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HIDROLOGIA: Almacenamiento y transito en vasos y cauces
INTRODUCCION
El presente trabajo de investigación tiene como propósito brindar toda la
información necesaria para que sea de gran alcance a la mejora de sus
conocimientos y aprendizajes, haciendo referencia a los conceptos hidrológicos
fundamentales para el diseño de vasos y al tránsito de avenidas en cauces, los
cuales son de gran importancia en hidrología, pues en gran parte constituyen
la base sobre las que se sustenta el dimensionamiento de la represas ya sea
para el aprovechamiento y protección contra inundaciones.
Debemos tener en conocimiento que la hidrología juega un papel muy
importante en el desarrollo efectivo de estructuras hidráulicas, especialmente
aquellas que se orientan a la transformación de energía y control de avenidas
donde se requiere con frecuencia de pronóstico de avenidas y sequías.
Los detalles resaltantes en este contexto corresponden al almacenamiento y
tránsito de vasos y causes
La transformación que sufre un hidrograma desde una sección transversal
hasta otra ubicada después de un tramo de río o una represa se conoce como
tránsito de la avenida y, en general, este cambio puede ser tanto en forma
como en desplazamiento en el tiempo.
Por su parte, se incluye las nociones de mayor relevancia de los métodos que
se han incrementado para resolver los problemas de tránsito de avenidas en
causes y vasos, incluyendo aplicaciones numéricas para ilustrar los métodos.
Para predecir las variaciones temporal y espacial de una onda de avenida a
través de un tramo de río o en un vaso de almacenamiento, o bien para
determinar el hidrograma de salida de una cuenca sobre las que presentó una
determinada lluvia, se usan los procedimientos de tránsito de avenidas. A lo
largo del tiempo, se han desarrollado varios procedimientos para llevar a cabo
el tránsito de avenidas y comúnmente se distinguen dos categorías:
Tránsito hidrológico. El transito hidrológico utiliza la ecuación de
continuidad y una relación entre el almacenamiento y el gasto de salida.
Asimismo, este método se emplea para calcular la capacidad de la obra
de excedencias (vertedor) de una presa o bien para conocer el cambio
en la forma y avance de la onda de avenida en un tramo de río.
Tránsito hidráulico. En el tránsito hidráulico se utilizan las ecuaciones
diferenciales de continuidad y de conservación de la cantidad de
movimiento para flujo no permanente o transitorio. La solución numérica
de estas ecuaciones permite conocer la variación detallada de las
características hidráulicas (velocidad y tirante) con respecto al tiempo.
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HIDROLOGIA: Almacenamiento y transito en vasos y cauces
Figura 5. Hidrograma de entrada (I) y salida (O)
V S=∫
t0
t1
( I−0 ) dt (9)
Antes del tiempo to, las condiciones están establecidas y la entrada es igual a
la salida.
En el intervalo to < t < t1, la entrada es mayor que la salida y aumenta el
volumen almacenado en el vaso y, por lo tanto, su nivel. En el tiempo t1 se
alcanza el máximo almacenamiento y consecuentemente el máximo nivel en el
vaso. El área que hay entre los dos hidrogramas entre to y t1, es el volumen
máximo almacenado y es, por lo tanto, el volumen de súper almacenamiento
requerido para la avenida de entrada I (t) considerada, y el nivel que se tiene
en el vaso en el tiempo t1 será el NAME necesario para esa misma avenida,
Cuando t > t1, las salidas son mayores que las entradas y el volumen
almacenado en el vaso disminuye.
Esta ecuación es la que liga los gastos que salen por el vertedor con la
elevación de la superficie libre del agua, que en general tiene la forma:
Ov=CL(E−E0)
3 /2
, E>E0(10)
Dónde:
E = elevación de la superficie libre del vaso, m.
Eo= elevación de la cresta del vertedor, m.
L = longitud de la cresta del vertedor, m.
C = coeficiente de descarga.
Ov=¿ Gasto por el vertedor de excedencias, m3/s
El coeficiente de descarga C es siempre del orden de 2, y éste es un valor
suficientemente aproximado para hacer el tránsito de la avenida. Obviamente,
si E < Eo,
Ov=0 .
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La ecuación (10) es válida cuando la descarga por el vertedor es libre; si tiene
compuertas y se pretende usarIas durante el paso de la avenida, la ecuación
(10) se sustituiría por una regla de operación de compuertas previamente
establecida con la limitante de que el gasto de descarga debe ser menor o
igual que
Ov . Por otra parte, se puede pensar en que la obra de toma esté
funcionando de manera simultánea al paso de la avenida. Si el gasto
descargado por la obra de toma OT es significativo en relación al descargado
por el vertedor
Ov , entonces la salida total de la presa será:
0=Ov+OT (11)
MÉTODO SEMIGRÁFICO
La ecuación de continuidad (8) también se puede escribir en la forma:
Ii+ I i+1+(
2V i
∆t
−0i)=
2V i+1
∆ t
+0i+1 (12 )
Donde los términos desconocidos se han puesto del lado derecho de la
ecuación. Dado que tanto
V i+1 como 0i+1 dependen del nivel en el vaso
(véase la figura 3 y la ecuación (10), antes de realizar el tránsito conviene
trazar una gráfica auxiliar que relaciona
2V
∆t
+0 con 0 para cada elevación
(véase figura 6). Para trazar dicha gráfica los pasos a seguir son:
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CONCLUSIONES
El tránsito de avenidas se utiliza principalmente para predecir los niveles
de máxima crecida, el volumen del agua y el desarrollo temporal del
flujo. Estas predicciones son necesarias para determinar el nivel de
máxima crecida en lugares río abajo; estimar si las alcantarillas y los
aliviaderos o vertederos son adecuados; pronosticar el nivel que pueden
alcanzar las crecidas en las llanuras de inundación; y realizar otros
cálculos que dependen del caudal.
Se logró determinar cada una de los elementos básicos de vasos de
almacenamiento, y se definió cada uno de ellos.
Se pudo conocer el concepto de “tránsito de avenidas en causes” que
viene a ser la simulación de la variación de un hidrograma al recorrer un
cauce se conoce como tránsito de avenidas en cauces.
Se determinó los métodos que permiten conocer la variación de un
hidrograma al recorrer un tramo de cauce, los cuales viene a ser dos; los
métodos hidráulicos e hidrológicos.
Los proyectos de abastecimiento de agua, riego o hidroeléctricos no
pueden ser capaces de satisfacer las necesidades de los usuarios y/o
consumidores durante los periodos de escurrimiento extremadamente
bajos.
Con frecuencia la corriente se convierte en un impetuoso caudal después
de las lluvias fuertes constituyendo un peligro a todas las actividades a
lo largo de sus márgenes.
Un vaso de almacenamiento o de conservación puede retener ese
exceso de agua en los periodos de alto escurrimiento para su utilización
en los periodos de sequía reduciendo a su vez el daño por inundaciones
aguas abajo del vaso de almacenamiento.
En relación a lo anterior podemos decir que la función principal de un
vaso de almacenamiento es estabilizar el escurrimiento del agua.
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
APARICIO, Francisco. Fundamentos de Hidrología de Superficie. 1.a ed.
Limusa: México, 1990. 152 pp. ISBN: 968-18-3014-8
HIDROLOGIA: Almacenamiento y transito en vasos y cauces
INTRODUCCION
El presente trabajo de investigación tiene como propósito brindar toda la
información necesaria para que sea de gran alcance a la mejora de sus
conocimientos y aprendizajes, haciendo referencia a los conceptos hidrológicos
fundamentales para el diseño de vasos y al tránsito de avenidas en cauces, los
cuales son de gran importancia en hidrología, pues en gran parte constituyen
la base sobre las que se sustenta el dimensionamiento de la represas ya sea
para el aprovechamiento y protección contra inundaciones.
Debemos tener en conocimiento que la hidrología juega un papel muy
importante en el desarrollo efectivo de estructuras hidráulicas, especialmente
aquellas que se orientan a la transformación de energía y control de avenidas
donde se requiere con frecuencia de pronóstico de avenidas y sequías.
Los detalles resaltantes en este contexto corresponden al almacenamiento y
tránsito de vasos y causes
La transformación que sufre un hidrograma desde una sección transversal
hasta otra ubicada después de un tramo de río o una represa se conoce como
tránsito de la avenida y, en general, este cambio puede ser tanto en forma
como en desplazamiento en el tiempo.
Por su parte, se incluye las nociones de mayor relevancia de los métodos que
se han incrementado para resolver los problemas de tránsito de avenidas en
causes y vasos, incluyendo aplicaciones numéricas para ilustrar los métodos.
Para predecir las variaciones temporal y espacial de una onda de avenida a
través de un tramo de río o en un vaso de almacenamiento, o bien para
determinar el hidrograma de salida de una cuenca sobre las que presentó una
determinada lluvia, se usan los procedimientos de tránsito de avenidas. A lo
largo del tiempo, se han desarrollado varios procedimientos para llevar a cabo
el tránsito de avenidas y comúnmente se distinguen dos categorías:
Tránsito hidrológico. El transito hidrológico utiliza la ecuación de
continuidad y una relación entre el almacenamiento y el gasto de salida.
Asimismo, este método se emplea para calcular la capacidad de la obra
de excedencias (vertedor) de una presa o bien para conocer el cambio
en la forma y avance de la onda de avenida en un tramo de río.
Tránsito hidráulico. En el tránsito hidráulico se utilizan las ecuaciones
diferenciales de continuidad y de conservación de la cantidad de
movimiento para flujo no permanente o transitorio. La solución numérica
de estas ecuaciones permite conocer la variación detallada de las
características hidráulicas (velocidad y tirante) con respecto al tiempo.
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Figura 5. Hidrograma de entrada (I) y salida (O)
V S=∫
t0
t1
( I−0 ) dt (9)
Antes del tiempo to, las condiciones están establecidas y la entrada es igual a
la salida.
En el intervalo to < t < t1, la entrada es mayor que la salida y aumenta el
volumen almacenado en el vaso y, por lo tanto, su nivel. En el tiempo t1 se
alcanza el máximo almacenamiento y consecuentemente el máximo nivel en el
vaso. El área que hay entre los dos hidrogramas entre to y t1, es el volumen
máximo almacenado y es, por lo tanto, el volumen de súper almacenamiento
requerido para la avenida de entrada I (t) considerada, y el nivel que se tiene
en el vaso en el tiempo t1 será el NAME necesario para esa misma avenida,
Cuando t > t1, las salidas son mayores que las entradas y el volumen
almacenado en el vaso disminuye.
Esta ecuación es la que liga los gastos que salen por el vertedor con la
elevación de la superficie libre del agua, que en general tiene la forma:
Ov=CL(E−E0)
3 /2
, E>E0(10)
Dónde:
E = elevación de la superficie libre del vaso, m.
Eo= elevación de la cresta del vertedor, m.
L = longitud de la cresta del vertedor, m.
C = coeficiente de descarga.
Ov=¿ Gasto por el vertedor de excedencias, m3/s
El coeficiente de descarga C es siempre del orden de 2, y éste es un valor
suficientemente aproximado para hacer el tránsito de la avenida. Obviamente,
si E < Eo,
Ov=0 .
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La ecuación (10) es válida cuando la descarga por el vertedor es libre; si tiene
compuertas y se pretende usarIas durante el paso de la avenida, la ecuación
(10) se sustituiría por una regla de operación de compuertas previamente
establecida con la limitante de que el gasto de descarga debe ser menor o
igual que
Ov . Por otra parte, se puede pensar en que la obra de toma esté
funcionando de manera simultánea al paso de la avenida. Si el gasto
descargado por la obra de toma OT es significativo en relación al descargado
por el vertedor
Ov , entonces la salida total de la presa será:
0=Ov+OT (11)
MÉTODO SEMIGRÁFICO
La ecuación de continuidad (8) también se puede escribir en la forma:
Ii+ I i+1+(
2V i
∆t
−0i)=
2V i+1
∆ t
+0i+1 (12 )
Donde los términos desconocidos se han puesto del lado derecho de la
ecuación. Dado que tanto
V i+1 como 0i+1 dependen del nivel en el vaso
(véase la figura 3 y la ecuación (10), antes de realizar el tránsito conviene
trazar una gráfica auxiliar que relaciona
2V
∆t
+0 con 0 para cada elevación
(véase figura 6). Para trazar dicha gráfica los pasos a seguir son:
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CONCLUSIONES
El tránsito de avenidas se utiliza principalmente para predecir los niveles
de máxima crecida, el volumen del agua y el desarrollo temporal del
flujo. Estas predicciones son necesarias para determinar el nivel de
máxima crecida en lugares río abajo; estimar si las alcantarillas y los
aliviaderos o vertederos son adecuados; pronosticar el nivel que pueden
alcanzar las crecidas en las llanuras de inundación; y realizar otros
cálculos que dependen del caudal.
Se logró determinar cada una de los elementos básicos de vasos de
almacenamiento, y se definió cada uno de ellos.
Se pudo conocer el concepto de “tránsito de avenidas en causes” que
viene a ser la simulación de la variación de un hidrograma al recorrer un
cauce se conoce como tránsito de avenidas en cauces.
Se determinó los métodos que permiten conocer la variación de un
hidrograma al recorrer un tramo de cauce, los cuales viene a ser dos; los
métodos hidráulicos e hidrológicos.
Los proyectos de abastecimiento de agua, riego o hidroeléctricos no
pueden ser capaces de satisfacer las necesidades de los usuarios y/o
consumidores durante los periodos de escurrimiento extremadamente
bajos.
Con frecuencia la corriente se convierte en un impetuoso caudal después
de las lluvias fuertes constituyendo un peligro a todas las actividades a
lo largo de sus márgenes.
Un vaso de almacenamiento o de conservación puede retener ese
exceso de agua en los periodos de alto escurrimiento para su utilización
en los periodos de sequía reduciendo a su vez el daño por inundaciones
aguas abajo del vaso de almacenamiento.
En relación a lo anterior podemos decir que la función principal de un
vaso de almacenamiento es estabilizar el escurrimiento del agua.
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
APARICIO, Francisco. Fundamentos de Hidrología de Superficie. 1.a ed.
Limusa: México, 1990. 152 pp. ISBN: 968-18-3014-8
