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08 de junio de 2016 | por: Equipo Comunicación | 0 comentarios

Hidrología básica para el dimensionamiento de obras hidráulicas

Este es el primero de una serie de post que vamos a ir avanzando sobre los temas de Hidrología Básica que emplearemos en el dimensionamiento de Obras Hidráulicas.

En las Obras Hidráulicas, emplearemos la hidrología en el estudio de aportaciones de una cuenca, en la obtención de caudales máximos de evacuación en drenajes y saneamientos y es el dato fundamental para los estudios de hidráulica fluvial o de laminación.

Debemos de tratar el tema con el rigor que se merece, si bien orientaremos los conocimientos hacia la hidrología aplicada, la hidrología práctica que nos permita obtener los caudales demandados con fluidez. Somos conscientes de que la Hidrología es mucho más amplia pero buscamos la simplificación de los estudios hidrológicos, casi una receta.

El objeto de los estudios hidrológicos en el dimensionamiento de Obras Hidráulicas, distinguiendo entre valores a largo plazo y a corto plazo.

 

 

Concepto de hidrología

Cuando el caudal,  uno de los datos esenciales para el dimensionamiento de las obras hidráulicas, es una incógnita, tendremos que buscar una respuesta empleando las técnicas hidrológicas.

De todas las definiciones sobre Hidrología la que más se acerca al concepto ingenieril es la dada en WordReference.com: “Ciencia que estudia las aguas continentales y subterráneas, sus propiedades, distribución y utilización”, la R.A.E. la define de una forma más simple y etimológica como parte de las ciencias naturales que trata de las aguas”.

SI nos acercamos a este concepto veremos que son unas definiciones con algo de trampa ya que una ciencia es un “conjunto de conocimientos obtenidos mediante la observación y el razonamiento, sistemáticamente estructurados y de los que se deducen principios y leyes generales” y realmente la hidrología tiene su parte oculta, su parte de magia.

Hidrología básica en el dimensionamiento de obras hidráulicas

Fuente: www.ciclohidrologico.com


Los fenómenos hidrológicos siguen las leyes de la termodinámica en cuanto que son combinaciones de variables como la pluviometría, la humedad, la temperatura, el viento, la radiación solar y la configuración física de la superficie terrestre
. Sin embargo la conjugación de varios fenómenos, como sucede en la realidad, nos lleva a plantearnos formulaciones obligadamente empíricas con las que construir unas  leyes que son más genéricas que generales.

Cómo obtener el caudal

El objetivo fundamental de los estudios hidrológicos aplicados a la ingeniería civil es determinar valores mínimos, medios o máximos de volúmenes de agua o caudales que, en cada caso, nos permita dimensionar y diseñar una serie de elementos o estructuras que nos permitan dominar los recursos disponibles.

Para determinar estos valores se puede actuar de varias formas:

  • Estudiar cada uno de los factores que influyen en el ciclo hidrológico
  • Estudiar el comportamiento histórico de la hidrología de la zona
  • Estudiar el comportamiento histórico de zonas con semejanza hidrológica
  • Otros (simuladores de lluvia o cuencas experimentales)

De forma simplificada, tal como mostramos en el cuadro siguiente, si tuviéramos la suerte de disponer de aforos con suficiente antigüedad y fiabilidad como para considerarlos “de garantía”, nuestro dato de caudal se podría obtener de forma directa. Si pretendemos obtener valores medios podríamos tener el problema resuelto.

Si tratamos de obtener valores extremos o asociados a un cierto riesgo (asociado a un período de retorno) emplearemos métodos estadísticos de extrapolación. Si somos capaces de realizar el estudio en una zona de concreta de suficiente extensión, podríamos intentar el encaje de los caudales de la zona en alguna curva de regresión y establecer un empirismo.

También se pueden establecer curvas de regresión y empirismos con el estudio de tormentas y avenidas asociadas, siempre que realicemos el estudio en una zona acotada y con comportamiento hidrológico semejante.

Pero no siempre tenemos la posibilidad de obtener datos directos de caudal. Esto nos lleva a resolver la relación precipitación-escorrentía con otros métodos y modelos. Los más comunes y sencillos son los métodos hidrometeorológicos.

Modelos simplificados de obtención de caudales de escorrentía

 

En el siguiente post profundizaremos en algunos de los conceptos y modelos más empleados en el tratamiento de los datos obtenidos y en los métodos para calcular la escorrentía.

Todo esto sin perder de vista que si alguna técnica tiene que ser sencilla de aplicación es la hidrología porque la vamos a usar en cualquier tipo de obra y de forma importante ya que va a condicionar la seguridad de la misma a todos los niveles de responsabilidad.

De ahí que sea de agradecer el esfuerzo de algunas administraciones hidrológicas que llegan a ofrecer sistemas locales, regionales o nacionales de obtención directa de caudales de diseño habitualmente en función de un único parámetro geométrico de la cuenca o de forma directa mediante localización como en el caso del CAUMAX español.

Imagen de resultados de la aplicación CAUMAX V.2.3. El resultado depende exclusivamente de la localización.

 

A continuación os dejo un breve artículo que es un resumen introductorio de una tesis doctoral de Carles Corral, donde se van viendo en un proceso cronológico los distintos tipos de modelos hidrológicos. Hay modelos con base física, modelos conceptuales, modelos evolutivos como los neuronales y se han incorporados modelos con distribución espacial y modelos regionales semi empíricos. Las tendencias en el desarrollo de las técnicas hidrológicas van hacia modelos distribuidos.

Sin embargo el paradigma de la hidrología práctica aplicada es aquella que debemos aplicar en cuencas con escasa información. Un experto como Gustavo Silva Medina que se ha preocupado por desarrollar este tema. Os dejo dos enlaces, en el primero de ellos está la página de geocities donde se publica la metodología y en el segundo tendréis un artículo en pdf con el desarrollo de lo anterior.

Lógicamente en el caso de emplear estos “trucos” o esta metodología tenemos que ser conscientes de la validez de los datos empleados y su uso responsable.

Autor: Víctor Flórez, profesor del Máster en Diseño, Construcción y Explotación de Obras Hidráulicas

Máster en Diseño, Construcción y Explotación de Obras Hidráulicas

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