Teoría del hidrograma unitario: definición, limitaciones y ventajas

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Definición del hidrograma unitario:

Es un hidrograma típico de escorrentía directa que se genera a partir de un centímetro de lluvia efectiva que cae a una velocidad uniforme en toda la cuenca de drenaje de manera uniforme durante una duración específica. La lluvia efectiva es la porción de lluvia que contribuye completamente a la escorrentía directa. Por lo tanto, el hidrograma unitario también se puede definir como el hidrograma de una cuenca de drenaje que proporciona un centímetro de escorrentía directa de una tormenta de lluvia de duración específica.

Suposiciones en la teoría del hidrograma unitario:

La teoría del hidrograma unitario se basa en ciertos supuestos.

Los principales supuestos son los siguientes:

(i) La lluvia efectiva se distribuye uniformemente en toda la cuenca de drenaje.

(ii) La lluvia efectiva ocurre uniformemente dentro de la duración de su especificador.

Este requisito exige la selección de tormentas de tan corta duración que generalmente producirían una lluvia efectiva intensa y casi uniforme y producirían un pico único de hidrograma bien definido de corta base de tiempo. Dicha tormenta puede denominarse "tormenta de unidad".

(iii) Las precipitaciones efectivas de igual duración (unidad) producirán hidrogramas de escorrentía directa que tengan la misma base de tiempo o constante.

(iv) Las ordenadas de los hidrogramas de escorrentía directa que tienen la misma base de tiempo (es decir, los hidrogramas debidos a lluvias efectivas de diferente intensidad pero de igual duración) son directamente proporcionales a la cantidad total de escorrentía directa dada por cada hidrograma. Este supuesto importante se llama principio de linealidad o proporcionalidad o superposición.

(v) El hidrograma de escorrentía de una cuenca de drenaje dada que resulta de un patrón dado de lluvia refleja todas las características físicas combinadas de la cuenca. En otras palabras, el hidrograma de la escorrentía directa resultante de un patrón dado de lluvia efectiva permanecerá invariable independientemente de su momento de ocurrencia. Este supuesto se llama principio de invariancia del tiempo.

Limitaciones de la teoría del hidrograma unitario:

(i) En teoría, el principio de hidrograma unitario es aplicable a una cuenca de drenaje de cualquier tamaño. En la práctica, sin embargo, la lluvia efectiva distribuida uniformemente rara vez ocurre en grandes áreas. También en áreas extensas, la lluvia efectiva es muy rara vez uniforme en todos los lugares, dentro de su duración especificada. Obviamente, cuanto mayor sea el área de la cuenca de drenaje, menor será la posibilidad de cumplir con los supuestos enunciados anteriormente. El tamaño límite de la cuenca de drenaje se considera que es de 5000 km ² . Más allá de esto, la confiabilidad del método de hidrograma unitario disminuye.

Cuando el área de la cuenca de drenaje supera unos pocos miles de km ² . La cuenca debe dividirse en subcuencas y los hidrogramas unitarios desarrollados para cada subcuenca. La descarga de la inundación en la salida de la cuenca se puede estimar combinando las inundaciones de la subcuenca que adoptan el procedimiento de enrutamiento de la inundación.

(ii) El método de hidrograma unitario no se puede aplicar cuando una parte apreciable de la precipitación de la tormenta cae en forma de nieve debido a que la escorrentía por fusión de nieve se rige principalmente por los cambios de temperatura.

(iii) También cuando el área cubierta de nieve en la cuenca de drenaje es importante, el método del hidrograma unitario se vuelve inaplicable. La razón es que la lluvia de tormenta se mezcla con la bolsa de nieve y puede producir escorrentía diferida de manera diferente en diferentes condiciones de la capa de nieve.

(iv) Las características físicas de la cuenca cambian con las estaciones, las estructuras hechas por el hombre en la cuenca, las condiciones de flujo, etc. Obviamente, el principio de la invariancia de tiempo es realmente válido solo cuando se especifican el tiempo y la condición de la cuenca de drenaje.

(v) Se ve comúnmente que no hay dos tormentas de lluvia que tengan el mismo patrón en el espacio y el tiempo. Pero no es práctico derivar un hidrograma unitario separado para cada patrón de intensidad de tiempo posible. Por lo tanto, además de limitar el área de la cuenca de drenaje hasta 5000 km ² si se seleccionan tormentas de menor duración, por ejemplo de 1/3 a 1/4 del tiempo máximo, se ve que los patrones de escorrentía no varían drásticamente.

(vi) El principio de linealidad tampoco es completamente válido. Esto se debe a que debido a la variabilidad en la proporción de los componentes de escorrentía superficial, subsuperficial y subterránea durante tormentas más pequeñas y más grandes de la misma duración, la ordenada máxima (máximo) del hidrograma unitario derivado de una tormenta más pequeña es menor que la derivada de una tormenta más grande. Obviamente, el carácter y la duración de la extremidad de recesión, que es una función del flujo máximo, también serán diferentes. Cuando se observa que existe una no linealidad apreciable, es necesario utilizar hidrogramas unitarios derivados solo para reconstruir eventos de magnitud similar.

(vii) El hidrograma unitario se puede usar teóricamente para construir un hidrograma de inundación resultante de una tormenta que tenga la misma duración de unidad. Obviamente, se necesita la construcción de varios hidrogramas unitarios para cubrir diferentes duraciones de las tormentas. Sin embargo, en la práctica se observa que una tolerancia de ± 25% en la duración del hidrograma unitario es aceptable. Por lo tanto, se puede aplicar un hidrograma unitario de 2 horas a tormentas de 1.5 a 2.5 horas de duración.

Ventajas de la teoría del hidrograma unitario:

La limitación a la teoría del hidrograma unitario se puede superar en gran medida si se mantiene dentro de los diversos rangos y restricciones indicados anteriormente.

La teoría del hidrograma unitario tiene varias ventajas para su crédito que se pueden resumir a continuación:

(i) El hidrograma de inundación se puede calcular con la ayuda de un registro de datos muy corto.

(ii) Además de la unidad de flujo máximo, el hidrograma también proporciona el volumen total de escorrentía y su distribución de tiempo.

(iii) El procedimiento del hidrograma unitario se puede computarizar fácilmente para facilitar los cálculos.

(iv) Es muy útil para verificar la confiabilidad de los flujos obtenidos mediante el uso de métodos estadísticos.