Paso 1: Seleccionar el episodio de precipitación
adecuado
Para derivar un hidrograma unitario, es importante comenzar con un hidrograma
archivado que represente la escorrentía directa correspondiente a
una sola tormenta. Además, esa tormenta debe haber producido el exceso
de precipitación con una cobertura temporal y espacial casi uniforme
sobre la cuenca.
Paso 2: Eliminar la contribución del caudal
base
Recuerde que el hidrograma unitario representa la escorrentía directa.
Para que el hidrograma unitario muestre sólo el efecto de la escorrentía,
es preciso separar la contribución del caudal base.
El hidrograma que se obtiene eliminando la contribución del caudal
base muestra sólo la contribución del exceso de precipitación,
o la escorrentía directa.
Paso 3: Calcular el volumen de escorrentía directa
Ahora necesitamos calcular el volumen total de agua de la escorrentía
directa. Para ello, sumaremos las áreas de escorrentía directa
en el hidrograma correspondientes a cada incremento de tiempo, que en nuestro
ejemplo son horas.
Paso 4: Determinar la altura del exceso de precipitación
de la cuenca
Una vez calculado el volumen estimado de la escorrentía directa para
la cuenca, necesitamos determinar la altura media a lo largo de la cuenca
que produciría ese volumen. Esto se hace distribuyendo el volumen
uniformemente a lo largo de la cuenca.
Esta cantidad se deriva matemáticamente dividiendo el volumen de
la escorrentía directa entre el área de la cuenca para obtener
la altura media del exceso de precipitación.
Por ejemplo, supongamos una cuenca de 125 km2 de superficie,
es decir, 125.000.000 m2 y un volumen calculado de agua de escorrentía
directa de 2,500,000 m3. Dividiendo el volumen entre el área
(2.500.000 m3 / 125.000.000 m2) obtenemos 0,02 m,
es decir 20 mm de altura. Estos 20 mm representan la altura media del
exceso de lluvia sobre la cuenca.
Paso 5: Reajustar el hidrograma de escorrentía
directa para representar una (1) unidad de exceso
Es poco probable que la altura del exceso de precipitación se ajuste
exactamente a la exigencia de una unidad de la teoría del hidrograma
unitario, de modo que es muy probable que tengamos que reajustar el hidrograma
de escorrentía directa para mostrar la respuesta que produciría
una unidad.
Podemos determinar el factor de reajuste de forma sencilla dividiendo la
unidad de hidrograma (que en este caso son 25 mm) entre el exceso de
precipitación. A continuación podremos utilizar este factor
de reajuste para convertir los puntos del hidrograma al hidrograma unitario.
En nuestro ejemplo, la medida de altura de nuestro hidrograma unitario
es 25 mm, y acabamos de calcular el exceso de precipitación en
20 mm. El resultado es un factor de reajuste de 1,25, con el cual podemos
calcular cada punto en el hidrograma.
Si multiplicamos cada punto del hidrograma por el factor de reajuste de
1,25, generaremos un hidrograma unitario que corresponde exactamente a un
exceso de precipitación de 25 mm.
Observe que en los hidrogramas el eje Y corresponde al caudal, por ejemplo,
en metros cúbicos por segundo (m3/s). En los hidrogramas
unitarios, el eje Y muestra el caudal por unidad, por ejemplo, en m3/s
por cm.
Paso 6: Determinar la duración
La duración de un hidrograma unitario se refiere al período
continuo durante el cual se produce una unidad de exceso de precipitación.
Si lleva 6 horas producir una unidad de exceso de precipitación,
estamos trabajando con un hidrograma unitario de 6 horas. Recuerde que
la duración del hidrograma unitario no es la duración de la
respuesta del caudal.
A la hora de determinar la duración de un hidrograma unitario, el
aspecto más difícil consiste en calcular la parte del episodio
de precipitación total que realmente contribuye al exceso de precipitación.
Recuerde que ni el agua que se infiltra y percola hasta el almacenamiento
profundo ni el caudal base forman parte del exceso de precipitación.
Podemos obtener un cálculo aproximado de esta parte de la precipitación
aplicando una función de pérdida constante a la lluvia.
Recuerde además que ya calculamos qie la altura del exceso de precipitación
es 20 mm. Ahora necesitamos saber cuánto tiempo llevó producir
ese exceso.
Para hacerlo, desplazaremos la línea de la función de pérdida
de modo que la cantidad de precipitación arriba de la línea
equivalga a la altura del exceso de precipitación que ya hemos calculado
para la cuenca.
La precipitación por debajo de esa línea pasa al almacenamiento
a largo plazo. La precipitación por encima de ella es el exceso de
precipitación.
Ahora contamos con un gráfico de barras del exceso de precipitación.
Observe que sólo están representadas las 6 horas, en comparación
con las 9 horas del gráfico original de lluvia total. Eso significa
que la duración del exceso de lluvia es de 6 horas, es decir,
hemos generado un hidrograma unitario de 6 horas.
Observe que las cantidades de agua no son realmente uniformes de una hora
a otra. Esto es normal.
Sin embargo, a los fines de calcular la duración de un hidrograma
unitario suponemos que todo el exceso de precipitación se produjo
de manera uniforme en el tiempo.
Hidrograma unitario final
Una vez realizados estos pasos, tendremos un hidrograma unitario de 6 horas
que muestra la respuesta del caudal después de las 6 horas de
exceso de precipitación que produjo una unidad de altura.
Un modelo de escorrentía de lluvia para un evento real incorporaría
la información de este hidrograma unitario a la hora de predecir el
caudal.
Elección de un hidrograma unitario sintético
Aunque los hidrogramas unitarios derivados de los datos de lluvia y de aforo
de caudales constituyen el método preferido, para muchas cuencas no
se cuenta con una cantidad suficiente de datos para derivarlos.
En estas zonas se suelen utilizar hidrogramas unitarios sintéticos.
Los hidrogramas unitarios sintéticos suelen representar una cuenca
hidrográfica sin la información de aforo de caudales adecuada
y se generan a partir de la información disponible de numerosas cuencas
dotadas de instrumentos de medición.
Preguntas de repaso:
1. El volumen total de la escorrentía directa y el área
de la cuenca hidrográfica se utilizan para calcular _____. (Elija
la mejor opción.)
a) la contribución del caudal base
b) la función de pérdida constante
c) el exceso de precipitación promedio de la cuenca
2. A la hora de elegir la tormenta adecuada para derivar un hidrograma
unitario, no importa si el verdadero exceso de precipitación promedio
de la cuenca no corresponde exactamente a una (1) unidad de altura. (¿Verdadero
o falso?)
3. Para derivar un hidrograma unitario a partir de los datos de lluvia
y de aforo de caudales es preciso contar con: (Escoja todas las opciones
pertinentes.)
a) el tamaño de la cuenca hidrográfica
b) la estimación de la contribución del caudal base
c) la duración del exceso de precipitación
d) el caudal máximo de la última crecida importante
e) la estimación de la parte de la precipitación que se transforma
en escorrentía directa o exceso de precipitación
Respuestas correctas y explicación
1. El volumen total de la escorrentía directa y el área de
la cuenca hidrográfica se utilizan para calcular: (Elija la mejor
opción.)
La respuesta correcta es la opción c), el exceso de precipitación
promedoo de la cuenca.
2. A la hora de elegir la tormenta adecuada para derivar un hidrograma
unitario, no importa si el verdadero exceso de precipitación promedio
de la cuenca no corresponde exactamente a una (1) unidad de altura. (¿Verdadero
o falso?)
La respuesta correcta es Verdadero. No importa si el exceso de precipitación
del episodio de tormenta no corresponde exactamente a una (1) unidad de altura.
Los pasos que se siguen para derivar el hidrograma incorporan reajustes para
compensar la diferencia entre una (1) unidad de altura de exceso de precipitación.
De hecho, es más importante escoger una tormenta con una cobertura
de precipitación uniforme que obtener exactamente una unidad de altura
de exceso de precipitación.
3. Para derivar un hidrograma unitario a partir de los datos de lluvia
y de aforo de caudales es preciso contar con: (Escoja todas las opciones
pertinentes.)
Las respuestas correctas son:
a) el tamaño de la cuenca hidrográfica
b) la estimación de la contribución del caudal base
c) la duración del exceso de precipitación
e) la estimación de la parte de la precipitación que se transforma
en escorrentía directa o exceso de precipitación
Además de los datos de lluvia y de aforo de caudales, para derivar
un hidrograma unitario es necesario saber el tamaño de la cuenca hidrográfica,
la contribución del caudal que corresponde al caudal base, el período
a lo largo del cual se produjo el exceso de precipitación y la parte
de la lluvia que se transforma en escorrentía directa o exceso de
precipitación.
Fin de la sección tres: Creación de un hidrograma unitario
