La estimación de los caudales asociados a distintos periodos de retorno depende del tamaño y naturaleza de la cuenca.
Para cuencas pequeñas (tiempo de concentración inferior a 6 horas) se puede utilizar el Método Hidrometeorológico, correspondiente a esta Instrucción. Se basa en la aplicación de una intensidad media de precipitación a la superficie de la cuenca natural.
Hay que tener en cuenta el tipo de cuenca a estudiar, ya que puede influir sustancialmente. Nos podemos encontrar con plataforma de carreteras, cauces poco definidos, retención por depresiones o deshielos, que laminen, aumenten o desvíen el recorrido de las escorrentías.
Siempre que sea posible se deberá contrastar los resultados con caudales de estaciones de aforo o niveles conocidos de caudales de avenida.
El caudal de referencia Q en el punto en el que desagüe una cuenca o superficie se obtendrá mediante la fórmula:
Cada uno de los parámetros que la componen a su vez, hay que calcularlo según se indica en la Instrucción 5.2 IC sobre Drenaje Superficial.
Ya que su desarrollo íntegro se encuentra en la Instrucción adjunta, podemos resumir el procedimiento en el siguiente esquema:
Realizamos para ello un Ejemplo práctico.
Mediante un análisis topográfico del Modelo Digital del Terreno, determinamos los límites de la cuenca vertiente.
Suponemos que nuestra Área es de 150 Km2.
Para calcular el Tiempo de Concentración de la Cuenca en horas, determinamos primeramente;
- Longitud del cauce principal en kilómetros. Ej. L = 1,2 Km.
- Pendiente Media del cauce en tanto por uno.
Si la Cota superior es la 180 m y la inferior 120 m, tenemos;
El valor del tiempo de Concentración es,
Nota: En el caso que el tiempo de concentración fuese inferior a 30 minutos o el agua circulara por la plataforma de la calzada, consultar el apartado 2.4. y la figura 2.3 de la Instrucción.
Tal y como indica el apartado 2.3 de la Instrucción, Id es la Intensidad Media Diaria para el Periodo de Retorno considerado e igual a Pd/24 en mm/h.
A su vez, Pd, es la Precipitación Total Diaria para el mismo Periodo de Retorno en mm.
Se recomienda tomar los datos de la Agencia Estatal de Meteorología (AEMet).
A falta de esta información, se recomienda utilizar la publicación -Máximas Lluvias Diarias en la España Peninsular-, publicado por el Ministerio de Fomento, en 1999.
En nuestro caso, hemos obtenido una precipitación diaria de 220 mm.
Por tanto, la Intensidad Media Diaria será de:
Esta Intensidad Media corresponde al Periodo de Retorno considerado en el cálculo de las precipitaciones y un tiempo igual al de Concentración, en mm/h.
El único valor que nos falta es la relación entre la Intensidad horaria y diaria, que lo tomaremos de la figura 2.2 de la Instrucción.
En nuestro caso su valor será de 8.
Por tanto, obtenemos una intensidad media,
El Umbral de Escorrentía corresponde con el valor mánimo a partir del cual la precipitación produce escorrentía. Esto es, se debe cumplir que la lluvia caída Pd sea mayor que el valor del umbral de escorrentía (Pd > P0) o la relación Pd/P0 > 1
Para determinarlo, recurriremos a las tablas contenidas en la Tabla 2.1 de la Instrucción.
|
USO DE LA |
PENDIENTE |
CARACT. |
GRUPO DE SUELO |
|||
|
A |
B |
C |
D |
|||
|
Barbecho |
> 3 |
R |
15 |
8 |
6 |
4 |
|
N |
17 |
11 |
8 |
6 |
||
|
< 3 |
R/N |
20 |
14 |
11 |
8 |
|
|
Cultivo en |
> 3 |
R |
23 |
13 |
8 |
6 |
|
N |
25 |
16 |
11 |
8 |
||
|
< 3 |
R/N |
28 |
19 |
14 |
11 |
|
|
Cereales de |
> 3 |
R |
29 |
17 |
10 |
8 |
|
N |
32 |
19 |
12 |
10 |
||
|
< 3 |
R/N |
34 |
21 |
14 |
12 |
|
|
Rotación de |
> 3 |
R |
26 |
15 |
9 |
6 |
|
N |
28 |
17 |
11 |
8 |
||
|
< 3 |
R/N |
30 |
19 |
13 |
10 |
|
|
Rotación de |
> 3 |
R |
37 |
20 |
12 |
9 |
|
N |
42 |
23 |
14 |
11 |
||
|
< 3 |
R/N |
47 |
25 |
16 |
13 |
|
|
Praderas |
> 3 |
Pobre |
24 |
14 |
8 |
6 |
|
Media |
53 |
23 |
14 |
9 |
||
|
Buena |
33 |
18 |
13 |
|||
|
Muy buena |
41 |
22 |
15 |
|||
|
< 3 |
Pobre |
58 |
25 |
12 |
7 |
|
|
Media |
35 |
17 |
10 |
|||
|
Buena |
22 |
14 |
||||
|
Muy buena |
25 |
16 |
||||
|
Plantaciones |
>3 |
Pobre |
62 |
26 |
15 |
10 |
|
Media |
34 |
19 |
14 |
|||
|
Buena |
42 |
22 |
15 |
|||
|
< 3 |
Pobre |
34 |
19 |
14 |
||
|
Media |
42 |
22 |
15 |
|||
|
Buena |
50 |
25 |
16 |
|||
|
Masas forestales |
Muy clara |
40 |
17 |
8 |
5 |
|
|
Clara |
60 |
24 |
14 |
10 |
||
|
Media |
34 |
22 |
16 |
|||
|
Espesa |
47 |
31 |
23 |
|||
|
Muy espesa |
65 |
43 |
33 |
|||
|
Rocas |
>3 |
3 |
||||
|
< 3 |
5 |
|||||
|
Rocas |
>3 |
2 |
||||
|
< 3 |
4 |
|||||
|
Firmes granulares sin pavimento |
2 |
|||||
|
Adoquinados |
1,5 |
|||||
|
Pavimentos bituminosos u hormigón |
1 |
|||||
Usos del Suelo: Se recomienda utilizar Sistemas de Información Geográfica para determinar correctamente los usos.
Pendiente (%): Se puede determinar fácilmente mediante el análisis del Modelo Digital del Terreno y aplicaciones de SIG.
En el caso de bancales, la Instrucción recomienda tomar una pendiente inferior al 3%.
Características Hidrológicas del suelo: "N" corresponde con cultivos según las curvas de nivel, y "R" según las líneas de máxima pendiente.
En caso de desconocimiento, se recomienda tomar "R", ya que corresponde con un valor del umbral de escorrentía menor, lo que nos sitúa del lado de la seguridad.
Grupo de Suelo: Corresponde a una clasificación básica de los tipos de suelo en función del porcentaje de Arena, Arcilla y Limos.
Una vez determinada estas cantidades, mediante ensayos y reconocimiento de campo, podemos determinar el tipo de suelo mediante la siguiente figura 2.6 de la Instrucción.
Para cada cuenca, se determinará un valor medio del Umbral de Escorrentía. Este valor medio se puede calcular realizando una media ponderada entre los valores del umbral con cada parcela o área que componga la cuenca.
Si de los 150 Km2, hemos determinado los Umbrales de Escorrentías en tres subáreas, con los siguientes valores,
|
Subárea |
Área (Km2) |
Po (mm) |
|
I |
50 |
15 |
|
II |
40 |
11 |
|
III |
60 |
17 |
El Umbral de Escorrentía Medio será:
Una vez calculado, debemos corregirlo, con el Mapa del Coeficiente Corrector del Umbral de Escorrentía, según se indica en la Figura 2.5.
En nuestro ejemplo, tomaremos un valor de β=3.
Por tanto, en Umbral de Escorrentía queda;
Según se indica en el apartado 2.5 de la Instrucción, "Si no se requiere gran precisión, podrá tomarse simplificadamente un valor conservador de P0 (sin tener que multiplicarlo luego por el coeficiente de la figura 2.5) igual a 20 mm, salvo en cuencas con rocas o suelos arcillosos muy someros, en las que se podrá tomar igual a 10 mm".
Determinado el Umbral de Escorrentía y la Precipitación Diaria, comprobamos si existe escorrentía, mediante la relación;
En nuestro caso,
Lo que viene a significar, que las precipitaciones caídas Pd es mayor al umbral de escorrentía de la cuenca. (Pd > P'0)
Aplicando el Coeficiente de Escorrentía;
La Instrucción indica que "Las cuencas heterogéneas deberán dividirse en áreas parciales cuyos coeficientes de escorrentía se calcularán por separado, reemplazando el término C*A por Σ(C*A)".
Finalmente, determinamos el coeficiente de conversión en función de las unidades utilizadas en los cálculos, del Caudal y del Área.
Dicho coeficiente incluye un aumento del 20 % en Q para tener en cuenta el efecto de las puntas de precipitación. Su valor está dado por la tabla 2.1.
En nuestro ejemplo, hemos utilizado en área en Km2 y el Caudal lo deseamos en m3/s. Por tanto, el valor de K=3
El Caudal de Referencia lo obtenemos sustituyendo los valores previamente calculados.
