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Doble Grado en Ingeniería Civil e Ingeniería de los Recursos Mineros y Energéticos

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Hidrología Superficial y Subterránea

Código asignatura
2GCIVMIN-3-003
Curso
Tercero
Temporalidad
Primer Semestre
Carácter
Obligatoria
Créditos
6
Pertenece al itinerario Bilingüe
No
Actividades
  • Prácticas de Laboratorio (14 Horas)
  • Prácticas de Aula/Semina (7 Horas)
  • Clases Expositivas (35 Horas)
  • Tutorías Grupales (2 Horas)
Guía docente

Entender los fenómenos físicos que rigen el ciclo hidrológico es básico para la evaluación de recursos hídricos y para predecir posibles impactos sobre el medio ambiente cuando se realizan modificaciones sobre el mismo. Para cuantificar las variables y procesos del ciclo hidrológico es imprescindible: conocer las relaciones físicas subyacentes abordadas mediante métodos determinísticos y estadísticos; conocer la importancia de las escalas espacio‐temporales en la descripción de procesos; abstraer y simplificar las interacciones básicas según las escalas adoptadas; conocer diferentes aproximaciones conceptuales y modelos matemáticos existentes, y aprender a manejar herramientas informáticas para la resolución de los problemas hidrológicos.

Actualmente, los problemas asociados a la escasez de agua se están incrementando por el aumento de la población y la creciente presión sobre los recursos existentes. El conocimiento del ciclo hidrológico, tanto en su fase superficial como subterránea, permite cuantificar la disponibilidad del agua, sus flujos y almacenamientos, y el impacto que produce el aumento de la actividad humana sobre estos procesos en el medio físico.

El aumento de las demandas de agua, los cambios de uso en el suelo o el incremento de la preservación ambiental provocan continuos cambios en el sistema de utilización de recursos hídricos que debe ser evaluado. Además de los recursos hídricos, el estudio de los fenómenos extremos, como las inundaciones o sequías, repercuten directamente sobre las actividades viables en una determinada zona del territorio.

La asignatura está dirigida para entender el ciclo hidrológico de forma cualitativa y cuantitativa. Aprender a describir los principales procesos hidrológicos y su influencia en función de la escala espacio‐temporal utilizada. Adquirir la habilidad de diseñar modelos hidrológicos dependiendo del objetivo perseguido, y conocer las herramientas matemáticas básicas para alcanzar dichos fines.

La asignatura de Hidrología Superficial y Subterránea pertenece al módulo Tecnología Específica y se estudia en el primer semestre del tercer curso. La materia correspondiente es MT12 – Gestión de Recursos Hídricos. Sigue a la asignatura Hidráulica e Hidrología y precede a Gestión de Recursos Hídricos.

Se concibe como una profundización de conceptos previos, presentados en asignaturas como “hidráulica e hidrología” y el contexto adecuado para establecer la relación entre las aguas superficiales y las subterráneas. El estudiante deberá comprender los conceptos explicados y cuantificarlos con la precisión adecuada.

Es recomendable haber superado la asignatura “hidráulica e hidrología”, “geología y sus aplicaciones a los problemas de ingeniería” y “mecánica de rocas y del suelo”.

Los objetivos de esta asignatura están relacionados con las siguientes competencias generales transversales de la titulación:

CG01  Capacitación científico-técnica y metodológica para el reciclaje continuo de conocimientos y el ejercicio de las funciones profesionales de asesoría, análisis, diseño, calculo, proyecto, planificación, dirección, gestión, construcción, mantenimiento, conservación y explotación en los campos de la ingeniería civil.

CG02  Comprensión de los múltiples condicionamientos de carácter técnico, legal y de la propiedad que se plantean en el proyecto de una obra pública, y capacidad para establecer diferentes alternativas válidas, elegir la óptima y plasmarla adecuadamente, previendo los problemas de su construcción, y empleando los métodos y tecnologías más adecuadas, tanto tradicionales como innovadores, con la finalidad de conseguir la mayor eficacia y favorecer el progreso y un desarrollo de la sociedad sostenible y respetuoso con el medio ambiente.

CG09  Capacidad para planificar y gestionar recursos hidráulicos y energéticos, incluyendo la gestión integral del ciclo del agua.

CG18  Conocimientos adecuados de los aspectos científicos y tecnológicos de métodos matemáticos, analíticos y numéricos de la ingeniería, mecánica de fluidos, mecánica de medios continuos, cálculo de estructuras, ingeniería del terreno, ingeniería marítima, obras y aprovechamientos hidráulicos y obras lineales.

Asimismo, los objetivos conciernen a las siguientes:

Competencias Básicas:

CB06  Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.

CB07  Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.

CB08  Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios.

CB09  Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades.

CB10  Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.

Competencias Específicas:

CE01  Capacidad para abordar y resolver problemas matemáticos avanzados de ingeniería, desde el planteamiento del problema hasta el desarrollo de la formulación y su implementación en un programa de ordenador. En particular, capacidad para formular, programar y aplicar modelos analíticos y numéricos avanzados de cálculo, proyecto, planificación y gestión, así como capacidad para la interpretación de los resultados obtenidos, en el contexto de la ingeniería civil.

CE06  Capacidad para proyectar, dimensionar, construir y mantener obras hidráulicas.

CE07  Capacidad para realizar el cálculo, la evaluación, la planificación y la regulación de los recursos hídricos, tanto de superficie como subterráneos.

Las competencias antedichas se deben concretar en los siguientes resultados de aprendizaje:

RA01. Ser capaz de optimizar las alternativas de tratamiento de aguas considerando aspectos técnicos, sociales, económicos y ambientales.

RA02. Ser capaz de enunciar y explicar las fases del proceso de modelización hidrogeológica.

RA03. Conocer la definición y los pasos para la correcta elaboración de un modelo conceptual.

RA04. Comprender la estructura y características esenciales de los códigos más conocidos en flujo.

RA05. Conocer las dificultades específicas presentadas por los modelos de transporte.

       Ud 1  Estadística en hidrología

                 Tema       1.1     Distribuciones y Funciones

                 Tema       1.2     Valores estandarizados. Valores extremos. Distribución de Gumbel

       Ud 2  Climatología. Meteorología.

                 Tema       2.1     Climatología

                 Tema       2.2     Meteorología

       Ud 3  Pérdidas de precipitación

                 Tema       3.1     Evapotranspiración. Infiltración

                 Tema       3.2     Escorrentía

       Ud 4  Caudales. Concepto y análisis de estudio

                 Tema       4.1     Aforos

                 Tema       4.2     Vertederos

       Ud 5  Hidrogramas.

                 Tema       5.1     Definición. Caudal máximo

                 Tema       5.2     Hidrograma unitario

                 Tema       5.3     Tránsito de Hidrogramas

       Ud 6. Energía de un fluido en medio poroso.

                 Tema       6.1     Tipos. Nivel Piezométrico. Nivel freático. Acuífero libre y acuífero confinado. Propiedades relevantes del agua. Dependencias. Concepto de volumen elemental representativo. Influencia de la escala espacial y temporal. Relevancia para la modelización: tipologías de medio poroso.

       Ud 7. Flujo en medio poroso saturado.

                 Tema       7.1     Hipótesis. Gradiente hidráulico e interpretación física. Ley de Darcy. Condiciones de aplicabilidad. Definición de la conductividad hidráulica. Dependencias. Interpretación de la permeabilidad. Órdenes de magnitud y unidades.

                 Tema       7.2     Introducción a las redes piezométricas y a su interpretación. Ejemplos: interacción río-acuífero. Intrusión marina: interfase agua dulce-agua salada: la expresión de Ghyben-Herzberg.

       Ud. 8. Flujo estacionario y transitorio:

                 Tema       8.1     Definiciones. Balance en el VER, deducción de la ecuación de flujo en régimen estacionario.

                 Tema       8.2     Isotropía/Anisotropía. Homogeneidad/Heterogeneidad. Simplificaciones. Flujo radial y Transmisividad. Importancia práctica. Algunas aplicaciones: interacción río acuífero.

       Ud. 9 Almacenamiento

                 Tema       9.1     Coeficiente de almacenamiento específico. Deducción de su expresión e interpretación intuitiva. Coeficiente de almacenamiento. Definición e interpretación. Órdenes de magnitud y unidades.

                 Tema       9.1     Balance en el VER: deducción de la parte transitoria de la ecuación de flujo. Diferencia dinámica entre acuíferos libres y confinados. La ecuación de flujo: balance completo. La difusividad hidráulica. Aplicación a los manantiales: tipología y funcionamiento. Aplicación al almacenamiento en riberas: modelización.

       Ud. 10 Flujo vadoso

                 Tema       10.1   Flujo en zona vadosa. La presión capilar. Curvas de retención e histéresis. Modelos paramétricos. Almacenamiento en acuífero libre. Flujo en medio no saturado: ley de Darcy modificada. Conductividad hidráulica relativa. La ecuación de Richards.

       Ud. 11 Parámetros

                 Tema       11.1   Estimación de parámetros hidráulicos mediante pozos de bombeo. Concepto de pozo de bombeo. Características elementales de su construcción. La determinación de permeabilidades y coeficientes de almacenamiento como problema inverso: datos, variables y parámetros. Estimación de la permeabilidad en un acuífero confinado en régimen permanente: hipótesis. Deducción de expresiones y ajuste. Análisis de sensibilidad.

       Ud. 12 Determinación de parámetros

                 Tema       12.1   Determinación de parámetros: acuífero confinado en régimen transitorio. La solución de Theis. Análisis dimensional: discusión. La variable de pozo. Discusión. La función de pozo.

                 Tema       12.2   Aproximaciones útiles: la fórmula de Jacob. La función logarítmica: discusión. Determinación de transmisividades y de coeficiente de almacenamiento. Introducción al comportamiento en acuífero libre: drenaje diferido.

       Ud. 13 Modelización

                 Tema       13.1   Métodos auxiliares y modelización numérica Cartografía geológica. Concepto y metodología. Inventarios de pozos fuentes y manantiales. Concepto y metodología. Geofísica. Conceptos y técnicas. Clasificación de métodos. Discusión de la utilidad de cada método en la caracterización del agua subterránea.

                 Tema       13.2   Exploración hidrogeoquímica e isotópica: concepto y metodología. La modelización numérica de la ecuación de flujo: concepto de método numérico. Diferencias finitas. Elementos Finitos. Presentación básica de programas conocidos: MODFLOW y FEFLOW.

Se realizarán tres prácticas de laboratorio correspondientes a Hidrología Superficial (6h), con el programa HEC-HMS para simulación hidráulica e hidrológica:

PL1: construcción de modelos tales como cuencas, cauces, embalses, etc. (2h).

PL2: análisis de precipitaciones, e introducción de otras cargas al sistema (2h).

PL3: resolución de un problema real de laminación de avenidas mediante embalse de regulación (2h).

En hidrología subterránea habrá tres prácticas:

  1. Familiarización con casos reales prácticos de aplicación de contenidos y laboratorio de hidrología subterránea (2 horas).
  2. Seminario de modelización numérica con MODFLOW.(3 horas).
  3. Conocimiento y análisis de la estructura de un artículo científico de hidrología subterránea (2 horas).

La metodología empleada para alcanzar los resultados del aprendizaje, está en función de los criterios propuestos en la memoria de verificación, según la cual, clasifica a esta asignatura del tipo T3; y que corresponde aproximadamente a un aprendizaje de:

•   Clases expositivas: 35 horas

•   Prácticas de laboratorio/campo/informática: 14 horas

•   Prácticas de aula: 7 horas

•   Tutorías grupales: 2 horas

•   Sesiones de evaluación: 2 horas

•   Trabajo grupo: 30 horas

•   Trabajo autónomo: 60 horas

Correspondiendo a:

•   Trabajo presencial de profesor y alumnos: 60 horas

•   Trabajo personal del estudiante: 90 horas

La metodología utilizada consistirá en:

Clase expositiva de teoría y prácticas de tablero: una presentación expositiva de cada uno de los temas, por parte del profesor de la asignatura. Será impartida a todos los alumnos conjuntamente, según los grupos de teoría establecidos, no necesariamente como lección magistral, sino procurando una participación activa del alumnado en la dinámica de las mismas. Se desarrollarán los contenidos teóricos de la asignatura, combinados con la resolución de problemas y ejercicios, poniendo a disposición de los estudiantes los materiales necesarios para su comprensión.

Las prácticas de aula serán impartidas al grupo de alumnos, y van a permitir realizar actividades de discusión teórica o preferentemente prácticas realizadas en el aula que requieren una elevada participación del estudiante, incluyendo exposiciones orales de algún caso real o pequeño trabajo de investigación relacionado con la asignatura.

Clases prácticas de laboratorio: Tienen lugar en los laboratorios docentes de la titulación, o en las aulas de informática. Se propondrá la resolución de diferentes prácticas, que serán desarrolladas por los alumnos durante la clase práctica y posteriormente calificadas por el profesor.

Tutorías grupales: Serán actividades programadas de seguimiento del aprendizaje en las que el profesor se reúne con un grupo de estudiantes para orientar sus labores de estudio y aprendizaje autónomo y de tutela de trabajos dirigidos o que requieren un grado de asesoramiento muy elevado por parte del profesor. Están orientadas a resolver aquellos aspectos que más interesen a los alumnos, por lo que se considera muy importante la participación activa y no solo la mera asistencia.

Con objeto de facilitar y racionalizar la organización docente de la Universidad, se propone la siguiente tipología de modalidades organizativas:

  1. Presenciales:
    1. Clases expositivas
    2. Prácticas de aula/Seminarios
    3. Prácticas de laboratorio/campo/aula de informática/aula de idiomas
    4. Prácticas clínicas hospitalarias
    5. Tutorías grupales
    6. Prácticas externas (en otras instituciones o empresas)
    7. Sesiones de evaluación
  2. No presenciales:
    1. Trabajo autónomo
    2. Trabajo en grupo

En la tabla adjunta se recoge la planificación temporal en la que se contempla el conjunto de actividades que deberán ser realizadas (esta organización tiene carácter orientativo):

 

TRABAJO PRESENCIAL

TRABAJO NO

PRESENCIAL

Temas

Horas totales

Clase Expositiva

Prácticas de aula/Seminarios/Talleres

Prácticas de laboratorio /campo /aula de informática/ aula de idiomas

Prácticas clínicas  hospitalarias

Tutorías grupales

Prácticas Externas

Sesiones de Evaluación

Total

Trabajo grupo

Trabajo autónomo

Total

Estadística en hidrología

5

2

2

1

2

3

Climatología. Meteorología

11

4

1

5

2

4

6

Pérdidas de precipitación

10

3

1

4

2

4

6

Caudales. Concepto y análisis de estudio

16

5.5

1

6.5

3

6

9

Hidrogramas

20

3

7

1

11

3

6

9

Energía de un fluido en medio poroso

8

2

2

2

4

6

Flujo en medio poroso saturado

8

2

2

2

4

6

Flujo estacionario y transitorio

9

3

3

2

4

6

Almacenamiento

9.5

2.5

1

3.5

2

4

6

Flujo vadoso

9

2

1

3

2

4

6

Parámetros

12

2

1

3

3

6

9

Determinación de parámetros

13

3

1

4

3

6

9

Modelización

22

3

7

1

2

13

3

6

9

Total

78

37

7

14

0

2

0

2

60.0

30

60

90

MODALIDADES

Horas

%

Totales

Presencial

Clases Expositivas

35

60%

60

Práctica de aula / Seminarios / Talleres

7

12%

Prácticas de laboratorio / campo / aula de informática / aula de idiomas

14

22%

Prácticas clínicas hospitalarias

0

0

Tutorías grupales

2

3%

Prácticas Externas

0

0

Sesiones de evaluación

2

3%

No presencial

Trabajo en Grupo

0

90

Trabajo Individual

90

Total

150

   
   
             
             
             
             
             
             
             
             
             
             
             
             
             
             
            

Se tendrá en cuenta, a la hora de calificar las pruebas:

-   Orden, limpieza y presentación general.

-   Redacción adecuada y ausencia de faltas de ortografía. Claridad, estructura lógica y nivel de detalle de la resolución.

-   Uso de unidades correctas. Se considerará especialmente grave el uso de unidades que no mantengan la coherencia dimensional de las ecuaciones.

-   Validez de los resultados, sin que estos sean disparatados o físicamente imposibles.

-   Todo trabajo escrito entregado fuera de plazo no será evaluado.

Tipos de pruebas para la evaluación del aprendizaje:

A efectos de realización de pruebas, se consideran dos partes en la asignatura (Hidrología Superficial e Hidrología Subterránea), con los conceptos Examen y Actividades Complementarias. Las pruebas para cada concepto son:

  • Examen: por escrito, sobre el temario desarrollado durante el curso.
  • Actividades complementarias: trabajos, proyectos e informes desarrollados en las Prácticas de Aula y Laboratorio, y Tutorías grupales.

Calificación de las pruebas:

  • Examen (respuestas cortas y/o de desarrollo): 60%.
  • Actividades complementarias (40%):
    • Prácticas de Aula/Tutorías Grupales (trabajos y proyectos): 10%.
    • Prácticas de Laboratorio (informes/memoria de prácticas): 30%.

La nota global de cada concepto (Examen y Actividades Complementarias) para la asignatura es una media, al 50%, de su nota en cada parte (Hidrología Superficial e Hidrología Subterránea) y se mantendrá durante el curso académico.

Superación de la asignatura:

  • Se ha de obtener, al menos, un 40% en cada concepto (Examen y Actividades Complementarias) de cada parte (Hidrología Superficial e Hidrología Subterránea). Si fuese inferior, la asignatura queda suspensa y su calificación numérica en Actas será la mínima de entre las dos siguientes: media ponderada según conceptos evaluables (Examen y Actividades Complementarias) de la parte no superada (Hidrología Superficial o Hidrología Subterránea) o un cuatro.
  • La nota global ha de ser, como mínimo, el 50% de los conceptos mencionados.

Evaluaciones:

  • Convocatoria ordinaria: sólo se evaluarán las Actividades Complementarias cuando la asistencia a ellas supere el 80%.
  • Convocatoria extraordinaria: si no se ha realizado ninguna Actividad Complementaria, el Examen será la única prueba y se ponderará (al igual que en las pruebas ordinarias) en un 60%. Por tanto, será necesario obtener una nota mínima de 8,3 puntos sobre 10 para aprobar la asignatura.
  • Evaluación diferenciada: las pruebas, junto con su ponderación, serán a) Examen escrito (teórico y/o práctico), 80%; b) Prácticas de Laboratorio (mismos supuestos que el alumnado presencial), 20%. Este mecanismo de evaluación diferenciada podrá ser sustituido por otro mecanismo de evaluación, específico para cada alumno, en virtud del artículo 7 del Reglamento de evaluación de la Universidad de Oviedo.

Hidrología Superficial

Álvarez, E., Fernámdez, J., Fernández, A. y Navarro, A.(2016)- Hidrología superficial: Cuestiones teóricas y prácticas. Ediuno, 182 pp.

Aparicio, F.J. (1997).- Fundamentos de Hidrología de Superficie. Limusa, 303 pp.

Chow, V.T.; D.R. Maidment & L.W. Mays (1993).- Hidrología Aplicada. McGraw-Hill, 580 pp.

Hornberger, G. (1998).- Elements of Physical Hydrology. Johns Hopkins Universtiy Press

Maidment, D.R. (1993).- Handbook of Hydrology. McGraw Hill

Singh, V.P (1992).- Elementary Hydrology. Prentice Hall, 973 pp.

Viessman, W. & G. L. Lewis (1995).- Introduction to Hydrology. Harper Collins, 4ª ed., 760 pp.

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Hidrología Subterránea

Custodio, E. y M. R. Llamas (Eds.) (1983) .- Hidrología Subterránea. (2 tomos). Omega, 2350 pp.

Domenico, P. A. & Schwartz, F. W. (1998).- Physical and chemical hydrogeology. Wiley, 502 pp.

Fetter, C. W. (2001).- Applied Hydrogeology. Prentice-Hall, 4ª ed., 598 pp.

Freeze, R. A.y J. A. Cherry (1979).- Groundwater. Prentice-Hall, 604 pp.

Price, M.(2003).- Agua Subterránea. Limusa, 341 pp.

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En Internet

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Winter, T.C. et al..- Ground Water and Surface Water A Single Resource (87 pp. 12 Mb)

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