ancho medio se obtiene dividiendo el área de la cuenca
por la longitud del cauce principal. 
Donde:
– A: área de la cuenca (km2).
– L: longitud del cauce principal de la cuenca (km).
• Características del relieve: 
– Pendiente media de la cuenca: se puede estimar a través de la siguiente fór-
mula:
Donde: 
– LL: longitud total de todas las curvas de nivel comprendidas dentro de la
cuenca (km). 
– D: es la equidistancia entre curvas de nivel del mapa topográfico (km).
– A: área de la cuenca (km2).
ENERGÍA HIDRÁULICA
T2 HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA APLICADA
1. HIDROLOGÍA: CONCEPTOS GENERALES
IL3
PÁGINA
6
– Histograma de frecuencias altimétricas: es un histograma que indica el por-
centaje de área comprendida entre dos alturas determinadas.
– Curva hipsométrica: es la representación gráfica del relieve de una cuenca. Es
una curva que indica el porcentaje de área de la cuenca o bien la superficie de
la cuenca en km2 que existe por encima de una cota determinada. Una curva
hipsométrica puede darnos algunos datos sobre las características fisiográfi-
cas de la cuenca. 
– Alturas características: 
• La altura media (Hm) es la ordenada media de la curva hipsométrica.
• La altura media ponderada (Hmp) es la altura del rectángulo de igual área
que la que encierra la curva hipsométrica. 
• La altura más frecuente es la altura correspondiente al máximo del histo-
grama de frecuencias altimétricas. 
• La altura mediana (H50) es la altura para la cual el 50 % del área de la
cuenca se encuentra por debajo de la misma. 
– Pendiente del cauce principal:
• La pendiente media (Sm) es la relación entre la altura total del cauce prin-
cipal y la longitud del mismo.
• La pendiente media ponderada (Smp) es la pendiente de la hipotenusa de
un triángulo cuyo vértice se encuentra en el punto de salida de la cuenca
y cuya área es igual a la comprendida por el perfil longitudinal del río hasta
la cota mínima del cauce principal. 
PÁGINA
7
ENERGÍA HIDRÁULICA
T2 HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA APLICADA
1. HIDROLOGÍA: CONCEPTOS GENERALES
IL3
Figura 2. Ejemplo de curva hipsométrica.
Fuente: Nanía y Valentín (2007).
• La pendiente equivalente constante (Seq) es la pendiente de un canal de
sección transversal uniforme de la misma longitud que el cauce principal y
que posee la misma velocidad media o tiempo de recorrido que el cauce
principal. 
Donde:
L: longitud total del cauce principal (km). 
li : longitudes de los n tramos del cauce principal considerados.
Si : pendientes de dichos tramos.
– Rectángulo equivalente de una cuenca es un rectángulo que tiene igual super-
ficie, perímetro, coeficiente de compacidad y distribución hipsométrica que la
cuenca en cuestión. 
• Características de la red de drenaje: la red de drenaje de una cuenca está formada
por el cauce principal y los cauces tributarios. 
– Orden de la cuenca: es un numero que refleja el grado de ramificación de la red
de drenaje. La clasificación de los cauces de una cuenca se realiza a través de
las siguientes premisas: 
• Los cauces de primer orden son los que no tienen tributarios. 
• Los cauces de segundo orden se forman en la unión de dos cauces de pri-
mer orden. 
• Cuando un cauce se une con un cauce de orden mayor, el canal resultante
hacia aguas abajo retiene el mayor de los órdenes.
PÁGINA
8
ENERGÍA HIDRÁULICA
T2 HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA APLICADA
1. HIDROLOGÍA: CONCEPTOS GENERALES
IL3
Figura 3. Gráfico del perfil de pendiente del cauce.
Fuente: Nanía y Valentín (2007).
• El orden de la cuenca es el mismo que el de su cauce principal a la salida. 
– Leyes de Horton: en relación al número de orden de los cauces se definen tres
leyes llamadas Leyes de Horton (1945): relación de bifurcación, relación de lon-
gitudes y relación de área; dichas leyes indican que la relación de bifurcación
de los cauces, la relación de longitud y la relación de áreas permanecen cons-
tantes de un orden a otro de una cuenca. 
– Densidad de drenaje: se define como la relación entre la longitud total de los
cursos de agua de la cuenca y su área total. 
– Frecuencia de cauces: Horton la define como la relación entre el número de
cauces y su área correspondiente. 
– Longitud promedio de flujo superficial: se define como la distancia media que
el agua debería escurrir sobre la cuenca para llegar a un cauce. 
– Sinuosidad del cauce principal: es la relación que existe entre la longitud del
cauce principal Lc y la longitud del valle del cauce principal medida en línea
recta o curva, Lt. 
1.4. PRECIPITACIÓN 
Existen distintos tipos de precipitación: lluvia, nieve, granizo y nevisca. La precipita-
ción requiere la elevación de una masa de aire húmedo en la atmósfera que puede
producirse por mecanismos distintos, de tal manera que se enfríe y parte de su
humedad se condense. 
Cuando el aire se eleva y se enfría, el agua se condensa pasando al estado líquido. Si la
temperatura se encuentra por debajo del punto de congelamiento se forman cristales de
hielo en vez de agua.
PÁGINA
9
ENERGÍA HIDRÁULICA
T2 HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA APLICADA
1. HIDROLOGÍA: CONCEPTOS GENERALES
IL3
Figura 4. Orden de los cauces de una cuenca.
Fuente: Nanía y Valentín (2007).
Las precipitaciones tienen una gran variabilidad en el espacio y en el tiempo
debido al patrón general de circulación atmosférica y a factores locales. La
precipitación media global es de 800 mm/año.
La medida de la lluvia se realiza a través de aparatos llamados pluviómetros
y pluviógrafos:
– Pluviómetro: suele consistir en un recipiente que se coloca bajo un embudo de medi-
das normalizadas y en el que se acumula el agua de lluvia. Estos dispositivos gene-
ralmente necesitan un observador que registre el volumen de lluvia caída durante unespacio de tiempo determinado. 
– Pluviógrafo: se diferencia de los pluviómetros porque permite registrar la evolución
del volumen de lluvia a través del tiempo. 
La unidad más común para el registro de la lluvia es el mm equivalente a un volumen de
1 l/m2. A continuación detallamos algunos de los gráficos y métodos más comunes para
determinar la pluviometría de: 
– Curvas intensidad-duración-frecuencia (IDF): son curvas que relacionan la intensi-
dad de la lluvia con su duración. Para cada frecuencia de ocurrencia tenemos una
curva diferente, cuanto menor es la frecuencia del evento analizado, mayor es la
intensidad. Las curvas IDF, generalmente, obedecen a una ecuación del tipo: 
Donde:
– i : intensidad de diseño. 
– Td : duración. 
– c, e y f : coeficientes que varían con el lugar y el periodo de retorno. 
– Distribución de la lluvia sobre un área. Curva área-precipitación: el análisis de fre-
cuencia de la precipitación sobre un área no está tan desarrollado como el de la
precipitación puntual, debido a la ausencia de información sobre la verdadera distri-
bución de probabilidades de la precipitación sobre un área determinada. Se sabe que
la intensidad media de lluvia disminuye a medida que se consideran áreas mayores
y además que mientras menor es la duración de la tormenta, menos probable es que
se extienda en un área mayor. 
– Cálculo de la lluvia media en una cuenca: 
Hay diferentes metodologías de cálculo de la cantidad media de lluvia dentro de una
área determinada. Aquí proponemos los más utilizados:
a) Método de la media aritmética: se trata de promediar cantidades de precipi-
tación en un número dado de pluviómetros situados en la cuenca. Es un méto-
do satisfactorio si los pluviómetros están uniformemente distribuidos sobre el
área de la cuenca y no hay excesiva variación sobre la media de la cuenca.
Además, si se observa que algún pluviómetro es más representativo que otro,
puede asignársele mayor peso relativo. 
PÁGINA
10
ENERGÍA HIDRÁULICA
T2 HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA APLICADA
1. HIDROLOGÍA: CONCEPTOS GENERALES
IL3
J ¿Sabías que la precipitación
del Desierto de Arica, en Chile, 
es de 0,5 mm/año y que la pre-
cipitación de Mount Waialeale 
en Hawaii (EEUU) es de 11.680
mm/año? 
b) Método de los polígonos de Thiessen: este método considera que la lluvia en
cualquier punto de la cuenca es igual a la del pluviómetro más cercano. Si exis-
ten J pluviómetros, Aj es el área de la cuenca asignada a cada pluviómetro y Pj la
lluvia registrada en el pluviómetro j-ésimo, la precipitación media de la cuenca es: 
Donde, A es el área de la cuenca igual a:
Este método se considera más exacto que el de la media aritmética por consi-
derar pesos relativos. 
c) Método de las isohietas: para utilizar este método es necesario
trazar las isohietas, usando las medidas de los pluviómetros e
interpolando entre pluviómetros adyacentes. Este método es ade-
cuado cuando hay una red densa de pluviómetros para el trazado
de isohietas de forma fiable. 
d) Método del cuadrado de la distancia recíproca: en este método se considera
que la precipitación en cada punto de la cuenca es igual a la suma de la pre-
cipitación de cada uno de los pluviómetros considerados, afectados por un
peso igual a la inversa del cuadrado de la distancia entre dicho punto y los plu-
viómetros considerados. 
1.5. PÉRDIDAS DE PRECIPITACIÓN 
Las aguas que provienen de precipitaciones que no se transforman en escorrentías
directas se consideran pérdidas de la precipitación. Existen distintos fenómenos
por los cuales una parte del agua puede ser incluida entre las pérdidas: la evapo-
ración, la evapotranspiración, la interceptación, el almacenamiento en depresiones
y la infiltración. 
EVAPORACIÓN 
Los factores que influyen en la evaporación desde un cuerpo de agua son el suministro
de energía para proveer de calor latente de vaporización, que es provista por la radiación
solar, y la habilidad para transportar el vapor fuera de la superficie de evaporación, que
depende de la velocidad del viento y del gradiente de humedad específica del aire. 
A continuación se listan algunos de los métodos utilizados para determinar el agua que se
evapora:
– Método del balance de energía: utilizado cuando la evaporación viene gobernada por
la radiación. 
PÁGINA
11
ENERGÍA HIDRÁULICA
T2 HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA APLICADA
1. HIDROLOGÍA: CONCEPTOS GENERALES
IL3
5 La isohieta es una línea que
une puntos de igual precipitación
media.
– Método aerodinámico: este método se usa cuando la evaporación viene gobernada
por la habilidad para transportar el vapor fuera de la superficie donde se produce. 
– Método de combinación: es una combinación de los dos métodos anteriores y el
método más representativo de lo que sucede en realidad. 
– Método del tanque de evaporación: este método se basa en relacionar la evapora-
ción en una cuenca con la que se produce en un tanque de medidas normalizadas.
EVAPOTRANSPIRACIÓN
Los procesos de evaporación producida en la superficie del suelo y de transpi-
ración producida desde la vegetación reciben el nombre de evapotranspiración. 
Los factores que influyen en la evapotranspiración son los mismos que los de
la evaporación más la aportación de humedad hacia la superficie de evapora-
ción. El cálculo de la evapotranspiración se realiza con los mismos métodos
anteriores, haciendo ajustes para tener en cuenta la condición de la vegetación
y del suelo. También existen muchas fórmulas para el cálculo de la evapotrans-
piración a partir de datos climatológicos, siendo una de las más usadas la fór-
mula de Penman (1948) con la que se calcula la evapotranspiración potencial. 
INTERCEPTACIÓN
La interceptación es un fenómeno poco conocido y difícil de estudiar. Los factores que
influyen en la interceptación son las características de la cubierta vegetal, las caracterís-
ticas de la superficie vegetada, el tipo de tormenta y el clima en general. 
ALMACENAMIENTO EN DEPRESIONES
El volumen almacenado en las depresiones del terreno finalmente se convierte en pérdidas,
ya que es un volumen que se infiltra, o bien se evapora si la depresión es impermeable. 
INFILTRACIÓN
Los procesos que se desarrollan bajo la superficie de la tierra son la infiltración, el flujo
subsuperficial y el flujo subterráneo. El flujo subsuperficial es el que se pro-
duce como flujo no saturado a través del suelo. El flujo subterráneo es el que
se produce como flujo saturado a través de los estratos de suelo o roca. 
Los estratos de suelo y roca que permiten la circulación del flujo constituyen
un medio poroso. El nivel freático es la superficie donde el agua, en el medio
poroso saturado, se encuentra a presión atmosférica. Por debajo del nivel fre-
ático el agua está a una presión mayor que la atmosférica. Por encima del
nivel freático las fuerzas capilares pueden saturar el medio poroso en un
espesor no muy grande de suelo llamado franja capilar. Por encima de esta capa el medio
poroso suele estar no saturado, excepto inmediatamente después de una lluvia, cuando
se producen condiciones de saturación de forma temporal. 
PÁGINA
12
ENERGÍA HIDRÁULICA
T2 HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA APLICADA
1. HIDROLOGÍA: CONCEPTOS GENERALES
IL3
Z Si quieres ampliar la infor-
mación sobre el tema de la evapo-
transpiración se recomienda la
lectura de:
VIESSMAN, W. JR.; KNAPP, J. W.;
LEWIS, G. L.; HARBAUGH, T. E.
(1977) «Introduction to Hydrology»,
en The IEP Series in Civil
Engineering. New York.
J ¿Sabías que, el flujo es no
saturado cuando el medio poroso
tiene sus huecos ocupados por
aire y es saturado cuando el
medio poroso tiene sus huecos
ocupados por agua?
La infiltración es el proceso mediante el cual el agua penetra desde la superficie del terre-
no hacia el suelo. Los factores que influyen en la tasa de infiltración son: 
– El estado de la superficie del suelo.
– El estado de la cubierta vegetal. 
– Las propiedades del suelo: porosidad y conductividad hidráulica. 
– El contenido de la humedad presenteen el suelo. 
Estratos de suelo con diferentes propiedades físicas pueden estar situados unos sobre
otros formando horizontes. Además, los suelos presentan una gran variedad espacial,
incluso en pequeñas áreas y esto supone que la infiltración es un proceso extremada-
mente complejo que puede definirse a través de ecuaciones matemáticas. Las fórmulas
más usadas son: 
– Ecuación de Horton (1933-1939).
– Ecuación de Philip (1957-1969). 
– Modelo de Green-Ampt (1911). 
Otro parámetro utilizado para determinar la infiltración es el tiempo de encharcamiento (tp)
siendo este el tiempo que pasa desde el inicio de la lluvia hasta que el agua comienza a
encharcarse en el terreno. 
1.5.1 CÁLCULO DE LAS PÉRDIDAS O ABSTRACCIONES
En la vida real nos encontramos que para el cálculo de las pérdidas o abs-
tracciones se nos presentan dos posibles casos; puede ser que:
– Tengamos información de precipitación y caudales; en este caso se usa
el método del índice Ø. 
– Tengamos información solo de precipitación, y entonces se pueden usar
métodos basados en las ecuaciones de infiltración o bien el del servi-
cio de conservación de suelos de los Estados Unidos (SCS). 
PÁGINA
13
ENERGÍA HIDRÁULICA
T2 HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA APLICADA
1. HIDROLOGÍA: CONCEPTOS GENERALES
IL3
Figura 5. Ilustración sobre el fenómeno de la infiltración.
Fuente: Nanía y Valentín (2007).
Z No es objeto de este aparta-
do profundizar en la aplicación de
los métodos, sobre los cuales exis-
te múltiple bibliografía al respecto.
Para más información se reco-
mienda:
CHOW, V.T; MAIDMENT, D.; MAYS,
L. (1994) Hidrología Aplicada. Bar-
celona: McGrawHill.
1.6. TRANSFORMACIÓN LLUVIA-CAUDAL 
El estudio hidrológico de una cuenca tiene como objetivo estimar el caudal o bien
establecer un hidrograma de caudal asociado a un determinado periodo de retorno
o frecuencia de ocurrencia.
Por un lado, el conocimiento de las características meteorológicas de la cuenca y de su
entorno, permitirá la determinación de los pluviogramas, hietogramas o tormentas de pro-
yecto específicas para nuestra cuenca y para la frecuencia elegida. Por otro lado, el
conocimiento de las características físicas de la cuenca permitirá establecer los diferen-
tes procesos que se desarrollarán en ella y la estimación de las pérdidas de la precipita-
ción asociados a la frecuencia elegida. 
Una vez definida la lluvia y el modelo de pérdidas, la transformación de lluvia neta o efec-
tiva a caudal puede llevarse a cabo por varios métodos: 
– El método racional nos permite el cálculo de caudales punta. Aunque ha sido un
método muy cuestionado, se ha utilizado mucho en el diseño de alcantarillado, para
pequeñas cuencas en zonas urbanas y en obras de drenaje de carreteras. 
– El método del hidrograma unitario es el más común para el cálculo de hidrogramas.
También existen otros métodos como los modelos de depósitos, el del movimiento
del fluido o el de la onda cinemática. 
El hidrograma de caudal es una gráfica o tabla que describe el caudal de agua en función
del tiempo en un lugar dado de la corriente. El hidrograma anual es un balance a largo
plazo de la precipitación, evaporación y caudal de una cuenca. 
El hidrograma anual que se muestra en la figura siguiente nos da una idea del caudal
medio diario del Rio Ebro en Tortosa a lo largo del año 2000. 
PÁGINA
14
ENERGÍA HIDRÁULICA
T2 HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA APLICADA
1. HIDROLOGÍA: CONCEPTOS GENERALES
IL3
Figura 6. Hidrograma anual del Río Ebro en Tortosa. 
Fuente: Nanía y Valentín (2007).
Ejemplo
Río Ebro en Tortosa (2000-01)
Día
C
a
u
d
a
l 
m
e
d
io
 d
ia
ri
o
 
[m
3
/
s
]
No se entrará en el detalle de los métodos de cálculo mencionados y nos centraremos úni-
camente, una vez presentados los aspectos fundamentales de la hidrología, en esos datos
y cálculos que se consideran para los casos más comunes y que pueden entenderse como
básicos para el cálculo de los recursos hídricos disponibles para una central hidroeléctrica. 
1.7. PROPAGACIÓN DE CAUDALES 
La propagación de caudales permite determinar el hidrograma de caudal en un punto de
un curso de agua utilizando hidrogramas conocidos en uno o más puntos aguas arriba.
Dicho procedimiento puede aplicarse a:
– Sistemas agregados, el flujo se calcula como una función del tiempo en un lugar en
particular, lo que también se conoce como propagación hidrológica. 
– Sistemas distribuidos, el flujo se calcula como una función del espacio y del tiempo
a través del sistema, lo que se conoce también como propagación hidráulica. 
PÁGINA
15
ENERGÍA HIDRÁULICA
T2 HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA APLICADA
1. HIDROLOGÍA: CONCEPTOS GENERALES
IL3