1. Hidrologa SuperficialInstituto TecnolgicodeCampecheIng. Francisco Antonio Balan Novelo Alumnos:Saucedo Rosales MiligssaY.Santa Mara AzompaHctor D.Peraza Surez David D.22/ 05/ 2013 2. HIDROLOGA SUPERFICIALNDICEINTRODUCCIN2CRITERIO DE ALVORD 4CRITERIO DE HORTON PARA EL CLCULO DE LA PENDIENTE MEDIA DE UNA CUENCA (SAN GABRIELEN EL ESTADO DE SONORA) 7CRITERIO DE NASH PARA EL CLCULO DE LA PENDIENTE DE UNA CUENCA 10PENDIENTE DEL CAUCE PRINCIPAL (METODO DE TAYLOR Y SCHWARS) 14COEFICIENTE DE COMPACIDAD 15TIEMPO DE CONCENTRACIN 16GASTO DE DISEO SEGN TALBOT 17FRMULA RACIONAL 18MTODO DE CHOW 20DENSIDAD DE CORRIENTE 23DENSIDAD DE DRENAJE 24FUENTES DE INFORMACIN 24 3. 1 4. HIDROLOGA SUPERFICIALINTRODUCCINEl agua est en constante movimiento, fluye de acuerdo a la topografa por donde se desliza. Esdecir: Viaja siguiendo la trayectoria que le marcan los suelos, los declives, las quebradas, etc.La hidrologa realiza estudios tericos para comprender, medir y representar, mediante modelosmatemticos, los diversos componentes del ciclo hidrolgico; precisamente lo que se pretendecon este trabajo es utilizar mtodos empricos y semiempricos para el apropiado diseo de undrenaje en una va terrestre.UBICACIN GEOGRFICA DE LA CUENCA EN ESTUDIOComo se observa en la figura 1, nuestra cuenca para fines detrabajo se encuentra en el estado deSonora, en el municipio de Caborca. La carta correspondiente a altimetra en la que se le localizasegn datos proporcionados por el INEGI es la H12C36. 5. Figura 1. Ubicacin.2 6. HIDROLOGA SUPERFICIALEn la figura 2 se observan las curvas de nivel que conforman la topografa del terreno, necesariaspara los clculos correspondientes.Figura 2. Curvas de nivel.Imagen con relieve. 7. Figura 3. Imagen con relieve.3 8. HIDROLOGA SUPERFICIALCRITERIO DE ALVORDPendiente de una cuenca.Criterio de Alvord.- En ste se analiza la pendiente existente entre las curvas de nivel, trabajandocon la franja definida por las lneas medias que pasan entre dichas curvas.Para obtener la pendiente media de la cuenca se tiene:En donde:Cabe mencionar que con la ayuda de software se facilita la tarea de buscar ciertos datos para elclculo de la pendiente media. En nuestro caso utilizamos AutoCAD.1. Mediante cartas topogrficas proporcionadas por el Instituto Nacional de Estadstica,Geografa e Informtica (INEGI), que insertamos en el software ya mencionado, sedelimito el parteaguas y as encontramos el rea de nuestra cuenca. La figura 4 muestra lacuenca hidrogrfica con su parteaguas definido. 9. Figura 4. Cuenca hidrogrfica4 10. HIDROLOGA SUPERFICIAL2. Determinar el desnivel constante entre las curvas de nivel; en el caso de la cuenca enestudio se tiene que para cada 100 m de elevacin hay diez curvas de nivel.Entonces:3. Encontrar la longitud total de las curvas de nivel dentro de la cuenca. Para esto apoyados enAutoCAD, remarcamos de color rojo todas las curvas de nivel que abarca nuestra cuencahidrogrfica (ver figura). Las longitudes de las curvas las llevamos a otro software (Excel)para facilitar la suma de stas. En la tabla mostramos las diferentes longitudes y la sumacorrespondiente. 11. Figura 5.5 12. HIDROLOGA SUPERFICIALcurva de nivelKm L L L L L L L L L L L L L L L0.171.23 0.18 2.48 0.24 0.04 4.680.06 0.27 0.330.24 0.11 0.49 0.19 0.120.730.47 0.33 0.04 0.1 0.09 0.370.06 0.37 0.220.38 0.13 0.4 0.24 0.091.240.51 0.23 0.3 0.17 0.11 0.30.09 0.04 0.172.05 0.11 0.55 0.09 0.051.250.15 0.3 0.14 0.6 0.32 0.710.14 0.3 0.581.53 0.64 0.42 0.57 0.041.230.13 0.49 0.64 0.68 0.27 0.070.05 0.17 0.131.24 0.54 0.34 0.19 0.271.210.11 0.49 0.49 0.44 0.08 0.080.71 0.07 0.141.28 0.4 0.31 0.72 0.081.390.12 0.72 1.1 0.24 0.87 0.130.11 0.04 0.341.04 1.03 0.26 0.21.450.54 0.85 0.04 0.55 0.19 0.140.19 0.37 0.110.28 3.33 0.21 0.321.770.14 0.2 0.19 0.13 0.04 0.390.35 0.15 0.140.08 0.55 0.16 0.142.10.14 0.27 0.12 0.62 0.05 0.060.38 0.17 0.230.81 0.57 0.27 0.182.370.07 0.13 0.55 0.1 0.03 0.480.43 0.04 0.170.68 0.57 0.2 0.422.530.42 0.04 0.08 1.65 0.51 0.192.11 0.15 0.130.58 3.66 0.1 0.482.780.62 0.34 0.25 0.76 0.23 0.280.13 0.43 0.10.48 0.36 1.01 0.223.340.1 0.19 0.1 0.26 0.12 0.710.13 0.33 1.660.13 0.29 0.84 0.223.42.88 0.32 0.3 0.34 4.43 0.110.15 0.37 0.120.12 0.39 0.31 0.684.270.48 0.05 0.32 0.29 0.38 0.390.25 0.25 0.330.17 1.36 0.16 0.424.340.17 0.16 0.59 0.73 0.39 0.10.05 0.47 0.40.24 0.24 0.14 0.794.60.08 0.31 0.08 0.35 0.43 0.450.39 0.88 0.280.32 0.3 0.35 0.614.640.44 0.12 0.11 0.47 0.04 0.340.19 0.76 0.561.34 0.57 0.29 0.445.040.45 0.1 0.05 0.06 0.05 0.155.56 0.2 0.060.84 0.11 0.18 0.175.730.22 0.51 0.42 0.47 0.38 0.210.4 0.04 0.591.72 0.95 0.62 0.395.952.35 0.43 0.34 0.72 0.4 0.140.08 0.65 0.10.86 0.13 0.17 0.471.231.99 0.14 0.38 0.42 0.09 0.360.63 0.37 0.780.6 0.05 1.36 0.420.12.04 0.48 0.06 0.16 0.04 0.230.13 0.05 0.660.43 0.11 0.89 0.276.250.52 0.13 0.12 0.06 0.09 0.390.54 0.42 0.640.29 1.61 0.2 0.13curvas. 69.1116.37 7.51 9.2910.61 9.67 11.4613.31 7.36 8.9717.73 18.11 10.23 8.97 0.65 13. Sustituyendo datos obtenidos a la frmula:6 14. HIDROLOGA SUPERFICIALCRITERIO DE HORTON PARA EL CLCULO DE LA PENDIENTE MEDIADE UNA CUENCA (SAN GABRIEL EN EL ESTADO DE SONORA)1. Delimitado el parteaguas en el mtodo anterior, se realiz el mallado a espacios de 250 m(0.25 km), tomando en cuenta que dentro de la cuenca deben haber como minimo 100intersecciones. 15. Figura 6. Numerado y mallado.2. Con la ayuda del Software AutoCAD (anteriormente se le dio escala a la imagen), medimoscada lnea horizontal y vertical para obtener los valores de y que corresponden a lasumatoria de las longitudes en las direcciones de y comprendidas dentro de la cuenca.7HIDROLOGASUPERFICIALNMERO DE LAINTERSECCIONES LONGITUDES, EN KMLINEA DE LA MALLA NX NY LX LY1 1 0 0 02 6 2 1.087 0.5503 16. 3 37 3 2.6964 1.32074 35 11 3.006 1.50655 39 12 2.9763 1.79686 46 10 3.066 1.86027 66 22 3.511 1.96878 61 31 3.4337 2.10729 55 34 3.2005 2.552710 56 43 2.7871 2.849911 54 57 2.5561 3.248312 56 81 2.2499 3.38813 43 77 1.8619 3.377114 51 56 1.5645 2.832915 34 65 1.4104 2.433816 21 73 0.7392 2.325717 0 47 0 1.486818 0 16 0 0.7391SUMA 661640 36.146 36.3447S. TOTAL 1301 72.49073. Se hizo un conteo de las intersecciones entre las lneas horizontales y verticales quecomponen la malla y las curvas de nivel. Sumando las intersecciones verticales se obtuvo elvalor de . Del mismo modo, sumando las intersecciones entre las lneas horizontales y lascurvas de nivel se obtuvo el valor de4. Clculos correspondientes: 17. 8 18. HIDROLOGA SUPERFICIAL 9 19. HIDROLOGA SUPERFICIALCRITERIO DE NASH PARA EL CLCULO DE LA PENDIENTE DE UNA CUENCADesarrollo del clculo:1. Definido el parteaguas y el mallado, se mide la distancia mnima entre las curvas de nivelpara lo cual se hizo la tabla que se anexa a continuacin; cabe mencionar que estasdistancias se midieron con la ayuda de AutoCAD. Ahora bien, ya que nos arrojaba lasmedidas por ejes coordenados (x, y), se anexaron a la tabla dos columnascorrespondientes a las medidas de los catetos de cada una para que en la siguientecolumna se calculara con el teorema de Pitgoras la hipotenusa, que en este caso resultaser nuestra distancia entre curvas de nivel.2. Obtenida la distancia mnima entre curvas de nivel se calcul la pendiente en cadainterseccin, dividiendo el desnivel entre las dos curvas de nivel y la mnima distanciamedia.3. En la ltima columna se puso la elevacin correspondiente a cada interseccin.COORDENADASDISTANCIAS(CATETOS) DISTANCIAPENDIENTE ELEV.INTERSECCINX Y x yMINIMA ENSMSNMKM1 2 3 0.125 0.13670.185234690.053986 502 2 4 0.0984 0.0460.108621180.092063 513 3 2 0.1088 0.10450.150856520.066288 524 3 3 0.1198 0.06620.13687396 0.07306 615 3 4 0.1313 0.11460.17427808 0.05738 716 3 5 0.1221 0.06670.139130510.071875 747 3 6 0.1403 0.0010.140303560.071274 788 4 2 0.136 0.0850.160377680.062353 649 4 3 0.1425 0.0735 0.16033870.062368 7310 4 4 0.1628 0.01240.163271550.061248 8211 4 5 0.146 0.06210.158658150.063029 89 20. 12 4 6 0.1412 0.10450.175663570.056927 9513 4 7 0.067 0.02670.07212413 0.13865 13514 5 2 0.1363 0.07570.155910810.064139 7915 5 3 0.1293 0.08570.155122470.064465 8716 5 4 0.1482 0.06690.162600280.061501 9617 5 5 0.1222 0 0.12220.081833 10018 5 6 0.1257 0.07180.144760940.069079 11019 5 7 0.0645 0.13880.153054530.065336 12820 5 8 0.001 0.1389 0.13890360.071992 14510 21. HIDROLOGA SUPERFICIAL21 6 2 0.1059 0.09390.141534520.070654 9122 6 3 0.1454 0.0880.169956350.058839 10023 6 4 0.151 0.02230.152637770.065515 11024 6 5 0.1667 0.06180.177786750.056247 11725 6 6 0.1093 0.09610.14553934 0.06871 12326 6 7 0.1243 0 0.12430.080451 13327 6 8 0.0467 0.02330.052189850.191608 14628 6 9 0 0.0495 0.0495 0.20202 17429 7 3 0.1124 0.07070.132786480.075309 11430 7 4 0.1045 0.10450.147785320.067666 12331 7 5 0.1014 0.10710.147486850.067803 13132 7 6 0.1306 0.04340.137622380.072663 13833 7 7 0.108 0.10330.149448620.066913 14834 7 8 0 0.1026 0.10260.097466 16835 7 9 0.0208 0.05230.056284370.177669 19136 7 10 0 0.0228 0.02280.438596 27537 8 3 0.0304 0.02410.038793940.257772 15138 8 4 0.1791 0.0350.182487840.054798 14139 8 5 0.1548 0.0740.171578090.058283 14240 8 6 0.1117 0.07160.13267799 0.07537 15341 8 7 0.1096 0.08340.137723350.072609 16442 8 8 0.126 0 0.1260.079365 17443 8 9 0.0202 0.01230.02365016 0.42283 27244 8 10 0.0408 0 0.04080.245098 24545 8 11 0.0323 0.03660.048814440.204857 30546 9 3 0.0479 0.06130.077795240.128543 168 22. 47 9 4 0.1321 0 0.1321 0.0757 15648 9 5 0.0362 0.0326 0.04871550.205273 16349 9 6 0.1158 0.06150.131117850.076267 16550 9 70.13394 0 0.13394 0.07466 17451 9 8 0.08770.104550.13646242 0.07328 19052 9 9 0.0113 0.12480.125310530.079802 20453 9 10 0 0.05 0.05 0.2 23054 9 11 0.0316 0.01820.036466420.274225 28555 9 12 0.0297 0.01810.034780740.287515 31856 10 3 0.0592 0.0363 0.0694430.144003 18957 10 4 0.0936 0 0.09360.106838 17858 10 5 0.1161 0.05960.130504290.076626 17759 10 6 0.0233 0.0160.028264640.353799 23060 10 7 0.1795 0.04060.184034260.054338 18961 10 8 0.1122 0.07950.137510330.072722 19862 10 9 0.001 0.12880.128803880.077637 21663 10 10 0.0384 0.1350.140355120.071248 23564 10 11 0 0.0481 0.0481 0.2079 25865 10 12 0.0352 0.042 0.05480.182482 29211 23. HIDROLOGA SUPERFICIAL66 10 13 0.0217 0.02850.035820940.279166 34567 11 3 0.0221 0.0305 0.03766510.265498 21568 11 4 0.0191 0.01280.022992390.434927 20169 11 5 0.0662 0 0.06620.151057 20070 11 6 0.0731 0.024 0.0769390.129973 20571 11 7 0.14 0.07380.158260670.063187 20372 11 8 0.1218 0.00740.122024590.081951 21373 11 9 0.073 0.07420.104089580.096071 22774 11 10 0.0986 0.04010.106442330.093948 24275 11 12 0 0.1113 0.11130.089847 26076 11 13 0.0087 0.0860.086438940.115689 28677 11 14 0.0142 0.02680.030329520.329712 41078 11 15 0.02 0.01440.024644670.405767 42079 12 3 0.0201 0.01840.027250140.366971 28580 12 4 0.0462 0.01790.049546440.201831 24581 12 5 0.034 0.01980.039345140.254161 23982 12 6 0.0969 0.03080.10167719 0.09835 23183 12 7 0.1511 0.02010.152431030.065603 21984 12 8 0.0208 0.01160.023815960.419886 24585 12 9 0.1443 0.07960.16479882 0.06068 23886 12 10 0.0663 0.09050.112187080.089137 25587 12 11 0.0311 0.09930.104056230.096102 27488 12 12 0.0231 0.08380.086925540.115041 29889 12 13 0 0.0404 0.04040.247525 32590 12 14 0.013 0.0110.01702939 0.58722 39591 12 15 0.0207 0.0094 0.0227343 0.43986 440 24. 4 392 12 16 0.0286 0.01690.033220020.301023 45593 13 4 0.0649 0.030.071498320.139863 34094 13 5 0.0219 0.02810.035626110.280693 32095 13 6 0.0875 0.01860.089455070.111788 25596 13 7 0.0292 0.03710.047212820.211807 30597 13 8 0.0195 0.04870.052458940.190625 27698 13 9 0.1306 0.00850.130876320.076408 26199 13 10 0.0848 0.08110.117338190.085224 265100 13 11 0.0657 0.09140.112563090.088839 284101 13 12 0.0915 0.08910.127714760.078299 306102 13 13 0.0373 0.06840.077909240.128354 331103 13 14 0.016 0.0160.022627420.441942 362104 13 15 0.0458 0.03330.056626230.176597 396105 13 16 0.0317 0.0104 0.03336240.299739 445106 14 5 0.0309 0.01870.036117860.276871 335107 14 6 0.0314 0.01450.034586270.289132 396108 14 7 0.0393 0.03770.054458980.183624 390109 14 8 0.047 0 0.0470.212766 296110 14 9 0.1271 0.02050.128742610.077674 27912 25. HIDROLOGA SUPERFICIAL111 14 10 0.0281 0.02970.040886430.24458 289112 14 11 0.0809 0.07770.112169960.08915 301113 14 12 0.0266 0.02040.033521930.298312 346114 14 13 0.063 0.03820.073676590.135728 338115 14 14 0.0157 0.02490.029436370.339716 380116 14 15 470117 15 7 0.043 0.01560.045742320.218616 455118 15 8 0.022 0.0230.031827660.314192 386119 15 9 0.1003 0.03130.105070360.095174 348120 15 10 0.0154 0.04760.050029190.199883 368121 15 11 0.0265 0.01410.030017660.333137 375122 15 12 0.0208 0.01710.026926750.371378 407123 15 13 0.0826 0.04130.092349610.108284 368124 15 14 0 0.0422 0.04220.236967 389125 15 15 0.0229 0.01990.030338420.329615 435126 16 7 0.0489 0.01290.050572920.197734 395127 16 8 0.0434 0.01320.045362980.220444 337128 16 9 0.026 0.03560.044083560.226842 361129 16 10 0.0262 0.01770.031618510.31627 392130 16 11 0.0267 0.03460.043704120.228811 402131 16 12 0.0145 0.0140.020155640.496139 446132 16 13 0.0241 0.01870.03050410.327825 416133 16 14 0.0116 0.4580.458146880.021827 389134 16 15 465135 17 7 0.0184 0.01610.024449340.409009 450136 17 8 0.0395 0 0.0395 0.2531 408 26. 65137 17 9 0.0298 0.02380.038137650.262208 398138 17 10 0.0386 0.01570.041670730.239977 445139 17 11 0.0531 0.04930.072457570.138012 468140 17 12 0.0313 0.05010.059073680.16928 495141 18 8 0.0329 0.01450.035953580.278136 480142 18 9 0.0273 0.01560.031442810.318038 496143 18 11 0.0478 0.00910.04865850.205514 50224.41521 36777Las filas se resaltan porque en esos casos la pendiente fue 0 ya que esa interseccin se encontrabaentre dos curvas de nivel con la misma elevacin. Por lo tanto:Por lo que la Pendiente media resulta ser:13 27. HIDROLOGA SUPERFICIALPENDIENTE DEL CAUCE PRINCIPAL (MTODO DE TAYLOR Y SCHWARZ) 28. [ ]Dnde:14 29. HIDROLOGA SUPERFICIALPara este clculo se gener la siguiente tabla:TRAMOH.INICIAL H. FINADESNIVELPENDIENTE(m) S i1 46 60.23 14.230.0474333330.217791954.591537942 60.23 79.02 18.790.0626333330.250266523.995740153 79.02 93.552 14.532 0.048440.220090894.543577424 93.552 112.25 18.6980.0623266670.249653094.005558235 112.25 131.36 19.11 0.06370.252388593.962144266 131.36 150.85 19.490.0649666670.25488563.923328817 150.85 171.2 20.350.0678333330.260448333.839533148 171.2 194.05 22.850.0761666670.275983093.623410399 194.05 216.12 22.070.0735666670.271231763.6868838910 216.12 237.48 21.36 0.07120.266833283.7476584411 237.48 258.75 21.27 0.07090.266270543.7555788312 258.75 295 36.250.1208333330.347610892.8767798146.5517313 30. Aplicando la frmula se tiene que:Datos:1 [ ] [ ]COEFICIENTE DE COMPACIDADCon la ayuda de AutoCAD se aproxim el rea y el permetro, datos necesarios para el clculo delcoeficiente.En cuanto ms cerca se encuentre este coeficiente al valor de uno, ms forma circular tendr lacuenca, y por lo tanto habr mejor aprovechamiento de la precipitacin.Formula:15 31. HIDROLOGA SUPERFICIALDatos de nuestra cuenca:Sustituyendo valores en la frmula obtenemos:TIEMPO DE CONCENTRACINSegn Kirpich se calcula de la siguiente manera:Dnde:Datos de nuestra cuenca: 32. 16 33. HIDROLOGA SUPERFICIALSustituyendo valores en la frmula obtenemos:REA HIDRAULICA NECESARIA (MTODO DE TALBOT)Frmula:Datos de nuestra cuenca: 34. De la tabla anterior se establecemos el valor para C:17 35. HIDROLOGA SUPERFICIALEl valor anterior se tom considerando la cercana entre curvas de nivel (de las cartas topogrficasproporcionadas por el INEGI), lo que es un indicativo de la constante variacin en la topografa delterreno, pero no tanto que se pueda considerar como montaosa o con mucho lomero.Sustituyendo valores en la frmula obtenemos:[][ ]FRMULA RACIONALDnde:Datos de nuestra cuenca:Para la identificar el valor de recurrimos a las isoyetas del estado de sonora (figura siguiente).Ubicamos la regin donde se encuentra nuestra cuenca. Teniendo en cuenta que nuestro(previamente calculado) haba sido de media hora, recurrimos a las isoyetas con una duracin de30 min con un periodo de retorno de 50 aos y nos arroj el siguiente dato: 36. 18 37. HIDROLOGA SUPERFICIAL 38. Cabe mencionar que se consideraron las isoyetas correspondientes a un periodo de retorno de 50aos ya que este es el mnimo tiempo requerido para el diseo de drenajes en los cruces, ademscon una duracin de 30 min, tiempo que corresponde al tiempo de concentracin anteriormentecalculadoSustituyendo valores en la frmula obtenemos:[ ] 19 39. HIDROLOGA SUPERFICIALMTODO DE VEN TE CHOWVariables a utilizar:1.Supondremos que tendremos una duracin igualalo seade. Para talduracinlas isoyetas del estado de Sonora nos muestran una intensidad de .2.3. Precipitacin en exceso:[ ] 40. 20 41. HIDROLOGA SUPERFICIAL 42. De la tabla tomando en cuenta los datos sobre uso de suelo y vegetacin proporcionados por elINEGI se asign un valor para[ ]4. Factor de escurrimiento:5. Tiempo de retraso:[ ][ ]21 43. HIDROLOGA SUPERFICIAL6.7.[ ][ ] 44. Relacin entre Zy 8. Con los datos obtenidos calculamos el gasto:22 45. HIDROLOGA SUPERFICIALDENSIDAD DE CORRIENTE 46. La densidad de la corriente resulta:23 47. HIDROLOGA SUPERFICIALDENSIDAD DE DRENAJEFUENTES DE INFORMACINhttp://antares.inegi.org.mx/analisis/red_hidro/SIATL/#http://maps.google.com.mx/ 48. 24