Perdidas de lluvia

Las cuencas urbanas, son aquellas cuyas condiciones se modifican con el tiempo, de manera que las características estadísticas de los escurrimientos no pueden ser determinadas directamente a partir de los registros de éstos y se tiene que recurrir a estimar; primero, las características estadísticas de las tormentas y segundo, mediante un modelo de lluvia-escurrimiento, determinar las avenidas, suponiendo que su probabilidad de ocurrencia es idéntica a la de la tormenta utilizada para generarla.

Es común que no se cuente con registros adecuados de escurrimientos en el sitio de interés para determinar los parámetros necesarios para diseño y operación de obras hidráulicas. Normalmente, los registros de precipitación son más abundantes que los de escurrimiento y, además, no se afectan por cambios en la cuenca, como construcción de obras de almacenamiento y derivación, talas, urbanización, etc. Por ello, es conveniente contar con métodos que permitan determinar el escurrimiento en una cuenca mediante las características de la misma y la precipitación. Las características de la cuenca se conocen por medio de planos topográficos y de uso de suelo; la precipitación se conoce a través de mediciones directas, en el caso de la precipitación que provoca avenidas frecuentes. Los parámetros principales que intervienen en el proceso de conversión de lluvia a escurrimiento son los siguientes:

 Área de la cuenca.

 Altura total de precipitación.

 Características generales de la cuenca, como son la forma, pendiente, vegetación, etc.

 Distribución de la lluvia en el tiempo.

 Distribución en el espacio de la lluvia y de las características de la cuenca.

Debido a que la cantidad y calidad de la información disponible varía grandemente de un problema a otro y por otro lado, no siempre se requiere la misma precisión en los resultados, se han desarrollado una gran cantidad de métodos para analizar la relación lluvia-escurrimiento. La complejidad de los métodos aumenta a medida que se toman en cuenta más de los parámetros citados anteriormente. En este sentido también aumenta su precisión, pero los datos que se requieren son más y de mejor calidad.

Para estimar el gasto producido por lluvia sobre una cuenca, existen diferentes métodos, los cuales se clasifican en:

a) Métodos directos o empíricos: Consideran que el escurrimiento provocado por una tormenta es función, principalmente, de las características físicas de la cuenca; ejemplo de estos métodos son el de Burkli-Ziegler, racional y gráfico alemán.

b) Métodos hidrológicos.- Consideran que existe una relación funcional, generalmente lineal, entre la distribución de la lluvia en el tiempo y el hidrograma a la salida de la cuenca. Dicha relación funcional se basa en principios hidrológicos y puede calibrarse con registros simultáneos de lluvias escurrimientos en la cuenca que se estudia, sin

considerar explícitamente sus características físicas. Ejemplo de estos métodos es el Roa Research Laboratory y el del Hidrograma Unitario.

Muchos de los métodos empíricos y prácticamente todos los hidrológicos, relacionan la lluvia efectiva con el escurrimiento directo, por lo que para su aplicación se requiere primero de la estimación de las pérdidas. Por esta razón, antes de describir los métodos para estimar la relación entre lluvia y escurrimiento, se mencionan algunas formas de calcular las pérdidas.

8.4.1. Determinación de la pérdida

De la lluvia que cae en una cuenca al producirse una tormenta, una parte escurre superficialmente para alimentar a la corriente natural o al sistema de drenaje y la otra es interceptada por la vegetación, retenida en depresiones de terreno o se infiltra; a estas últimas se le denomina pérdida. En esto se toma en cuenta la evaporación, ya que el agua no permanece indefinidamente sobre la superficie. En la práctica los componentes de la pérdida son difíciles de separar; por lo que, para efectos de cálculo del escurrimiento en proyectos de diseño de alcantarillado pluvial, se acostumbra calcularla conjuntamente y llamar infiltración a la pérdida total.

El cálculo de ella se hacen de la manera siguiente:

Si durante una tormenta, se miden simultáneamente la lluvia y el escurrimiento, la pérdida se calcula como la diferencia entre el volumen que llovió y el que se convirtió en escurrimiento directo; el primer volumen se obtiene al multiplicar el área de la cuenca por la lámina de lluvia total de la tormenta y el segundo consiste en separar el escurrimiento base del hidrograma provocado por la tormenta y posteriormente calcular el volumen del escurrimiento directo. De la definición de pérdida se puede escribir que:

– (8.1)

donde:

Vp volumen de pérdidas

VLL volumen llovido

VED volumen de escurrimiento directo

Para estimar la forma en que se distribuyen las pérdidas en el tiempo, existen básicamente dos criterios que se describen a continuación:

Criterio del coeficiente de escurrimiento

Este criterio supone que las pérdidas en cada momento son proporcionales a la intensidad de la lluvia en el mismo momento. A la constante de proporcionalidad se le considera característica de cada cuenca y se le denomina coeficiente de escurrimiento. Se calcula mediante la siguiente expresión:

(8.2) donde:

CE coeficiente de escurrimiento

VED volumen de escurrimiento directo

VLL volumen llovido

El coeficiente de escurrimiento se puede conocer haciendo mediciones en la cuenca o relacionando los valores que aparecen en las tablas 7.1, 7.2 y 7.3, de acuerdo a las características de la cuenca. Los valores de esta Tabla se obtuvieron para tormentas con

En este criterio se supone que la cuenca tiene una capacidad de infiltración promedio constante durante toda la tormenta, de manera que, siempre que llueve con una intensidad menor que dicha capacidad, se infiltra todo lo que llueve y cuando llueve con una intensidad mayor que la capacidad de infiltración, la diferencia escurre.

Para determinar la capacidad de infiltración media, se resta a la altura de precipitación total una lámina constante de agua por unidad de tiempo, a la cual se le llama índice de infiltración. Según este criterio, el índice de infiltración es característico de cada cuenca e independiente de la intensidad de la lluvia y se mide en mm/h.

Aún cuando el criterio adolece de los mismos inconvenientes que el anterior, se han desarrollado metodologías más elaboradas para estimar con más precisión el índice de infiltración.