Guía Docente

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1 Guía Docente HIDROLOGIA APLICADA AL DIMENSIONAMIENTO DE INFRAESTRUCTURAS APPLIED HYDROLOGY Grado en Ingeniería Civil Modalidad de Presencial Universidad Católica San Antonio de Murcia Tlf: (+34)

2 Índice 30/10/ :27 HIDROLOGIA APLICADA...3 Breve descripción de la asignatura...3 Requisitos Previos...4 Objetivos de la Asignatura....4 Competencias...5 Competencias transversales... 5 Competencias específicas... 5 Competencias generales del titulo... 5 Metodología...7 Temario...7 Programa de la enseñanza teórica... 8 Programa de la enseñanza práctica Relación con otras asignaturas Sistema de evaluación Bibliografía Bibliografía básica Bibliografía complementaria Web relacionadas Recomendaciones para el estudio Material necesario Tutorías HIDROLOGIA APLICADA AL DIMENSIONAMIENTO - Tlf: (+34)

3 HIDROLOGIA APLICADA Módulo: TECNOLOGÍA ESPECÍFICA DE CONSTRUCCIONES CIVILES Materia: HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA II Carácter: OBLIGATORIO. Nº de créditos: 4,5 ECTS Unidad Temporal: TERCER CURSO SEGUNDO CUATRIMESTRE. Breve descripción de la asignatura La hidrología es la ciencia que estudia la circulación del agua en la naturaleza (ciclo hidrológico) cualitativa y cuantitativamente. Específicamente, estudia el agua sobre la superficie de la tierra, en el suelo, en las rocas subyacentes y en la atmósfera, con referencia a la evaporación y a la precipitación. Por ello, es esencial reconocer las aportaciones de agua sobre la superficie donde se encuentra ubicada nuestra obra, y estudiar las salidas o pérdidas del agua dentro de nuestro ámbito de actuación. Siguiendo este criterio, de alguna manera cronológica, se comienza repasando los conceptos básicos de la meteorología y climatología, precipitación, evaporación, evapotranspiración, así como las principales teorías que han servido de base para la determinación de las infiltraciones y escorrentía o precipitación en exceso. Posteriormente, se hace énfasis en las características físicas de una cuenca que forman un conjunto que influye profundamente en el comportamiento hidrológico de dicha zona tanto a nivel de las excitaciones como de las respuestas de la cuenca tomada como un sistema. Finalmente, se procede a analizar el procedimiento a través del cual se puede determinar el hidrograma de caudal en un punto de un curso de agua utilizando hidrogramas conocidos en uno o más puntos aguas arriba. El flujo se calcula como una función del tiempo en un lugar en particular, lo que también se conoce como propagación hidrológica. HIDROLOGIA APLICADA AL DIMENSIONAMIENTO - Tlf: (+34)

4 Brief Description Hydrology is the science that studies the flow of water in nature (water cycle) qualitatively and quantitatively. Specifically, studies water on the surface of the earth in the ground, in the underlying rocks and the atmosphere, with reference to evaporation and precipitation. It is therefore essential to recognize the contributions of water on the surface where you'll find our work, and study the output or loss of water within our scope. Following this criterion, in a chronological order, begin by reviewing the basic concepts of meteorology and climatology, precipitation, evaporation, evapotranspiration, and the main theories that have provided the basis for the determination of infiltration and runoff or excess precipitation. Subsequently, the emphasis is on the physical characteristics of a basin form a profound influences on the hydrological behavior of the area both in terms of the excitations and the responses of the basin taken as a system. Finally, the procedure proceeds to analyze through which one can determine the flow hydrograph at a point of a watercourse known hydrographs using one or more points upstream. The flow is calculated as a function of time in a particular place, which is also known as hydrological spread. Requisitos Previos Hidráulica e Hidrología Objetivos de la Asignatura. Los objetivos de la asignatura comprenden el conocimiento del ciclo hidrológico del agua en la superficie terrestre. Durante el desarrollo de la asignatura el alumno se familiarizara con conceptos nuevos, como intercepción, infiltración, evaporación y evapotranspiración. Aprenderá a calcular cualitativamente y cuantitativamente dichos procesos. El siguiente objetivo será capacitar al alumno para la evaluación y calculo del caudal de escorrentía producido por diferentes eventos tormentosos, así como determinar los HIDROLOGIA APLICADA AL DIMENSIONAMIENTO - Tlf: (+34)

5 procesos de flujos dentro de los cauces y sus mediciones tanto en caudal, calado y velocidad. Los flujos de agua serán convertidos en hidrogramas de entrada y salida de nuestro sistema, de tal modo que el siguiente paso, será enfrentarse a los modelos de transmisión del flujo en canales abiertos. Los efectos de traslación y atenuación del hidrograma de entrada serán determinantes para conocer los efectos de una eventual inundación producida por caudales máximos calculados durante una tormenta. Competencias Competencias transversales Instrumentales Capacidad de análisis y síntesis. Capacidad de organización y planificación. Conocimiento y compresión de la legislación y/o normativa relativas a esta área de estudio. Conocimiento de informática relativo al ámbito de estudio. Resolución de problemas. Toma de decisiones. Aprendizaje y aplicación de los programas informáticos específicos de las materias de estudio. Personales Trabajo en equipo de carácter interdisciplinar. Sistémicas Sensibilidad hacia temas medioambientales. Competencias específicas Conocimiento, comprensión y aplicación de los conceptos de hidrología superficial y subterránea. Competencias generales del titulo Capacitación científico-técnica para el ejercicio de la profesión de Graduado en Ingeniería Civil y conocimiento y ejercicio de las funciones de asesoría, análisis, diseño, cálculo, HIDROLOGIA APLICADA AL DIMENSIONAMIENTO - Tlf: (+34)

6 proyecto, dirección, construcción, gestión, mantenimiento, conservación y explotación en su ámbito. Comprensión de los múltiples condicionamientos de carácter técnico y legal que se plantean en la construcción de una obra pública, y capacidad para emplear métodos contrastados y tecnologías acreditadas, con la finalidad de conseguir la mayor eficacia en la construcción dentro del respeto por el medio ambiente y la protección de la seguridad y salud de los trabajadores y usuario de la obra pública. Conocimiento, comprensión y capacidad para aplicar la legislación necesaria durante el ejercicio de la profesión de Graduado en Ingeniería Civil. Capacidad para planificar, proyectar, inspeccionar, gestionar, explotar y dirigir obras y servicios, en su ámbito. Capacidad para la realización de estudios de planificación territorial y de los aspectos medioambientales relacionados con las infraestructuras, en su ámbito. Capacidad para la gestión, el mantenimiento, conservación y explotación de infraestructuras en el ámbito de la Ingeniería Civil. HIDROLOGIA APLICADA AL DIMENSIONAMIENTO - Tlf: (+34)

7 Metodología Metodología Clases Teórico-Prácticas Horas 27,0 Horas de trabajo presencial Horas de trabajo no presencial Seminarios Teórico Prácticos 3,0 Trabajo en equipo 3,0 45 horas (40 %) Tutorías 6,0 Evaluación 6,0 Estudio personal Preparación de seminarios Búsquedas bibliográficas 67,5 67,5 horas (60 %) Realización de Trabajos TOTAL 112,5 45,0 67,5 Temario 1. Ciclo hidrológico. 2. El tiempo y la hidrología. 3. Intercepción, infiltración y humedad del suelo. 4. Procesos de flujo y su medición. 5. Hidrogramas. Análisis y síntesis. 6. Predicción de inundaciones. 7. Impacto de los usos del terreno en recursos hídricos. HIDROLOGIA APLICADA AL DIMENSIONAMIENTO - Tlf: (+34)

8 Programa de la enseñanza teórica TEMA 1.- EL SISTEMA HIDROLÓGICO Introducción: El ciclo hidrológico. Volúmenes hídricos en el mundo. El ciclo hidrológico global. El ciclo hidrológico a escala de cuenca. Conceptos de sistema. Sistema. Análisis de sistema. Sistemas estacionarios. Balance hídrico. Modelización de los sistemas hidrológicos. Clasificación de los modelos. Algunos conceptos. TEMA 2.- CLIMATOLOGÍA El sistema climático global: conceptos Circulación atmosférica y oceánica. Vapor de agua atmosférico Estaciones climatológicas e instrumentos de medida TEMA 3.- PRECIPITACIÓN Precipitación. Factores para generar precipitación medible. Mecanismos de ascenso. Régimen pluviométrico en España Medida de la precipitación puntual Redes meteorológicas Tipos de pluviómetros. Criterios para el establecimiento de un pluviómetro. Hietograma. HIDROLOGIA APLICADA AL DIMENSIONAMIENTO - Tlf: (+34)

9 Medida de la variabilidad espacial de la lluvia Verificación de la consistencia temporal Completado de datos de precipitación Estimación de la precipitación media sobre un área Medida de la nieve TEMA 4.- EVAPORACIÓN Concepto. Relación con los distintos niveles de almacenamiento. Los procesos de la evaporación. Métodos de estimación de la evaporación. Tanques de evaporación. Ecuaciones de Continuidad. Balance hídrico. Balance de energía. Ecuaciones de evaporación. Método aerodinámico/transferencia de masa. Método de combinación: Penman. Ejemplos numéricos de aplicación. TEMA 5.- EVAPOTRANSPIRACIÓN Concepto. Factores de control. Procesos de evapotranspiración. Factores del suelo. Humedad del suelo. Textura. Factores de la vegetación. HIDROLOGIA APLICADA AL DIMENSIONAMIENTO - Tlf: (+34)

10 Métodos para estimar evapotranspiración. Medidas directas. Medidas basadas en una ecuación de balance hídrico. Lisímetro. Tipos. Ecuaciones basadas meteorológicamente: Thornthwaite. Blaney-Criddle. Jensen-Haise Modificado. Penman, Penman-Monteith. Ejemplo numérico de aplicación. Nuevas metodologías de estimación de evapotranspiración real. TEMA 6.- INFILTRACIÓN Y MOVIMIENTO DEL AGUA EN EL SUELO Conceptos. Factores que controlan la infiltración Intensidad de infiltración versus infiltración acumulada Medida y estimación de la infiltración. Infiltrómetro. Simuladores de precipitación. Análisis de Hidrogramas. Ejemplo numérico de aplicación. Modelos de infiltración operacionales. Modelos empíricos de infiltración: Horton, Kostiakov. Holtan. Ejemplo numérico de aplicación. Modelos basados en la teoría aproximada: Philip. Modelos de estimación de precipitación en exceso. Modelos de Indice. Método del Número de Curva (CN) del Soil Conservation Service. HIDROLOGIA APLICADA AL DIMENSIONAMIENTO - Tlf: (+34)

11 Ejemplo numérico de aplicación: estimación agregada de CN. Ejemplo de aplicación estimación de CN distribuido espacialmente. Tiempo de encharcamiento Humedad del suelo y flujo no saturado. Porosidad. Contenido de humedad del suelo. Potencial de agua del suelo. Curva característica del agua del suelo. Movimiento de agua en el suelo. Perfil de humedad. Medida de la humedad del suelo TEMA 7.- HIDROMORFOMETRÍA Introducción Ordenación de cauces Relaciones Geomorfológicas de Horton. Leyes. Obtención. Curva hipsométrica. Generación de índices morfométricos. Ley de Melton y Ley de Hack. Tiempo de viaje del flujo: estimación. Ejemplos de aplicación: Estimación de velocidades distribuidas del flujo. TEMA 8.- ESTADÍSTICA APLICADA A LA HIDROLOGÍA Introducción. Descripción de datos. Medidas de la tendencia central. HIDROLOGIA APLICADA AL DIMENSIONAMIENTO - Tlf: (+34)

12 Medidas de dispersión. Funciones de frecuencia. Funciones de probabilidad. Probabilidad y la curva normal. Distribuciones de probabilidad. Ajuste de distribuciones de probabilidad. Prueba de la bondad del ajuste. Análisis de frecuencia. Curvas intensidad-duración-frecuencia. Riesgo TEMA 9.- ANÁLISIS DE HIDROGRAMAS Concepto de escorrentía. Análisis del hidrograma. Definición de la constante de recesión (Kr). Evaluación. Metodologías de separación de flujos. Mecanismos de generación de escorrentía TEMA 10.- HIDROMETRÍA Medida de la escorrentía superficial Estaciones de aforo. Criterios de ubicación. Redes foronómicas Curva de gasto. Criterios y contraste. Análisis de series temporales. Medidas aisladas. Método área-velocidad: Aforo con molinete hidráulico. Método de las fajas verticales. Ejemplo numérico de estimación. Aforos con flotadores. HIDROLOGIA APLICADA AL DIMENSIONAMIENTO - Tlf: (+34)

13 Método área-pendiente. Métodos de dilución Medidas continuas. Método h-q. Método acústico. Método electromagnético. Estructuras de medida del flujo TEMA 11.- ANÁLISIS PRECIPITACIÓN-APORTACIÓN Conceptos generales. Descripción de metodologías. Estimación del caudal pico: Método Racional. Instrucción 5.2-IC. Modificación. Concepto de HU. Hipótesis simplificativas. Derivación del Hidrograma Unitario (HU). Métodos directos. Métodos indirectos. Estimación de la escorrentía directa: ecuación de convolución. Método del hidrograma en S. Obtención del Hidrograma en S. Obtención de un nuevo HU de duración D. Hidrogramas Unitarios sintéticos. Hidrograma Unitario Instantáneo (HUI) Aplicaciones del hidrograma unitario TEMA 12.- PROPAGACIÓN DEL FLUJO Propagación hidrológica e hidráulica. HIDROLOGIA APLICADA AL DIMENSIONAMIENTO - Tlf: (+34)

14 Propagación hidrológica en cauces. Modelo de Muskingum. Ejemplo numérico de aplicación. Propagación hidrológica en embalses. Modelo de Puls. Ejemplo numérico de aplicación. Propagación hidráulica. Ecuaciones de Saint Venant. Clasificación de los modelos distribuidos Programa de la enseñanza práctica Práctica 1. Análisis de consistencia de datos de precipitación. (Tema III) Práctica 2. Cálculo del hietograma de diseño (Tema III) Práctica 3. Estimación de evaporación. (Tema IV) Práctica 4. Estimación de evapotranspiración. (Tema V) Práctica 5. Estimación de la infiltración aplicando distintas formulaciones. (Tema VI) Práctica 6. Estimación de la infiltración aplicando el Método de CN del SCS. (Tema VI) Práctica 7. Estimación de balance hídrico simplificado. (Tema VI) Práctica 8. Aplicación del esquema de ordenación de Strahler. (Tema VII) Práctica 9. Estimación de las Relaciones Geomorfológicas de Horton. (Tema VII) Práctica 10. Estimación de probabilidades, períodos de retorno y riesgo. (Tema (VIII) Práctica 11. Aplicación del Método Racional. Instrucción 5.2-IC. (Tema IX) Práctica 12. Análisis de hidrogramas. Estimación de la constante de recesión del hidrograma. Práctica 13. Hidrometría. Realización de aforos directos con molinete hidráulico Práctica 14. Aplicación de la teoría del Hidrograma Unitario (Tema XI) Práctica 15. Aplicación de la teoría del HU. Estimación de HU sintéticos. (Tema XI) Práctica 16. Aplicación de la teoría del HU. Estimación de la curva en S. Cambio de duración del HU. Práctica 17. Metodología de propagación hidrológica en cauces. Método de Muskingum. (Tema XII) Práctica 18. Metodología de propagación hidrológica en embalses. Método de Puls. (Tema XII) Relación con otras asignaturas Los nexos entre la Hidrología y otras asignaturas, como la Meteorología, la Ecología, la Geología y la Oceanografía, surgen de la natural complejidad del ciclo hidrológico y su relación con los fenómenos meteorológicos, tipos de suelo, topografía y otros factores geológicos. Esta complejidad hace que los límites entre las asignaturas mencionadas sean difíciles de definir, ya que dificulta el establecimiento de claras condiciones de borde entre los conocimientos. HIDROLOGIA APLICADA AL DIMENSIONAMIENTO - Tlf: (+34)

15 Dentro del plan de estudios, esta asignatura se encuentra relacionado con la Ingeneria Hidraulica I e Ingenieria Hidraulica II. Sistema de evaluación El Sistema de Evaluación se concreta en tres ítems: dos pruebas parciales (ponderando su calificación 70-90%), y un tercer ítem de trabajos individuales o en grupo (ponderando su calificación 30-10%). Los tres ítem serán eliminatorios durante el curso académico y la nota final será la ponderada de los tres, concretándose el porcentaje de cada parcial y trabajos en función de los criterios propios de cada asignatura, siempre dentro de las horquillas reseñadas. Bibliografía Bibliografía básica Hidrología Aplicada. Chow, V. T., Maidment, D. R., Mays, L. W. Editorial Mc Graw- Hill Interamericana, S.A. Santa Fé de Bogotá, Colombia, Hidrología Subterránea. Tomo I. Custodio, E. y Llamas, M. R. Ediciones Omega, S.A., Barcelona, España Guide to Hydrological Practices. Data acquisition and processing, analysis, forecasting and other Applications. World Meteorological Organization- No. 168, Hydrology for Engineers. Linsley, R. K.; Kohler, M. A. y Paulhus, J. L., McGraw-Hill. (Trad. Cast. Hidrología para ingenieros. McGraw-Hill.. Bogota 1967), Bibliografía complementaria Hydrology for Water Management. Thompson, S.A., A.A. Balkema. Rotterdam, Netherlands, Hydrology: Water quantity and quality control. Wanielista, M., Kersten, R. and Eaglin, R., John Wiley & Sons, Hydrology and floodplain analysis. Philip B. Bedient, Wayne C. Huber. - 2nd ed. Addison- Wesley, Handbook of Hydrology. Maidment, D.R., McGraw-Hill, New York, Web relacionadas HIDROLOGIA APLICADA AL DIMENSIONAMIENTO - Tlf: (+34)

16 Recomendaciones para el estudio La asignatura requiere un seguimiento continuo por parte del alumno. Se recomienda estudiar conforme se desarrollen los contenidos en clase y realizar los ejercicios propuestos, preferentemente antes de su resolución por parte del profesor. Al comienzo de la asignatura es conveniente repasar los conceptos básicos de la asignatura Hidráulica I y II. El curso cuenta con un Aula Virtual desde el que poder realizar su seguimiento a través de Internet y una metodología de trabajo basada en la aplicación práctica de conocimientos mediante la formulación de supuestos reales y el desarrollo de un trabajo final. Material necesario El seguimiento de las clases a través del Centro Virtual, requiere un PC con los siguientes requisitos mínimos: Windows 95, 98, Me, NT 4.0, 2000, XP, Vista o superior Material didáctico: Manual académico del curso. Acceso a software técnico complementario Modelos de simulación utilizados en el curso con los ejemplos propuestos comentados. Software técnico: El curso incorpora la aplicación informática de modelización HEC-HMS Este programa estará disponible en el Centro Virtual con documentación complementaria para una mejor comprensión y utilización. Tutorías Durante las tutorías se procederá a resolver personalmente las dudas que puedan tener, respecto a la materia, los alumnos que acudan a aquellas. La tutoría como una como una asesoría respecto al contenido del programa, orientación sobre trabajos, facilitación de fuentes bibliográficas y documentales, podrán ser realizadas durante el horario de tutoría establecido por el tutor. Se realizarán en un aula dispuesta a tal efecto con todo el material didáctico necesario para la completa exposición de las resoluciones a las dudas planteadas. HIDROLOGIA APLICADA AL DIMENSIONAMIENTO - Tlf: (+34)