Cuenca Hidrológica
-
Upload
darwin-paredes -
Category
Documents
-
view
11 -
download
0
description
Transcript of Cuenca Hidrológica
Hidrologa general
INTRODUCCIN
El presente informe trata de un trabajo de delimitacin de una cuenca hidrolgica en el cual tambin se determina algunos parmetros y factores de la cuenca que se estudiaron en el desarrollo de curso de hidrologa general.La delimitacin se hizo en un plano de la carta nacional a escala 1:2500, para realizar este trabajo nos basamos en la teora proporcionada en clase as como tambin consultando bibliografa recomendadas por el profesor. El informe aplica la metodologa presentada en el curso para estudiar las caractersticas de una cuenca.
ASPECTOS GENERALES
Definicin: Una cuenca hidrogrfica es una unidad natural definida por la existencia de la divisoria de las aguas en un territorio dado. Las cuencas hidrogrficas son unidades morfogrficas superficiales, sus lmites quedan establecidos por la divisoria geogrfica principal de las aguas de las precipitaciones tambin conocido como "parteaguas". El parteaguas en teora, es una lnea imaginaria que une los puntos de mximo valor de altura relativa entre dos laderas adyacentes pero de exposicin opuesta, desde la parte ms alta de la cuenca hasta su punto de emisin, en la zona hipsomtricamente ms baja. Al interior, las cuencas se pueden delimitar o subdividir en sub-cuencas o cuencas de orden inferior. Las divisorias que delimitan las sub-cuencas se conocen como parteaguas secundarios (INE, 2004). Por lo tanto, la delimitacin de cuencas implica una demarcacin de reas de drenaje superficial en donde las precipitaciones (principalmente las pluviales) que caen sobre stas tienden a ser drenadas hacia un mismo punto de salida.A diferencia de las cuencas hidrogrficas, las cuencas hidrolgicas, adems de incluir a las primeras comprenden tambin a las estructuras hidrogeolgicas subterrneas, pudiendo entonces variar en cuanto a sus lmites puramente hidrogrficos.Las cuencas hidrogrficas pueden ser principalmente exorreicas o endorreicas; las primeras se caracterizan por tener un desage que permite que las aguas circulen y sean expulsadas de la cuenca hacia otra cuenca o hacia el mar, mientras que las endorreicas carecen de este desage por lo que generalmente drenan hacia un cuerpo de agua como un lago. Tambin existen cuencas arreicas (sin red de drenaje ni salida) y criptorreicas (con drenaje subterrneo sin una red de drenaje superficial bien definida).Por lo tanto, la delimitacin de las cuencas hidrogrficas se realiza a partir de criterios meramente topogrficos (morfogrficos) e hidrogrficos (red dedrenaje superficial).
ACTIVIDADES A DESARROLLAR1. Delimitar la cuenca.2. Determinar el rea de la cuenca.3. Determinar el permetro de la cuenca.4. Graficar la curva hipsomtrica y la curva de frecuencia de altitudes. 5. Determinar la elevacin media y mediana de la cuenca.6. Determinar el ndice de forma y el ndice de compacidad.7. Determinar y graficar el rectngulo equivalente de la cuenca.8. Determinar la densidad de corriente.9. Determinar la densidad de drenaje de la cuenca.10. Determinar la pendiente de la cuenca.a) Criterio de Alvord.b) Criterio de rectngulo equivalente.11. Dibujar el perfil longitudinal del rio. 12. Determinar la pendiente de cause principal por los tres mtodos.i. Pendiente uniforme o pendiente media.ii. Pendiente de compensacin de reas.iii. Pendiente por el criterio de Taylor y Schwarz.13. Calcular el exponente n de la relacin rea longitud del cauce.Segunda parte: Estimacin de caudales mximos
MATERIALES Para este trabajo se utilizo un plano a curvas de nivel de la carta ncional con datos cuya escala fuente es 1:25000 ,y se tomo una zona determinada y que este ubicada dentro de la region del Cusco-Paruro. Escalimetro. Papel canson,se utilizo para calcar la superficie de la cuenca despues de delimitarla. Mica, se utilizo para medir y delimitar los afluentes de cuenca. Papel milimetrado, se utilizo como cuadricula para calcular el area total de la cuenca y tambien para calcular las areas entre cada intervalo de curvas. Hilo de estao , se utilizo para bordear el el perimetro de la cuenca y de esa manera poder calcular su perimetro. caculadora . lapiz pluma.
DATOS PRELIMINARES DE LA CUENCA Ubicacin: Rondocan Provincia : Paruro Departamento : Cusco El punto de interes se encuentra en la quebrada de Chahuarpata. Extesin: Desde la quebrada de
DESARROLLO DE ACTIVIDADES
1.- Delimitacin de la cuenca
Los criterios utilizados para la delimitacion de la cuenca hidrologica del rio fueron topogrficos e hidrogrficos, es decir, lmites que obedecen a demarcaciones naturales que se evidencian con las curvas de nivel; estos criterios se detallan a continuacin:a) Primero mediante inspeccin visual , se detallaron y se demarcaron provicionalmente muchos de los lmites de la cuenca hidrologica y la red de drenaje. b) Seguidamente se identificaron y delinearon manualmente sobre el plano las divisorias de aguas o divortium acuarium a partir de la visualizacin de las curvas de nivel y aspecto resaltantes evidentes del relieve .Esto quiere decir que las lineas de la delimitacion se trazaron sobre las inflexiones de las curvas de nivel de mxima altura relativa, en la frontera entre laderas de exposicin opuesta. Por lo tanto, las divisorias o parteaguas separan a las diferentes cuencas junto con sus redes hidrogrficas naturales (exclusivamente) y totalmente independientes de sus vecinas (sistemas de corrientes autnomos).
2.- Determinacin del Area de la cuenca
Mtodo del papel cuadriculado:
Este es uno de los mtodos ms prctico y relativamente exacto si se realiza con mucho cuidado, pero es nico inconveniente es que es laborioso.Consiste en emplear lo materiales antes mencionados (papel canson ,hoja milimetrada,escalimetro) de la siguiente manera: En el papel milimetrado se calco el permetro de la cuenca delimitada, luego de bajo se puso la hoja milimetrada que tiene la cudricula mas pequea de 0.25 cm2 que en la escala del plano vale 0.015625 km2. Se procedi a contar el nmero de cuadrados incluidos en el rea, haciendo una marca con el lpiz a medida que se cuenta, luego se multiplico el numero de cuadrados por 0.015625 y asi se obtiene el area en km2 .
Resultados:
rea de la cuenca = 66.28 km2
3.- Clculo del permetro de la cuenca.Mtodo: para calcular el perimetro de la cunca se utilizo un hilo de estao con el cual se demarco los lmites de la cuenca, luego se , se hizo este proceextendi el hilo para hallar su longitud la cual equivale al permetro de la cuenca.Se hizo este procedimiento 5 veces y luego se tomo como resultado ms prximo el promedio.
Dist. en el plano (m)Dist. Real (km)
Permetro 11.5037.50
Permetro 21.4937.25
Permetro 31.5037.50
Permetro 41.5137.75
Permetro 51.4937.25
PROMEDIO1.5037.45
Permetro de la cuenca = 37.45 km
4. Graficar la curva hipsomtrica y la curva de frecuencia de altitudesPara realizar el cuadro se tom un ancho de clase de 200 m, obtenindose 10 intrvalos de clase.El rea de cada intrvalo se realiz con el mtodo del papel milimetrado (anexo).Altitud(msnm)Altitud mediarea(km2)rea (%)rea Acumulada (%)Altitud Media x rea
2800-300029000.1410.2120.2126.147
3000-320031002.5963.9034.115120.987
3200-340033006.6189.94914.064328.333
3400-360035006.3849.59823.662335.919
3600-380037005.2027.82131.483289.365
3800-400039007.57111.38242.865443.907
4000-4200410011.90317.89560.760733.693
4200-4400430011.59117.42678.186749.313
4400-4600450012.83919.30297.488868.596
4600-480047001.6712.512100.000118.072
66.516100.0003994.332
5. Determinar la elevacion media y mediana de la cuenca.
Elevacin media: Se halla en el cuadro con la sumatoria de cada intervalo de: Altitud media x rea(%).Elevacin media = 3994.332 msnm.
Elevacin mediana: Calculando con la frmula:
Elevacin mediana = 4120.247 msnm.
6. Determinar el ndice de forma y el ndice de compacidad ndice de forma (kf)
L: longitud axial = 10.775 kmA: rea de la cuenca = 66.24 km2
Kf = 0.57
ndice de compacidad (Kc)
P: perimetro de la cuenca = 37.45 kmA : area de la cuenca = 66.24 km2
Kc = 1.298
6. Determinar y dibujar el rectngulo equivalente de la cuenca Clculo de los lados y L del rectangulo L
P : permetro de la cuenca = 37.45 kmA : area de la cuenca = 66.24 km2
l = 4.735 kmL = 13.99 km
Altitud(msnm)Area(km2)Li Li(%)Li acum.(%)
2800-30000.1410.0300.2120.212
3000-32002.5960.5483.9034.115
3200-34006.6181.3989.94914.064
3400-36006.3841.3489.59823.662
3600-38005.2021.0997.82131.483
3800-40007.5711.59911.38242.865
4000-420011.9032.51417.89560.760
4200-440011.5912.44817.42678.186
4400-460012.8392.71219.30297.488
4600-48001.6710.3532.512100.000
Grafica del triangulo equivalente en AutoCAD.
7. Calcular la densidad de corriente (Dc)
# de corrientes permanentes e intermitentes = 16 Area de la cuenca = 66.24 Dc = 0.242
8. Calcular la densidad de drenaje de la cuenca (Dd)
Para hallar la longitud total de los cauces se procedio a la longitud de cada corriente con el mtodo del hilo de estao. Resultando:Quebradas que contienen a la corrienteDist. En el plano(cm)D(Km)
1Q. Tolle - Q. Ocopa19.64.900
2Q. Rondocanhuayjo19.74.925
3Q. Huacapunco12.63.150
4Q. Jahuamayo20.65.150
5Q. Rajachac - Lag. Quellhuacocha 39.19.775
6Lag. Yanacocha4.11.025
7Lag. Llojcha5.01.250
8Yananan8.22.050
9Patahuasi4.11.025
10Cerro Ojllajasa5.01.250
11Cruz Pampa12.43.100
12Cruz Pampa2.90.725
13Q. Kellkehuayjo8.92.225
14Q. Kellkehuayjo3.80.950
15Pitopato6.11.525
16Longitud del Ro Principal48.112.025
Total55.050
Longitud total de las cauces = 55.05 kmArea de la cuenca = 66.24 km2Dd = 0.831
9. Calcular la pendiente de la cuenca usando el criterio de Alvord y del rectngulo equivalente
a) Criterio de Alvord
S: Pendiente de la cuenca A: rea de la cuencaD: Desnivel entre curvas de nivel Li: Longitud de cada curva de nivel
ara medir la longitud de cada curva de nivel dentro de la cuenca se utiliz el hilo de Estao.
Obteniendo:Curva de nivelL(km)
30003.000
320013.150
340015.675
360014.925
380018.950
400022.200
420021.300
440031.875
460011.000
Total152.075
Entonces:
S = 0.46
b) Criterio del rectangulo equivalente
Donde, H: Desnivel total de la cuenca L: Longitud mayor del rectangulo equivalente (L = 13.99km = 13990m)
10. Dibujar el perfil longitudinal del curso principal de la cuencaDibujo adjunto en la pagina siguiente.
11. Calcular la pendiente del cauce principal, por los tres mtodos explicados en el texto.
11.1. Pendiente media
Donde, h1:cota mas alta del cauceh0:cota mas baja del cauce l: longitud del cauce
=
11.2. Pendiente de comparacion de areas
Donde, h1:cota mas alta del cauceh0:cota mas baja del cauce l: longitud del cauce
11.3. Pendiente equivalente constante
Donde, li:longitud de cada cotaSi:pendiente de cadacota
Distancia(m)CotaDesnivelS
3450
145036001500.1033.116
360038002000.0554.264
265040002000.0753.651
180042002000.1113.00
80044002000.2502.00
52545001000.1902.294
total18.325
12. Relacion area longitud del cauce
donde: A: Area de la cuenca () A = 66.24 L: Longitud del cauce (km) L = 12.025 km (del perfil longitudinal)
n = 0.45 si est dentro del margen.
Conclusiones :
El estudio de cuencas es un fundamental para la hidrologa, ya con los resultados que obtenemos de estos nos permiten conocer y evaluar la zona en la que se encuentra la cuenca para, principalmente, proyectos futuros de ingeniera. La delimitacin de cuencas nos permite conocer el escurrimiento originado por la precipitacin que forma un sistema de corrientes de agua que fluye a la salida de la cuenca. Es importante usar mtodos que den resultados que estn mas cercanos a la realidad, sin importar el tiempo invertido en ello, ya que de esto depende un buen proyecto de ingeniera. Una cuenca es de vital importancia porque distribuye el agua necesaria para plantas, animales y personas que habitan ella.
PARAMETROSVARIABLEUNID.MAGNITUD
1.-PARAMETROS GEOMORFOLOGICOS
SUPERFICIE TOALATKm^266.28
SUPERFICIE TOTAL DE DRENAJEADKm^266.28
PERIMETROPKm37.45
CENTRO DE GRAVEDADLATITUDLsgm's''
LONGITUDLwgm's''
ALTITUD MEDIAHmsnmmsnm3887.5
DESNIVEL TOTALDtKm1.875
PENDIENTE DE LOS TERRENOSIp%
PENDIENTE MEDIA DEL CURSO PRINCIPALIc%9.7
LONGITUD DEL CURSO PRINCIPALLcpKm12.025
LONGITUD DEL CURSO PRINCIPAL AL C.GLcgKm
2.-INDICES ACUMULADOS
RELACIONES DE FORMA
FACTOR DE CUENCACoeficiente de compacidadKc1.298
Coeficiente de reasCAR
FACTOR DE FORMALongitudLBKm10.412
Ancho medioMMKm8.49
Factor de formaFF0.57
Rectngulo equivalente lado mayorLeKm13.99
Rectngulo equivalente lado menorLmKm4.735
ESTIMACION DE CAUDALES MAXIMOS
1.- METODO DEL HIDROGRAMA UNITARIO TRIANGULAR.- Este mtodo se basa en el clculo del caudal pico que viene a ser el caudal mximo el cual se obtiene mediante la siguiente expresin.
Donde:Qp=Caudal pico (m3/seg).Pe= 21.01 (Precipitacin efectiva (mm)).A= 66.28 (rea de la cuenca (km2))tb= Tiempo base (hrs) El valor de hpfue adoptado del promedio aritmtico del registro de la estacin de Ccatcca. Se tuvo en cuenta que el valor hallado no es un valor que represente el valor verdadero de la zona donde se ubica la cuenca, este se eligi con fines acadmicos y prcticos. Del anlisis de varios hidrogramas, Mockus concluye que:
Tb= tiempo base (hrs).De= Duracin efectiva (hrs).Tr= Tiempo de retardo (hrs).
Tiempo pico (del hidrograma triangular):
Duracin efectiva: Cuencas grandes:
Cuencas pequeas:
Tiempo de retardo: (Ven Te Chow)
Tiempo de Concentracin.- Segn Kirpich.-
-Puesto que estamos trabajando con una cuenca pequea, entonces: -Entonces ya podemos hallar el tiempo de retardo:
-Calculado nuestro tiempo pico:
-Calculado nuestro tiempo base:
-Finalmente podemos calcular el caudal pico
MTODOS EMPRICOS PARA EL CLCULO DE CRECIENTES1.- MTODO RACIONAL.-El caudal mximo se calcula por medio de la siguiente expresin, que representa la formula racional:
Donde:Qp=Caudal pico o mximo (m3/seg).C= Coeficiente de escorrentaI= Intensidad de la precipitacin (mm/hr)A= 68.112 km2 (rea de la cuenca)
CALCULO DEL COEFICIENTE DE ESCORRENTA.-Se hall el coeficiente de escorrenta mediante el siguiente cuadro:
Se dividi la cuenca en 3 sectores:
Obteniendo.-Area(km2)
AREA DE CULTIVO(KM2)11.054C10.5
AREAS DE VEGETACION(KM2)10.816C20.4
PRADERAS (coberturas de pastos)(KM2)44.41C30.7
TOTAL(KM2)66.28
Hallamos C con el promedio ponderado.-
CALCULO DE LA INTENSIDAD.- Este valor se determina a partir de la curva intensidad duracin periodo de retorno, entrando con una duracin igual al tiempo de concentracin y con un periodo de retorno de 10 aos, que es lo frecuente en terrenos agrcolas. Tiempo de Concentracin.- Segn Kirpich.-
Frmula Australiana.-
Frmula de George Rivero.-
Frmula del SCS.-
Segn la misin tcnica Alemana del Plan Meriss II.- Periodo de RetornoLn(I)
10 aosLn(I)=2.39292-0.55465 Ln(t)
Con todos estos valores obtenidos reemplazamos en la formula Racional para obtener el caudal mximo.
2.- MTODO DE MAC MATH.-
I = 10.834 mm/hrA= 6628 haS=97.3
CALCULO DEL COEFICIENTE DE ESCORRENTA.-Se hall el coeficiente de escorrenta mediante el siguiente cuadro:
Obteniendo.-VEGETACINSUELOTOPOGRAFIA
CoberturaC1TexturaC2pedienteC3
20-500.22Rocosa0.30.0-10.00.15
Ahora podemos hallar el caudal pico.-
4.- MTODO DE BURKLE ZIEGER.-
Asumiendo por ejemplo una superficie de calles comunes de ciudades. (C = 0.625)I=1.0834 cm/hr, A= 6628 ha, S=97.3.
MTODO DEL NMERO DE CURVA.-Permite calcular la precipitacin efectiva
Las cantidades reales de precipitacin y retencin efectiva son iguales a las cantidades potenciales.
PARA CULTIVO:
1. El uso de la tierra es: CULTIVOS2. Tratamiento agrcola es: CURVAS DE NIVEL Y EN TERRAZAS3. La condicin hidrolgica es: POBRE4. El grupo hidrolgico del suelo es: SUELO C baja tasa de infiltracin.5. Determinamos el NC de la tabla 6.8 de BILLON BEJARNC=80
PARA VEGETACIN:6. El uso de la tierra es: BOSQUES7. Tratamiento agrcola es: 8. La condicin hidrolgica es: POBRE9. El grupo hidrolgico del suelo es: SUELO D muy baja tasa de infiltracin (ROCAS).10. Determinamos el NC de la tabla 6.8 de BILLON BEJARNC=83
PARA PRADERA:11. El uso de la tierra es: PASTISALES O SIMILARES12. Tratamiento agrcola es: CURVAS DE NIVEL13. La condicin hidrolgica es: POBRE14. El grupo hidrolgico del suelo es: SUELO D muy baja tasa de infiltracin (ROCAS).15. Determinamos el NC de la tabla 6.8 de BILLON BEJARNC=88
REA(KM2)% REA
REA DE CULTIVO(KM2)11.05416.68
REAS DE VEGETACION(KM2)10.81616.32
PRADERAS (coberturas de pastos)(KM2)44.4167.00
TOTAL(KM2)66.28100
AREAS DE CULTIVO
AREAS VEGETACION
PRADERAS
Determinamos NC:
4.- MTODO DEL FEDERAL HIGHWAY ADMINISTRATION.-
Donde:Calculo de C1 y C2:Ia/P = 10.834/49.98 = 0.22tc
-0.138
Entonces:
Finalmente.-
FACULTAD DE INGENIERA CIVIL