Curso de Caudales Máximos Parte 5
Se tiene una cuenca de 1000 ha ubicada en una región con suelos de textura media y con una cobertura vegetal del 60%. Se sabe que ha llovido durante 24 horas de forma constante y se desea calcular el caudal máximo generado por la cuenca.
Paso 1: Cálculo del factor de escorrentía (CN)
El método SCS-CN utiliza una fórmula para calcular el factor de escorrentía (CN) en función de la cobertura vegetal, la textura del suelo y el tipo de uso del suelo. En este caso, se tiene una cobertura vegetal del 60% y suelos de textura media. Según la tabla de valores del método SCS-CN, para este tipo de suelo y cobertura vegetal se tiene un valor de CN de 70.
Paso 2: Cálculo de la escorrentía
Una vez calculado el valor de CN, se procede a calcular la escorrentía directa generada por la cuenca durante el evento de lluvia. El método SCS-CN utiliza la siguiente fórmula para calcular la escorrentía:
Q = [(P - 0.2S)^2] / (P + 0.8S)
Donde:
- Q: caudal de escorrentía directa generado por la cuenca (mm)
- P: precipitación efectiva (mm)
- S: capacidad de retención del suelo (mm)
Para calcular la capacidad de retención del suelo (S), se utiliza la siguiente fórmula:
S = [(1000/CN) - 10] x 25,4
Donde:
- S: capacidad de retención del suelo (mm)
- CN: factor de escorrentía
- 25,4: factor de conversión de pulgadas a milímetros
Para este ejemplo, se tiene un valor de CN de 70, por lo que:
S = [(1000/70) - 10] x 25,4 = 44,9 mm
Ahora se procede a calcular la precipitación efectiva (P), que se define como la cantidad de lluvia que efectivamente contribuye a la escorrentía directa. En este caso, se sabe que ha llovido durante 24 horas de forma constante, por lo que la precipitación total es de 100 mm. Sin embargo, una parte de esta precipitación se infiltra en el suelo y no contribuye a la escorrentía directa. Para estimar la precipitación efectiva, se utiliza la siguiente fórmula empírica:
Peff = 0.2P + 0.1P^2/10 + 0.02S^0.5(P - 0.2S)^0.6
Donde:
- Peff: precipitación efectiva (mm)
- P: precipitación total (mm)
- S: capacidad de retención del suelo (mm)
Sustituyendo los valores para este ejemplo, se tiene:
Peff = 0.2(100) + 0.1(100)^2/10 + 0.02(44.9)^0.5(100 - 0.2(44.9))^0.6 = 40,7 mm
Finalmente, se calcula la escorrentía directa.
Una vez que se han calculado la infiltración y la escorrentía superficial, se procede a calcular la escorrentía directa, que es la suma de ambas. La escorrentía directa se expresa en mm y se calcula con la siguiente fórmula:
Qd = Ia + S
Donde:
- Qd: escorrentía directa (mm)
- Ia: infiltración acumulada (mm)
- S: escorrentía superficial (mm)
Por ejemplo, si en una zona determinada se ha calculado una infiltración acumulada de 60 mm y una escorrentía superficial de 40 mm, la escorrentía directa sería de:
Qd = 60 + 40 = 100 mm
Es importante destacar que el cálculo de la escorrentía directa es fundamental para el diseño de sistemas de drenaje y para el manejo adecuado de las aguas pluviales. Además, es un factor clave en la prevención de inundaciones y la protección de la calidad del agua en ríos y cuerpos de agua receptores.
