UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU HIDROLGOIA GENERAL
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
ESTUDIO HIDROLOGICO DE LA CUENCA DEL RIO SECO -JAUJACATEDRATICO: Ing. Abel, MUIZ PAUCARMAYTA ALUMNOS: MARMOLEJO BASTIDAS, ROY
HUANCAYO - 2011
ESTUDIO HIDROLOGICO DE LA CUENCA RIO SECO
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CETRO DEL PERUINDICE
0. RESUMEN EJECUTIVO 1. INTRODUCCIN 1.1. Generalidades 1.2. Antecedentes 1.3. Objetivos 2. INFORMACION BASICA DE LA CUENCA 2.1. Descripcion General de la cuenca 2.1.1. Ubicacin politica y administrativa 2.1.2. Ubicacin geografica 2.1.3. Extension y limites 2.1.4. Vias de acceso 2.2. Recopilacion de informacion basica 2.2.1. Informacion cartografica 2.2.2. Informacion hidrometereologica 2.3. Cuenca y sistema hidrografico 2.3.1. Sistema hidrografico 2.3.2. Parametros geomorfologicos 3. ANALISIS DE PARAMETROS METEOROLOGICOS 3.1. Precipitacion total mensual y anual 3.2. Temperatura del aire media mensual y anual 3.3. Humedad relativa media mensual y anual 4. ANALISIS Y TRATAMIENTO DE LA INFORMACION PLUVIOMETRICA 4.1. Registros historicos 4.2. Analisis de concistencia 4.3. Analsis pluviometrico de la cuenca 4.4. Precipitacion total anual media real de la cuenca 5. ANALISIS DE LA INFILTRACION 5.1. Smith Parlange 6. ANALISIS DE LA EVAPOTRANSPIRACION 6.1. Metodo de THONRTHWAITE 6.2. Metodo de BLANEY-CRIDDLE 6.3. Metodo de PENMAN 6.4. Metodo de HARGREAVES
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CETRO DEL PERU 6.5. Cuadro comparativo
5.- Balance hidrico de la cuenca5.1. Escurrimiento 5.1.1. Curva de duracion 5.1.2 Curva masa o curva de volumenes acumulados
5.1.3 Curva de variacion estacional 6.- Caudales.6.1.1 Metodo Racional: 6.1.2 Metodo de Mac Math 6.1.3 Burkli Zieger 6.1.4 Metodo de Kresnik
7.- Generacion de caudales metodos probabilisticos
8.- Generacion de hidrogramas Unitarios Hidrograma Unitario Hidrograma de la tormenta Obtencin del hidrograma unitario a partir de la curva s para un T de 12 hrs. 9.- Distribucion de valores extremos 9.1 Distribucion Normal 9.2 Distribucion de Gumbel 9.3 Distribucion de Log Normal 9.4Distribucion de Log Pearson Tipo 3 10.- Transito de avenidas 10.1 Metodo de Muskingum 10.2 Metodo de Muskingum- Cunge 11.- MODELAMIENTO EN EL HEC-HMS
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RESUMEN EJECUTIVOEl recurso hdrico representa el elemento vital para el abastecimiento de uso poblacional, agrcola, pecuario, minero, energtico, ecolgico y otros, por lo que es importante el uso optimo, racional y sostenible de estos recursos enmarcados en un enfoque integral, evaluando la disponibilidad, calidad y su uso. El estudio hidrolgico tiene como objetivo conocer los caudales en rgimen natural de la mxima crecida ordinaria y de otras avenidas para cada el punto de inters de la microcuenca. El anlisis pluviomtrico comprende el tratamiento y anlisis de la informacin pluviomtrica existente, para aquellas subcuencas hidrogrficas con deficiente informacin, con objeto de conocer en detalle el valor y distribucin de la precipitacin sobre la cuenca vertiente al tramo estudiado y poder as apoyar, en los casos que ello sea necesario, el clculo de los caudales de diseo. El anlisis lo integran los siguientes aspectos: 1) Recopilacin de toda la informacin existente, y en especial aquella que se derive de estudios recientes. 2) Anlisis y contraste de la informacin obtenida. 3) Anlisis estadstico de las series de precipitaciones. 4) Determinacin de la evapotranspiracin. 5) El clculo de los caudales para distintos periodos de retorno se puede hacer, bsicamente, siguiendo dos metodologas diferentes: El presente trabajo se ocupar, dentro de la componente de Hidrologa,de desarrollar el Estudio Hidrolgico en la cuenca del ro Huarmey, con la finalidad de describir, evaluar, cuantificar y simular el funcionamiento de la cuenca como un sistema hidrolgico integral, para ser empleada en la gestin de los recursos hdricos y en el diseo de las obras hidrulicas proyectadas (captacin, conduccin, obras de arte, regulacin, excedencia, etc.).
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CETRO DEL PERU 1. INTRODUCCIN
De todos los factores que influencian la estabilidad fsica de una estructura hidrulica, la hidrologa es probablemente la mas importante. Los riesgos en nuestro pas son muy severos debido a las condiciones climticas extremas combinadas con la ausencia de amplia informacin hidrolgica. El recurso hdrico representa el elemento vital para el abastecimiento de uso poblacional, agrcola, pecuario, minero, energtico, ecolgico y otros, por lo que es importante el uso optimo, racional y sostenible de estos recursos enmarcados en un enfoque integral, evaluando la disponibilidad, calidad y su uso.
1.1. Generalidades Las aplicaciones practicas de la Hidrologa se encuentran en labores tales como diseo y operacin de estructuras hidrulicas, obras de abastecimiento de agua, tratamiento y disposicin de aguas residuales, riego, drenaje, generacin elctrica, control de inundaciones, navegacin, erosin y control de sedimentos, control de salinidad, disminucin de la contaminacin, uso recreacional del agua, proteccin de la vida terrestre y acutico. El papel de la Hidrologa es ayudar a analizar los problemas relacionados con estas labores y proveer una gua para el planeamiento y el manejo de los recursos hidrulicos. El anlisis ambiental de una unidad hidrogrfica permite, tanto a usuarios como a cientficos o administradores de la localidad, ubicar su punto de partida para la elaboracin de planes y programas de manejo de cuenca para utilizarla de manera ptima; igualmente, la elaboracin del anlisis permite obtener referencias claras y precisas acerca de los elementos, factores, fenmenos y procesos que interactan en la cuenca.
1.2. Antecedentes En el Per desde la dcada de los aos 60, se han iniciado estudios hidrolgicos para la evaluacin y cuantificacin de los recursos hdricos en cuencas de mayor y menor importancia para el desarrollo agropecuario de nuestro pas. La cuenca del rio Huarmey es la cuenca base para un puente de la panamericana norte, el cual estudiaremos.
ObjetivosPrincipal
Describir, evaluar, cuantificar y simular el funcionamiento de la cuenca como un sistema hidrolgico integral, para la gestin de los recursos hdricos en la cuenca del ro Huarmey.
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Especfico
Los objetivos especficos en la cuenca del ro Huarmey son: - Diagnstico de las caractersticas generales de la cuenca - Estudio de la precipitacin en la cuenca - Estudio del funcionamiento hidrolgico de la cuenca - Determinacin del balance hdrico de la cuenca en situaciones actual y futuraMeta
Efectuar el Estudio Hidrolgico en la cuenca del ro Huarmey (2,146.1 Km).
2. . INFORMACION BASICA DE LA CUENCA
2.1. Descripcion General de la cuenca El clima en el rea del proyecto fue identificado mediante el sistema propuesto por Thornthwaite, el cual se basa en la bondad del clima (temperatura y humedad relativa) para el desarrollo de las plantas. Posee un clima desecado desrtico-Semiclido, con temperatura media anual entre 18c y 19c; y precipitacin pluvial total promedio anual, entre 15 y 30 mm. Presenta una nula o escasa cubierta vegetal, dominado mayormente por un manto de arena. 2.1.1. Ubicacin politica y administrativa La cuenca del ro Huarmey abarca el 13.9% de la provincia de Aija, el 6.8% de la provincia de Huarmey y el 12.3% de la provincia de Huarmey del departamento de Ancash. De los 05 distritos de la provincia de Aija, la cuenca abarca slo el 37.3% del distrito Coris. De los 05 distritos de la provincia de Huarmey, la cuenca abarca slo el 42.4% del distrito Huarmey. De los 12 distritos de la provincia de Huaraz, la cuenca abarca 02 distritos; 27.9% del distrito de Pampa y el 100% del distrito de Huanchay. En el siguiente cuadro se resume la distribucin por limite poltico de los 670.9 Km que ocupa la cuenca del ro Huarmey. Demarcacin Poltica DEPARTAMENTO Ancash PROVINCIA Aija Huaraz DISTRITO Coris Huanchay Pampas AREA Km2 96.8 208.5 98.3 (%) 14.4% 31.1% 14.7%
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CETRO DEL PERU Huarmey TOTAL Huarmey 267.3 670.9 39.8% 100%
2.1.2
Ubicacin geogrfica
La cuenca del ro Huarmey se encuentra comprendido aproximadamente entre los paralelos 93808 y 95706 de Latitud Sur y los meridianos 781326 y 774334 de Longitud Oeste. As mismo, la cuenca del ro Huarmey, abarca cumbres hasta los 4700 m.s.n.m. y llega a los 0 m.s.n.m. en su desembocadura al mar. 2.1.3 Extension y limitesLa cuenca del ro Huarmey pertenece a la vertiente del Ocano Pacfico y limita con las siguientes cuencas: Lmites HidrogrficosPUNTO CARDINAL NORTE SUR ESTE OESTE UNIDAD HIDROGRFICA Cuenca del ro Huarmey Cuenca ro Fortaleza Cuenca ro Santa Ocano Pacfico
2.2. Recopilacion de informacion basica Para el adecuado estudio, es indispensable contar con cada uno de los registros de datos necesario, donde mientras mas largo sea el periodo de registro mas seguras van a ser los parametros a determinar y a la vez se va predecir mejor el comportamiento de la cuenca Huarmey.
2.2.1. Informacion cartografica Informacin impresa (IGN) y digital (INRENA) de 02 cartas nacionales correspondientes a la cuenca del ro Huarmey.
2.2.2. Informacion hidrometereologica Expedientes tcnicos y antecedentes dentro de las instituciones relacionadas con el uso de los Recursos Hdricos en la cuenca del ro Huarmey (INRENA, SENAMHI, IGN, ONERN) entre los que destacan el que realiz la ONERN. Informacin Hidrolgica de las descargas del ro Huarmey existente en la Administracin tcnica producto de estudios anteriores realizados y de
-
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CETRO DEL PERU registros diarios reportados por las junta de usuario y la misma Administracin Tcnica. Informacin Climatolgica y Meteorolgica de las estaciones ubicadas en cuencas aledaas a la del ro Huarmey, adquiridas del Servicio Nacional de Meteorologa e Hidrologa SENAMHI, esta informacin es la que completa la existente en la administracin tcnica.
2.3. Cuenca y sistema hidrogrficoDefinimos a una cuenca como el rea del terreno donde todas las aguas cadas por precipitacin se unen para formar un solo curso, es asi que cada curso tiene su propia cuenca.
2.3.1. Sistema hidrogrficoLa cuenca del ro Huarmey, pertenece al sistema hidrogrfico de la vertiente del Ocano Pacfico, tiene una extensin de 670.9 Km2, su curso principal recorre 68,926 Km con rumbo predominante NE-SO desde sus nacientes a 4483 m.s.n.m. en la laguna Saccho hasta su desembocadura en el Ocano Pacifico, la pendiente del curso principal es del orden de 15% en sus nacientes, 3.9% en su curso medio y alcanza el 1.2% en su desembocadura. Las precipitaciones en los cerros del flanco occidental de la Cordillera Negra a 4700 m.s.n.m. y la laguna Saccho alimentan las nacientes del curso principal que nace en la qda. Uliuran, para luego convertirse en quebrada Huanchay. 2.3.2 Sub cuencas tributarias.
La cuenca del ro Huarmey es una unidad hidrogrfica de nivel 7 (unidad hidrogrfica mayor) y cuenta con 9 unidades hidrogrficas de nivel 8 (unidades hidrogrficas menores). Las (05) unidades hidrogrficas menores que forman los principales afluentes en la cuenca del ro Huarmey enumerados en orden desde su naciente hasta su desembocadura son: la quebrada Huanchay (Alto Huarmey), el ro Rurca, la quebrada Cotapuquio, la quebrada Acray y la quebrada Junco. Por otro lado las (04) unidades hidrogrficas menores restantes forman las intercuencas del cauce principal del ro Casma desde la confluencia de las quebradas Huanchay y Copipunta que recibe el nombre de Medio alto Huarmey hasta su desembocadura que toma el nombre de Bajo Huarmey. El siguiente cuadro y figura resumen las caractersticas ms importantes de los cursos ms importantes de cada una unidad hidrogrfica menor de la cuenca del ro Huarmey. 2.3.3 Parmetros geomorfolgicos La forma de la cuenca del ro Huarmey es cuantificada por los siguientes parmetros: coeficiente de compacidad y factor de forma.
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CETRO DEL PERU La cuenca del ro Huarmey tiene un coeficiente de compacidad de 1.93 y al comparar el coeficiente de compacidad entre las cuencas de nivel 8 se concluye que la cuencas de Alto Huarmey presenta mayor posibilidad de presentar crecidas de menores tiempos de concentracin ya que su coeficiente es ms cercanos a la unidad. El factor de forma para la cuenca del ro Huarmey es de 0.14 y al comprara esta factor en las cuencas de nivel 8 se aprecia que la cuenca del ro Rurca tendra posibilidad de crecientes de menor magnitud al tener un factor de forma pequeo de 0.20. El siguiente cuadro presenta los parmetros de forma por unidad hidrogrfica menor. La definicin de los parmetros de forma se presenta a continuacin. Coeficiente de Compacidad o ndice de Gravelius (Kc) 1. Se define como la relacin entre el permetro de la cuenca hidrogrfica a la circunferencia de un crculo cuya rea sea igual a la de la cuenca. Los valores de KC prximos a la unidad nos indican que en la cuenca habr mayores posibilidades de crecidas debido a que los tiempos de concentracin de los diferentes puntos de la cuenca sern iguales. Se debe cumplir:
Kc =
P 2 A
(adimensional )
-
Donde: P A : permetro de la cuenca (Km) : rea de la cuenca (Km)
Factor de Forma (Ff)
2. Es un ndice establecido por Horton, que se define como la relacin entre el ancho medio de la cuenca (A/Lb) y la longitud del curso de agua ms largo. Una cuenca con factor de forma bajo est sujeta a crecientes de menor magnitud. Se debe cumplir:
Ff =
A Lb2
(adimensional )
Donde: Lb: longitud del curso de agua ms largo (Km) i. Parmetros de Relieve Relieve del cauce principal El relieve del cauce principal se representa mediante el perfil longitudinal y puede ser cuantificado mediante parmetros que relacionan la altitud con la longitud del cauce principal. Los principales parmetros son la pendiente media del cauce y la pendiente equivalente constante. El cuadro siguiente muestra los parmetros de relieve del cauce principal de cada unidad hidrogrfica menor.
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CETRO DEL PERU Parmetros de relieve del cauce principal Para el ro Huarmey la pendiente media es de 6.5% y su pendiente equivalente constante de 2.9%. El ro Huarmey tiene una pendiente equivalente alta entre su naciente hasta la confluencia con el ro Rurca, alcanzando 14.6%, y disminuyendo hasta 6.6% en la cuenca medio alta. A partir de all la pendiente se hace mucho menor con valores en la cuenca medio, medio bajo y bajo que van desde 3.9%, 2.4% y 1.2% respectivamente. Las siguientes figuras presentan los perfiles longitudinales para el ro Casma desde sus nacientes hasta su desembocadura y los perfiles del curso principal de las (05) unidades hidrogrficas menores que son cuencas.
3. ANALISIS DE PARAMETROS METEOROLOGICOS En presente captulo, estudiamos los fenmenos meteorolgicos que se dan en la cuenca Huarmey centrndonos bsicamente en las diferentes etapas del ciclo hidrolgico, donde en cada proceso mediante mtodos matemticos determinaremos la cantidad de agua que interviene en dicho proceso. Asimismo se detallara geogrficamente la cuenca siguiendo el curso de las quebradas que la conforman, todo con el objetivo de determinar el caudal neto que pasara por la estructura a construir en nuestro Punto de Inters.
3.1. Precipitacion total mensual y anual Se entiende por precipitacin como toda forma de humedad que originndose en las nubes llega a la superficie terrestre
Se entiende por precipitacin como toda forma de humedad que originndose en las nubes llega a la superficie terrestre TOMAMOS DE 4 estaciones las cuales son : PIRA QUIAN COTAPARACO HUARMEY
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3.2 Temperatura del aire media mensual y anual
3.3 Humedad relativa media mensual y anual 3.4Velocidad del viento 4. ANALISIS Y TRATAMIENTO DE LA INFORMACION PLUVIOMETRICA
4.1. Registros historicos SI observamos las tablas de precipitaciones se observa la falta de algunos datos en la estacin de MALVAS (faltan datos en el ao 2004 y 2005). Para completar dichos datos faltantes, lo realizamos por el mtodo de la Regresin Lineal
Estimacion de daltos faltantes
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4.4 Precipitacion total anual media real de la cuenca
METODO DE LOS PROMEDIOS
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METODO DE LAS ISOYETAS
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METODO POLIGONOS DE THIESEN
METODO THIESEN MEJORADO
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6. ANALISIS DE LA EVAPOTRANSPIRACION Datos a trabajar
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4.5Clculo de infiltracin
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En la Cuenca del Ro Huarmey predomina el suelo ARCILLO ARENOSO, debido a las caractersticas que presenta este suelo, procedemos hallar la infiltracin por el MTODO DE LA ECUACIN DE SMITH - PARLANGE.
Tipo de suelo
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5.- Balance hidrico de la cuenca
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CETRO DEL PERU 6.1. Escurrimiento 6.1.1. Curva de duracion
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5.1.2 Curva masa o curva de volumenes acumulados
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5.1.3 Curva de variacion estacional
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5 Caudales.5.1.1 Metodo Racional:
5.1.2 Metodo de Mac Math
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5.1.3 Burkli Zieger
5.1.4 Metodo de Kresnik
5.2 Generacion de caudales metodos probabilisticos
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N 1 2 3 4
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N
Qm
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1 2 3 4 5 6
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1 1 5 1 8 1
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5.3 Generacion de hidrogramas Hidrograma Unitario Hidrograma de la tormenta
Curva S o hidrograma S
Obtencin del hidrograma unitario a partir de la curva s para un T de 24 hrs.
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7. Distribucion de valores extremos 6.1 Distribucion Normal
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6.2 Distribucion de Gumbel
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6.3 Distribucion de Log Normal
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6.4 Distribucion de Log Pearson Tipo 3
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8. Transito de avenidas 7.1 Metodo de Muskingum
7.2 Metodo de Muskingum- Cunge
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MODELAMIENTO EN EL HEC-HMS1. Condicin: En la cuenca no hay flujo base y disponemos de datos de precipitacin neta. DATOS DE LA CUENCA.-
AREA TOTAL =
2287234316.7 5
Tc = 155min Previamente a esta precipitacin, el cauce estaba seco (no haba caudal base): 2. PRIMEROS PASOS: Atributos del programa: 3. MODELO DE LA CUENCA: Creamos el modelo de la cuenca
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DATOS DE PRECIPITACIONES:
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4.
MODELO METEOROLGICO:
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5.
ESPECIFICACIONES DE CONTROL:
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6.
EJECUCIN Y OBTENCIN DE RESULTADOS:
LOS RESULTADOS SON:
Rio Rurca
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QUEBRADA COTAPUQUIO
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TIME 14:00 14:10 14:20 14:30 14:40 14:50 15:00 15:10 15:2047
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DATE 30-mar-07 30-mar-07 30-mar-07 30-mar-07 30-mar-07 30-mar-07 30-mar-07 30-mar-07 30-mar-07
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TIME 14:00 14:10 14:20 14:30 14:40 14:50 15:00 15:10 15:20
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QUEBRADA ACRAY
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TIME 14:00 14:10 14:20 14:30 14:40 14:50 15:00 15:1049
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QUEBRADA JUNCO
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DATE 30-mar-07 30-mar-07 30-mar-07 30-mar-07 30-mar-07 30-mar-07 30-mar-07 30-mar-07 30-mar-07 30-mar-07 30-mar-07 30-mar-07 30-mar-07
TIME 14:00 14:10 14:20 14:30 14:40 14:50 15:00 15:10 15:20 15:30 15:40 15:50 16:0051
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CONCLUSIONES
El presente informe nos permitio estudiar los diversos metodos para el analisis de informacion pluviometrica, evapotranspiracion e infiltracion. De la cuenca del rio Huarmey cuenca, podra abastecer a la poblacin.
El presente informe nos permite verificar si el caudal de la presente cuenca, podra abastecer a la poblacin o para el diseo del puente en la panamericana Norte.
En un futuro el volumen que se podra embalsar en la cuenca del rio Huarmey es 81.44 miles de m3.
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