1. Hidrogramas unitarios

Un hidrograma unitario es un hidrograma para una cuenca dada que es producido por una unidad de profundidad de lluvia efectiva (exceso de lluvia). Hay varias duraciones posibles para esa unidad de profundidad de lluvia; por lo tanto, una cuenca determinada puede tener varios hidrogramas unitarios. Una vez que se ha determinado un hidrograma unitario para una cuenca dada, digamos el hidrograma unitario X-hr, se pueden derivar otros hidrogramas unitarios para la misma cuenca a partir de este hidrograma unitario X-hr siguiendo los procedimientos establecidos; ya sea el método de superposición del método del hidrograma S.

Un hidrograma unitario incorpora las propiedades de difusión de una cuenca, es decir, el hidrograma unitario es el medio por el cual se puede calcular la difusión de la cuenca. (En la práctica, la difusión en la cuenca se conoce comúnmente como almacenamiento en la cuenca). Las cuencas más empinadas tienen menos difusión; cuencas más suaves tienen más difusión. El principal parámetro del hidrograma unitario es el desfase de la cuenca; cuanto mayor sea el desfase, mayor será la difusión. El caudal máximo del hidrograma unitario está inversamente relacionado con el desfase de la cuenca; cuanto mayor sea el desfase, menor será el flujo máximo y viceversa.

Los hidrogramas unitarios se pueden derivar de los datos de lluvia y escorrentía. Sin embargo, el procedimiento requiere mucho tiempo y se limita a las cuencas aforadas, las cuales son comparativamente pequeñas en número.

2. Hidrograma unitario sintético de Snyder

Un hidrograma unitario sintético conserva todas las características del hidrograma unitario, pero no requiere datos de lluvia y escorrentía. Un hidrograma unitario sintético se deriva de la teoría y la experiencia, y su propósito es simular la difusión de la cuenca al estimar el desfase de la cuenca en base a una determinada fórmula o procedimiento.

El primer hidrograma unitario sintético fue desarrollado por Snyder en 1938.¹ Con el fin de proporcionar suficiente flexibilidad para simular una amplia gama de cantidades de difusión, Snyder ideó dos parámetros: (1) un parámetro de tiempo C_t, y (2) un parámetro de pico C_p. Un C_t mayor significaba un mayor desfase de cuenca y, en consecuencia, una mayor difusión. Una C_p mayor significaba un flujo máximo mayor y, en consecuencia, una menor difusión.

3. Hidrograma unitario sintético NRCS

En 1954, el Servicio de Conservación de Recursos Naturales del USDA emuló a Snyder en el desarrollo de un hidrograma unitario sintético.² Dado que las aplicaciones de NRCS generalmente involucraban cuencas más pequeñas, es decir, menos de 10 millas cuadradas, optaron por establecer el parámetro de pico en una relación fija de base de tiempo triangular a tiempo hasta el pico T_bt/t_p = 8/3. A modo de comparación, en el método racional, esta relación es exactamente 2, es decir, sin difusión. Por lo tanto, NRCS introdujo algo de difusión en su hidrograma unitario sintético, pero claramente no mucho. La difusión está fijada por el parámetro 8/3, y ciertamente es menor que la de Snyder, quien a diferencia de NRCS, podía variar su difusión, dentro de ciertos límites.

El hidrograma unitario sintético NRCS generalmente se justifica porque las cuencas NRCS eran relativamente pequeñas y las cuencas pequeñas generalmente no exhiben una gran cantidad de difusión. Sin embargo, se recomienda precaución al intentar utilizar el procedimiento NRCS para cuencas más grandes y/o más suaves. En este caso, el uso del hidrograma unitario NRCS invariablemente dará como resultado una sobreestimación de los caudales máximos.

4. Hidrograma unitario sintético USBR

La Oficina de Recuperación de Tierras de los Estados Unidos (USBR) ha desarrollado una serie de hidrogramas unitarios sintéticos aplicables a las regiones dentro de su jurisdicción.³ Estas regiones son: (1) Great Plains, (2) Rocky Mountains, (3) Southwestern Desert, Great Basin y Colorado Plateau, (4) Sierra Nevada de California, (4) Coast and Cascade Ranges, y (6) Cuencas urbanas. El desfase de la cuenca es directamente proporcional al parámetro C, que varía dentro y entre las seis regiones. Una C más pequeña significa menor difusión; por otro lado, una C más grande significa mayor difusión. Los valores de C recomendados varían desde 0,34-0,88 para cuencas urbanas, que suelen ser pequeñas, hasta 1,65-3,90 para las cuencas más grandes o más difusas de la Sierra Nevada de California.⁴

La metodología USBR revela que las cuencas tienden a variar ampliamente en sus propiedades difusivas. Esto confirma la amplia gama de escalas de cuencas y características topográficas que caracterizan las regiones del oeste de los Estados Unidos.

5. Hidrograma unitario general adimensional

El hidrograma unitario adimensional general (HUAG) es otra forma de formular un hidrograma unitario sintético.⁵ El procedimiento se basa en la cascada de embalses lineales, un modelo conceptual que simula la respuesta de la cuenca mediante el enrutamiento de los flujos de la cuenca/cuenca a través de una serie de embalses lineales. El método tiene dos parámetros: el número de Courant C, y el número N de reservorios lineales.

La cascada de reservorios lineales puede expresarse en forma adimensional, lo que lleva al HUAG (Ponce, 2010). El procedimiento independiza la metodología del área de la cuenca y de la duración del hidrograma unitario, confirmando su aplicabilidad global. Una vez que se eligen los dos parámetros, el número de Courant y el número de reservorios lineales, se obtiene un único hidrograma unitario sintético adimensional general (HUAG).

El método tiene una flexibilidad considerable para simular una amplia gama de efectos difusivos. Para rangos de parámetros 0.1 < C < 2, y 1 < N < 10, el rango en el flujo máximo adimensional es 1.00 - 0.013, y el rango del tiempo de flujo máximo adimensional es 1 - 91.⁶ Datos de lluvia-escorrentía y/o experiencia son recomendados para estimar los parámetros del modelo para aplicaciones específicas.

6. Observaciones finales

El método de Snyder es el precursor de todos los hidrogramas unitarios sintéticos. Es flexible y generalmente aplicable a cuencas grandes, de cientos a miles de millas cuadradas. El método NRCS es simple, un estándar de facto a modo de práctica, algo inflexible y aplicable a cuencas pequeñas, con decenas de millas cuadradas o menores. El método NRCS debe usarse con precaución en cuencas más grandes y/o más suaves. El método USBR es aplicable a las regiones para las que fue desarrollado, con su enfoque en el oeste de los Estados Unidos. El método es flexible y aplicable a cuencas tanto grandes como pequeñas, dependiendo de la elección de los parámetros. El Hidrograma Unitario Adimensional Generalizado (HUAG) tiene una flexibilidad ilimitada y es de aplicabilidad global. Los parámetros C y N puede estimarse a partir de datos medidos o, alternativamente, de la experiencia con cuencas de características geomorfológicas e hidrológicas similares.