Hidrograma

Un hidrograma es un gráfico que muestra la tasa de flujo ( descarga ) en función del tiempo en un punto específico de un río, canal o conducto que transporta flujo. La tasa de flujo se expresa típicamente en metros cúbicos por segundo (m³/s) o pies cúbicos por segundo (cfs). Los hidrogramas suelen relacionar los cambios en la precipitación con los cambios en la descarga a lo largo del tiempo. ^{[ 1 ]} El término también puede referirse a un gráfico que muestra el volumen de agua que llega a una salida particular o a una ubicación en una red de alcantarillado. Los gráficos se utilizan comúnmente en el diseño de alcantarillado , más específicamente, en el diseño de sistemas de alcantarillado de aguas superficiales y alcantarillas combinadas .

Otros términos relacionados incluyen: ^{[ 2 ]}

Segmento de aproximación

el caudal del río antes de la tormenta (caudal antecedente).

Extremidad ascendente

La rama ascendente del hidrograma, también conocida como curva de concentración, refleja un aumento prolongado del caudal procedente de una cuenca hidrográfica, normalmente en respuesta a un episodio de lluvia.

Descarga máxima

el punto más alto del hidrograma cuando el caudal es máximo.

Extremidad en retroceso (o caída)

La rama de recesión se extiende desde el caudal máximo en adelante. El final del flujo de tormenta ( también conocido como flujo rápido o escorrentía directa) y el retorno al flujo proveniente de aguas subterráneas ( flujo base ) se suele considerar el punto de inflexión de la rama de recesión. Esta rama representa la extracción de agua del almacenamiento acumulado en la cuenca durante las fases iniciales del hidrograma.

Retraso-1

Método de autocorrelación para comparar datos de caudal consigo mismos desplazando o "retrasando" el conjunto de datos de descarga inicial una unidad de tiempo. Un Lag-10 significa que los datos iniciales se desplazan 10 días y luego se comparan con una versión sin desplazar. No confundir con el tiempo de retardo.

Tiempo de retardo

el intervalo de tiempo desde la precipitación máxima hasta el caudal máximo.

Momento de alcanzar el punto máximo

intervalo de tiempo desde el inicio de la lluvia hasta el caudal máximo.

Tiempo de concentración

el tiempo desde el final del período de precipitación hasta el final de la escorrentía de respuesta rápida en el hidrograma. ^{[ 3 ]}

Los tipos de hidrogramas incluyen: ^{[ 4 ]}

• hidrogramas de descarga de arroyos
• hidrogramas de nivel de arroyo
• hidrogramas de precipitación
• hidrogramas de tormenta
• hidrogramas de inundación
• Hidrogramas anuales, también conocidos como regímenes
• Hidrograma de escorrentía directa
• Hidrograma de escorrentía efectiva
• Hidrograma raster
• Hidrograma de retardo 1
• Oportunidades de almacenamiento en la red de drenaje (por ejemplo, lagos, embalses, humedales, capacidad de almacenamiento en canales y riberas).

Un hidrograma fluvial se utiliza comúnmente para determinar la influencia de diferentes procesos hidrológicos en el caudal de la cuenca en cuestión. Dado que el momento, la magnitud y la duración del retorno de las aguas subterráneas difieren considerablemente de los de la escorrentía directa, separar y comprender la influencia de estos procesos distintos es fundamental para analizar y simular los posibles efectos hidrológicos de diversas condiciones y cambios en el uso del suelo y del agua, así como en el clima.

Sin embargo, el proceso de separar el flujo base de la escorrentía directa es una ciencia inexacta. Esto se debe, en parte, a que estos dos conceptos no son del todo distintos ni independientes. El flujo de retorno del agua subterránea aumenta junto con el flujo superficial de áreas saturadas o impermeables durante y después de una tormenta; además, una molécula de agua puede moverse fácilmente a través de ambas vías hasta la salida de la cuenca. Por lo tanto, la separación de un componente de flujo base puro en un hidrograma es un ejercicio algo arbitrario. No obstante, se han desarrollado diversas técnicas gráficas y empíricas para realizar estas separaciones de hidrogramas. La separación del flujo base de la escorrentía directa puede ser un primer paso importante en el desarrollo de modelos de precipitación-escorrentía para una cuenca de interés, por ejemplo, en el desarrollo y la aplicación de hidrogramas unitarios como se describe a continuación.

Un hidrograma unitario (HU) es la respuesta hipotética de una cuenca (en términos de volumen y momento de escorrentía) a una entrada unitaria de precipitación. ^{[ 5 ]} Se puede definir como el hidrograma de escorrentía directa (HED) resultante de una unidad (por ejemplo, un cm o una pulgada) de precipitación efectiva que ocurre uniformemente sobre esa cuenca a una tasa uniforme durante un período de tiempo unitario. Como un HU solo es aplicable al componente de escorrentía directa de un hidrograma (es decir, la escorrentía superficial ), se requiere una determinación separada del componente de flujo base.

Un hidrograma unitario (HU) es específico de una cuenca hidrográfica determinada y corresponde a un período de tiempo concreto, que coincide con la duración de la precipitación efectiva. Es decir, el HU se especifica como el HU de 1 hora, 6 horas o 24 horas, o cualquier otro período hasta el momento de concentración de la escorrentía directa en la salida de la cuenca. Por lo tanto, para una cuenca hidrográfica dada, puede haber muchos hidrogramas unitarios, cada uno correspondiente a una duración diferente de la precipitación efectiva.

La técnica UH proporciona una herramienta práctica y relativamente fácil de aplicar para cuantificar el efecto de una unidad de lluvia en la escorrentía correspondiente de una cuenca hidrográfica particular . ^{[ 6 ]} La teoría UH supone que la respuesta de la escorrentía de una cuenca es lineal, invariable en el tiempo y que la lluvia efectiva ocurre uniformemente en toda la cuenca. En el mundo real, ninguna de estas suposiciones es estrictamente cierta. Sin embargo, la aplicación de los métodos UH generalmente produce una aproximación razonable de la respuesta de inundación de las cuencas naturales. Las suposiciones lineales subyacentes a la teoría UH permiten simular la variación en la intensidad de la tormenta a lo largo del tiempo (es decir, el hietograma de tormenta ) aplicando los principios de superposición y proporcionalidad a componentes separados de la tormenta para determinar el hidrograma acumulativo resultante. Esto permite un cálculo relativamente sencillo de la respuesta del hidrograma a cualquier evento de lluvia arbitrario.

Un hidrograma unitario instantáneo representa un perfeccionamiento del concepto; en un hidrograma unitario instantáneo, se supone que la precipitación de entrada ocurre en un instante discreto (obviamente, esto no se cumple en el caso de las tormentas reales). Esta suposición simplifica enormemente el análisis necesario para la construcción de un hidrograma unitario, y resulta indispensable para la creación de un hidrograma unitario instantáneo geomorfológico.

La creación de una GIUH es posible con tan solo datos topográficos de una cuenca hidrográfica específica. De hecho, solo se requiere el número de arroyos de un orden determinado, la longitud media de los arroyos de ese orden y la superficie media de terreno que drena directamente hacia ellos (y, si es necesario, se puede estimar en lugar de calcular explícitamente). Por lo tanto, es posible calcular una GIUH para una cuenca sin datos sobre la altura o el caudal de los arroyos, información que no siempre está disponible.

En hidrología subterránea ( hidrogeología ), un hidrograma es un registro del nivel del agua (la carga hidráulica observada en pozos que atraviesan un acuífero ).

Normalmente, se registra un hidrograma para monitorear los niveles freáticos en acuíferos fuera de las condiciones de prueba (por ejemplo, para observar las fluctuaciones estacionales). Cuando se realiza una prueba de acuífero , las observaciones resultantes se denominan generalmente descenso del nivel freático, ya que se restan de los niveles previos a la prueba y, a menudo, solo se considera el cambio en el nivel del agua.

Los hidrogramas raster son gráficos basados ​​en píxeles para visualizar e identificar variaciones y cambios en grandes conjuntos de datos multidimensionales. Desarrollados originalmente por Keim (2000) ^{[ 7 ],} fueron aplicados por primera vez en hidrología por Koehler (2004) ^{[ 8 ]} como un medio para resaltar los cambios interanuales (a largo plazo) e intraanuales (por ejemplo, estacionalidad ) en el caudal.

Los hidrogramas ráster del USGS WaterWatch, como los desarrollados por Koehler, representan los años en el eje y y los días en el eje x. Los usuarios pueden optar por graficar el caudal (valores reales o logaritmos), el percentil del caudal o la clase de caudal (de 1, para caudal bajo, a 7, para caudal alto), para caudales diarios, de 7, 14 y 28 días. Para una descripción más completa de los hidrogramas ráster, véase Strandhagen et al. (2006). ^{[ 9 ]}

Un hidrograma de retardo 1 es un gráfico de descarga que se puede realizar sin un eje de tiempo (Koehler 2022). ^{[ 10 ]} Esta técnica permite que propiedades de datos como Q, dQ/dt y d ² Q/dt ² , y tendencias de flujo creciente, decreciente o sin cambios se vean y comprendan fácilmente en un solo gráfico. Las líneas de referencia de pulso de flujo se pueden agregar e interpretar fácilmente. La metodología se basa en el gráfico de correlación serial de series temporales de retardo 1 y utiliza la autocorrelación normalmente no deseada (pero aún valiosa) presente en los datos de flujo.

El eje x representa el caudal para una fecha determinada, Q _t , mientras que el eje y representa el caudal para el día siguiente, Q _t+1 . Los métodos de preparación y representación gráfica de los datos son idénticos a los de un gráfico de autocorrelación con retardo 1, donde 1 indica un intervalo de tiempo de 1 día o diario. La tabla siguiente muestra cómo se desplazan las series temporales de caudal. Es fundamental mantener la secuencia temporal de los datos. Considerar los valores de x como el caudal de hoy y los valores de y como el caudal de mañana ayuda a visualizar el orden de los datos.

• Prueba de acuífero
• Hidrogeología
• Flujo base
• Enrutamiento (hidrología)
• Modelo de escorrentía (embalse)
• Medidor de caudal
• Aguas superficiales

• El Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) ofrece datos de caudal en tiempo real para miles de arroyos en los Estados Unidos.
• El Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) también ofrece un conjunto de herramientas en línea para crear un hidrograma ráster.para cualquiera de sus estaciones de aforo de caudal en los Estados Unidos.
• Hidrograma unitario adimensional SCS.
• Actividad SERC y código Matlab para el cálculo y uso del hidrograma unitario.