hidrologia y calidad de agua importancia

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Ing: PEDRO BARTOLOME P.Huaraz, septiembre del !"#

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$O%TE%IDO

2

1. Marco teórico.

2. Manejo del software Hidroesta.

3. Desarrollo de un ejemplo de aplicación.

4. Evaluación.

5. Conclusiones finales

. !in de la conferencia.

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". I%TROD&$$IO%

3

" trav#s de la presente E$posición% dar# una &revee$plicación de los conceptos mas importantes para eldesarrollo del tema% como disponi&ilidad de a'ua%ciclo (idroló'ico% cam&io clim)tico% calculo de ldemanda de a&astecimiento% recopilación de lainformación de datos en el campo% caracter*sticasimportantes an)lisis de la calidad del a'ua% + elmodelamiento de cuencas.

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. MAR$O TEORI$O

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." Disp'nibilidad de agua,a disponi&ilidad de a'ua en el mundo se (a reducido ala mitad en los -ltimos treinta a os./n 0 de la superficie de la tierra es a'ua% pero lama+or parte de #sta es oce)nica. En volumen% sólo 3de toda el a'ua del mundo es a'ua dulce% + en suma+or parte no se (alla 'eneralmente disponi&le./nas tres cuartas partes de toda el a'ua dulce se (allainaccesi&le% en forma de cas uetes de (ielo + 'laciaressituados en onas polares mu+ alejadas de la ma+orparte de los centros de po&lación sólo un 1 es a'uadulce superficial f)cilmente accesi&le.

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6sta es primordialmente el a'ua ue se encuentraen los la'os + r*os + a poca profundidad en elsuelo% de donde puede e$traerse sin ma+or costo.7ólo esa cantidad de a'ua se renueva

(a&itualmente con la lluvia + las nevadas + es% portanto% un recurso sosteni&le.

Mientras ue el a'ua cada ve es m)s escasa% lapo&lación si'ue aumentando

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http://slidepdf.com/reader/full/hidrologia-y-calidad-de-agua-importancia 8/139AUTORIDAD NACIONAL DEL AGUA

DIRECCIÓN DE CONSERVACIÓN Y PLANEAMIENTO DE RECURSOS

Disponibilidad de agua en el Perú

17% PBI

1.8%

97.7%

0.5%

65%

80% PBI

30%

5%

3% PBI

VERTIENTE DISPONIBILIDAD POBLACION PBI

PACIFICO 1 !" #$" !%"

ATLANTICO &' '" (%" 1'"

TITICACA % $" $" ("

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Cara)*eri+a)i,n de las Disponibilidades por-abi*an*e.A/o

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Disponibilidad 0 dri)a Per C2pi*a 3 ( .-ab.a/o

DISPONIBILIDAD 04DRICA PER C5PITA

63(

.-ab.a/o7

DISPONIBILIDAD 04DRICA PER C5PITA63 ( .-ab.a/o7

UNIVERSIDAD CESAR VALLEJOFACULTAD DE INGENIERIA

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Disponibilidades al '$" de persis*en)ia por)uen)as

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De3andas a*endidas por )uen)as

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. $i(l' )idr'l*gi('

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16

o Circulación del a'ua en cual uiera de sus estados f*sicos8l* uido% sólido o 'aseoso9.

o Conjunto de procesos ue ocurren en forma continua% notiene principio ni fin.

o 7ol es fuente de ener'*a.

Ciclo idrológicoCiclo idrológico

Ecuación del ciclo idrológico!

"recipitación # escurrimiento $infiltración $ evaporación $

transpiración $ almacena%e

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17

"recipitación"recipitación

InfiltraciónInfiltración

Flu%o superficialFlu%o superficial

Flu%o subterráneoFlu%o subterráneo

&ivisoria de&ivisoria deaguasaguas

IntercepciónIntercepción

Ciclo idrológico en cuencaCiclo idrológico en cuenca

EvapotranspiraciónEvapotranspiración

Interflu%oInterflu%o

'ivel freático'ivel freático

&ivisoria de aguas&ivisoria de aguas

(ío(ío)gua subterránea)gua subterránea

)gua subterránea)gua subterránea

'ivel freático'ivel freático

Interflu%oInterflu%o

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CicloCicloidroló icoidroló ico

*uperficieoceánica

"recipitación

Escurrimiento+ almacenamiento

InfiltraciónEvapotranspiración

Evaporación "recipitación

"recipitación

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Hom&re intenta adaptar o modificar ciclo (idroló'ico para (acerlo m)s -til asus necesidades.Ejemplos: Lluvia artificial % desalinización del a'ua de mar oconstrucción de embalses para controlar flujo de r*os.

¿Ci)lo del agua puede ser 3odi8)adopor -o3bre9

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Kravèík descri&e el (i(l')idr'l*gi(' de una 'ota de a'ua.7e evapora de una planta% de lasuperficie terrestre% de unpantano% de un r*o% de un la'o odel mar para aca&ar volviendo ala tierra en forma de precipitación.7i la 'ota de a'ua vuelve a caeren un &os ue% la'o% (ier&a% pradoo campo% puede cooperar con lanaturale a% para iniciar un nuevociclo (idroló'ico. +El dere()' ded'mi(ili' de una g'ta 'rma

parte de l's dere()'sundamentales, - es undere()' in initamente m simp'rtante /ue l's dere()'s)uman's+, afirma Kravèík.

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Ca !a" #$%&#' !()*()&!a

C *+a !( D(,)(-,'C *+a !(

C*()&#&(-.'

/T&(#0' !( C*()&!a

C *+a !( A2'.a#&(-.'O (,.&a3(

/T&(#0' !( R(,0 (,.a

/T&(#0' 4a,(

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2.3 C"M;<= C,<M"><C=2.3 C"M;<= C,<M"><C=

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!enómeno o&servado en las medidas de la

temperatura ue muestra en promedio unaumento en la temperatura de la atmósferaterrestre + de los oc#anos en las -ltimas d#cadas.

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,a ('n0en(i'n mar(' de las na(i'nes unidas, so&reel cam&io climatico usa el t#rmino ?(ambi' (lim ti('1s'l' para re erirse al (ambi' p'r (ausas )umanas:

@or Acam&io clim)ticoA se entiende un(ambi' de (limaatribuid' dire(ta ' indire(tamente a la a(ti0idad)umana ue altera la composición de la atmósfera

mundial + ue se suma a la varia&ilidad natural del climao&servada durante per*odos compara&les.

Art2(ul' ", p rra '

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El calentamiento ocurre por el efecto invernadero%de&ido a ue la lu solar penetra desde el espacioe$terior% c(oca contra la superficie del planeta% seconvierte en calor + lue'o es irradiada de re'reso(acia el espacio e$terior.

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3&E E4 LO 3&EOB4ER5A% A3&67

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.8 Demanda de sistemas de abaste(imient'

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.8 Demanda de sistemas deabaste(imient'.

@ara el calculo de la demanda de a'ua sere uiere anali ar cuatro varia&les ue son:B @eriodo de dise oB @o&lación actual + futuraB Dotación de a'ua

B Calculo de caudales

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Según DI:ESA

De&e entenderse ue para todos los casos la red de tu&er*as de&e dise arsepara 2 a os

Sis*e3as Periodo de re*orno6 a/os7

G*a+(!a! /4'#8(' 1

T*a.a#&(-.' 1

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de d'nde:@f po&lación futura@a @o&lacion actualr tasa de crecimiento anual por milt numero de a os

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E9empl':Datos:@a: 5 : 25 por mil> : 2 a os

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D'ta(i*n de agua : se e$presa en litros por persona ald*a8lppd9 + D< E7" recomienda para el medio rural%los si'uientes par)metros:

;ona <odulo 6lppd7

S&(**a 5

C',.a 6S("+a 7

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,a =M7 recomienda los par)metros si'uientes:

Pobla)i,nCli3a

Frio CalidoR *a" 1 1

1 1 1515 15

5 5

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,a tendencia a mediano pla o es ue las letrinas

cam&ien a alcantarillado + las piletas ainstalaciones domiciliarias% se recomienda dise arcon instalaciones a futuro con dotaciones de 1lppd.

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Planta de Tratamient' de la M'ra

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$audales de dise ':

,os par)metros para un pro+ecto de a'ua pota&le sonlos si'uientes:Caudal medio diario 8Gm9Caudal m)$imo diario 8Gma$.d9Caudal m)$imo (orario8Gma$.(9

@ara el calculo se recomienda las relacionessi'uientes:

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Gma$ d 1.3 GmGma$ ( 2. Gm

Apli(a(i*n:Datos:Modulo: 1 lppd@o&lación: 2 (a&itantes

Gma$ d 1.3 2.31 3. lIsGma$ ( 2. 2.31 4. 2 lIs

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El caudal G Ma$ d% servir) para el dise o de lacaptación + l*nea de conducción + reservorio.En G m)$. (% para el dise o del aductor + sistemade distri&ución.En caso se pueda + decida captar el caudal

m)$imo (orario% se puede prescindir del reservorioen el sistema.

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.# Medi(i*n de las0ariables

)idr'l*gi(as :

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.#."Medida de la pre(ipita(i*n:

7e puede medir a trav#s de: @luviómetros + pluvió'rafos. )dares + sat#lites. "n)lisis del manto de nieve. Condensaciones ocultas.

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.#." $ara(teriza(i*n de laspre(ipita(i'nes:

"lturaDuración e intensidad

!recuencia@eriodo de retorno

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,as prin(ipales uentes de err'r ue sur'en alusar instrumentos para evaluar la precipitación

de una cuenca son:

De i(ien(ias en el instrumento.

;alta de representati0idad o e$posición de laestación en la cuenca.Redes de esta(i'nes planeadas po&re oinsuficientemente.

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Pre(ipita(i*n pr'medi' en una (uen(a:

M#todo de la media aritm#tica. M#todo de >(iessen.

M#todo de las iso+etas.

Media Aritmeti(

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Is'-etas

T)iessen

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T'ma de dat's en (amp' Ri' santa

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Ri' $asma

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Ri' 5iru

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Esta(i*n de ('nd'r(err'

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E4TA$IO% $O%DOR$ERRO

Año Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic1956 166.1 216.1 356.3 366 105.7 64.4 45.2 45.9 46.1 71.5 66.9 74.6

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1957 116.7 139.5 295.3 538.8 135.1 95.9 59.8 53.5 63 87 66.9 119.7

1958 191.1 206.5 274.1 245.3 83.9 60.8 59.2 60.2 74.2 97.2 109.5 125.7

1959 140.7 247 418.2 304.9 152.5 64.2 51.2 52.9 46.3 82.2 86 170.1

1960 245.5 330.6 371.1 264.7 129.6 72.5 50.9 50.6 49.9 64.4 96.4 114.5

1961 252.9 209 357.1 324.6 117 65.3 42.4 40.4 38.8 51.9 104.7 179.4

1962 360.5 520.3 471.5 284.1 106.2 70.4 50.9 47.5 53.8 54.5 77.6 84.61963 160.4 200.7 456.8 361.4 111.7 58.3 46.6 44.4 50.6 63.9 128.1 226

1964 183.4 234.8 298.7 269.3 127.5 62.7 52.7 49.1 44.3 73.1 104.3 75.7

1965 101.4 162.1 361.1 191.7 107.5 58.4 46.5 45.3 64.5 96.5 102.7 144.7

1966 239.8 214.8 182.1 129.9 97.3 61.1 64.3 62.8 68 115.5 125.9 125

1967 198.4 512.8 469.6 165.4 101.5 72.7 60.4 49.2 50.1 122 105.3 113.6

1968 134.2 141.5 198.5 105.2 60.6 46.6 41.5 39.7 49.7 78.4 87 95

1969 108.7 142.1 280.1 296.4 96 64.5 47.7 45.7 49.2 81.9 108.8 239.4

1970 403.2 193.7 236.3 224.1 188.7 69.1 68.1 67.2 64.9 74.1 110.5 138.1

1971 112.7 245.5 345.4 379.5 110.6 71 63.6 63.1 48.8 85.9 84.7 154.2

1972 173.2 262.4 339 345.4 161.8 78.7 67.8 60.2 60.6 70.8 93.5 135.5

1973 220.6 295.8 403.2 415.4 159 84.9 69 61.3 72 131.7 164.3 202.4

1974 302 409.4 337.7 254.1 100 76.4 57.9 51.5 50.1 69.2 83.1 96.9

1975 178.2 306 506.4 257.8 168.9 87.1 61.4 56.2 64.9 92.5 98 87.3

1976 232.6 305 352.1 196.3 73.9 64 48.4 43.7 46.2 68.2 75.5 85.9

1977 159.7 424.5 330.7 186.7 93.8 68.7 52 53.2 53.9 66.7 113.7 127

1978 122.1 223.2 173.9 140.7 113.9 64.1 53.2 42.8 65.9 66.8 100.2 118.4

1979 125.8 248.5 505.3 231.3 102.1 63.1 51.6 50.6 61.7 73.9 100.8 113.3

1980 128.8 142.3 129.5 130 72.2 64.7 50.7 54.1 72.4 108.7 138.9 238.6

1981 159.4 477.1 394 177.7 86.7 66.9 54.7 47.6 44.4 89.6 171 195

1982 175.8 350.2 190 192.8 97.7 65.5 48.9 43 48.7 107.1 181.8 257.1

1983 341.4 202.6 386.1 330.8 153.5 89.5 63.8 53.4 54 70.5 94.3 176.9

1984 137.4 711 600 346.4 171.3 93.5 58.6 45 45.1 106.7 78.8 1441985 142.5 158.5 172.5 174.5 83.5 46.7 35.3 34.4 52.2 53.2 62.7 89.8

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Descar'as promedio mensuales del r*o 7anta 1L5 J 2 12% para diversos percentiles

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> 8a os9 um&el amma 2 amma 3,o' Kormal

2,o' Kormal

3 @romedio1 2% 3 1%LL1 1% 4L 2%355 1% 33 2% 1

5 1% 31 1% 14 1%013 2% 5 1% L0 1% 24

25 1% 24 1% 3 1%5 0 1%0 4 1%552 1% 3

1 1 345 1 3 1 351 1 423 1 34 1 3

Distri&uciones de las descar'as m)$imasinstant)neas anuales 8mNIs98<9

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.= An lisis - (alidad del agua

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$alidad de agua p'r salinidad: Determinada porla conductividad el#ctrica8CE9% ue se e$presa enm(osIcm

Tipo de agua CE63i)ro3-os.)37

E%)("(-.( a 8 (-a ;a,.a 1

R(2 "a* a 0(*3 !&)&a" 1 :

P(*3 !&)&a" a !a<&-a Ma='* a :

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Rela0es miner's

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@ar)metros de calidad + limites m)$imos de a'ua pota&le enel @er-.

Par metr' LMPColiformes totales /!CI1 ml 8 ausencia9Coliformes termotolerancias% /!CI1 ml 8 ausencia9;acterias (eterotroficas% /!CIml 5@( .5F .5>ur&iedad /K> 5Conductividad 25O C . Microm(osIcm 15

Color% /CP @tFCo 2Cloruros% m'Il 257ulfatos% m'Il 25Dure a% m'Il 5Kitratos% m' K=3 5Hierro% m'Il .3Man'aneso% m'Il .2

"luminio% m'Il .2Co&re% m'Il 3@lomo% m'Il .1Cadmio% m'Il . 3

"rsenico% m'Il .1Mercurio% m'Il . 1Cromo% m'Il . 5

!luor% m'Il 27elenio% m'Il . 5

Di t i d l M7 l lid d d '

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Directrices de la =M7 para la calidad de a'uapota&le8 enova 1LL39.

4*e3 Ele3en*os.sus*an)ias S 3bolo.?or3ula Dire)*ri+63g.l71 A" #&-&' AL

A-.&#'-&' S8 5: A*, -&)' A, 1

4a*&' 4a :5 4'*' 4 :6 Ca!#&' C! :7 C"'*' C" 5

C*'#' C* 59 C'8*( C

1 C&a- *' CN 711 F" '* F 1 5

1 P"'#' P8 11: Ma-2a-(,' M- 51 M(*) *&' H2 115 M'"&8!(-' M' 716 N& (" N&17 N&.*a.' = -&.*&.', NO: NO 5 / -&.*a.' .'.a"1 S("(-&' S( 1

19 S'!&' NaS "Ba.' SO 5

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.> An lisis - m'delamient' de (uen(as

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.> An lisis - m'delamient' de (uen(asEl proceso de modeli ada de cuencas cuenta con dosposi&ilidades. Modelos matem)ticos + modelos f*sicos.

M'del' : /n modelo matem)tico representando un procesoestoc)stico se llama modelo estoc)stico o modelo de la seriede tiempo.

@ara modeli ar una cuenca se de&e de conocer tanto elpropio modelo matem)tico como la cuenca a tratar.

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M'dela9e de series de tiemp': ,os pasos en el

modelaje son:7elección del tipo de tiempo<dentificación de la forma o el orden del modelo8numero de par)metros9.Estimación de los par)metros del modeloCompro&ación de la &ondad del modelo.

El modelaje es por eso en un proceso iterativo.

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7e de&e contemplar el cali&rado del modelo + elan)lisis de sensi&ilidad.

El proceso de cali&rado e$i'e el conocimiento dedatos de avenida% de datos de lluvia + de la

situación de la cuenca al momento de producirse.,os modelos (idroló'icos tienen una clasificación&asada en su utili ación.

Modelos de avenidas: M'del' HE$?HM4 .Modelos de recursos.

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HE$?HM4El m'del' permite:

Modeli ación de cuencas complejas por medio dela división en su&cuencas.<nclusión de lluvia% con la creación de tormenta de

lluvia del pro+ecto.Calculo de (idro'ramas + superposición de(idro'ramas.>ransito de (idro'ramas.,aminación del em&alse + otros efectos de o&rasen el cauce 8 tomas% &om&as% rotura de presasetc.

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El pro'rama% puede simular la respuesta ue tendr)la cuenca de un rio en su escurrimiento superficialcomo producto de la precipitación% mediante larepresentación de la cuenca como un sistemainterconectado de componentes (idroló'icos e(idr)ulicos.

/n componente puede representar una identidadde escurrimiento superficial% un canal de flujo o unem&alse.

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,os resultados de los estudios se pueden aplicarpara :

Disponi&ilidad de a'ua.Drenaje ur&ano.

@redicción de flujo.educción de los da os de las avenidas.=peración de sistemas.

Dise ' Hidr'l*gi(':

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Dise Hidr l gi( :Es el proceso de evaluación del impacto de los

eventos hidrológicos en un sistema derecursos hidráulicos + de esco'er valores paralas varia&les importantes del sistema para ueeste se comporte adecuadamente.

,a principal preocupación es el flujo de a'ua a

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, p p p p jtrav#s de un sistema.

Es(ala del dise ' )idr'l*gi(': 7e puedenclasificar en dos cate'or*as:

El ('ntr'l del agua : El drenaje% el control decrecientes% la disminución de contaminación% econtrol de sedimentación + el control desalinidad.

El us' de agua - su mane9': El suministrode a'ua domestica e industrial% la irri'ación% la'eneración (idroel#ctrica% etc.

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Dise ' de us' de agua: El dise o para el uso de a'ua

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Dise de us de agua: El dise o para el uso de a uase maneja en forma similar% e$cepto ue el pro&lema esde a'ua insuficiente en lu'ar de a'ua en e$ceso.

Es mas dif*cil determinarl's ni0eles de dise ' dese/u2as a tra0@s de an lisis de re(uen(ias %especialmente si el evento de dise o dura varios a os%como es el caso de dise o de suministros de a'ua./na &ase para el dise o de sistemas de suministro dea'ua% es la sequia critica de registro . Es decir la peorse uia presentada.

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4ele((i*n del ni0el de dise ':

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((E$isten tres formas de uso com-n para

determinar el valor de dise o (idroló'ico:

"pro$imación emp*rica

"n)lisis de ries'o "n)lisis (idroeconomico.

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. A%ALI4I4 DE IMA E%E4

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$uen(a del Ri' Mala

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8 HIDROE4TA

@ 1 De8ni)i,n

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@ ) ,

Es una (erramienta ue facilita + simplifica losc)lculos la&oriosos + el proceso del an)lisis dela a&undante información ue se de&e

procesar en los estudios (idroló'icos.

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Este s' tCare permite:

BEl calculo de los par)metros estad*sticos% paradatos a'rupados + no a'rupados% tanto con los

momentos tradicionales como son momentoslineales.

BC)lculos de re'resión lineal% no lineal% simple +

m-ltiple as* como re'resión polinomial.

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BEvaluar si una serie de datos se ajustan a una

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BEvaluar si una serie de datos se ajustan a unaserie de distri&uciones: Kormal% lo'% Kormal%

'amma% lo' @earson% tipo <<<% um&el + ,oum&el% tanto con momentos ordinarios% comocon momentos lineales. 7i la serie de datos seajusta a una distri&ución% permite calcular por

ejemplo caudales o precipitaciones de dise o%con un periodo de retorno dado o con unadeterminada pro&a&ilidad de ocurrencia.

BCalcular a partir de la curva de variación estacional

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po la curva de duración% eventos de dise o con

determina pro&a&ilidad de ocurrencia.B eali ar el an)lisis de una tormenta + calcular

intensidades m)$imas% a partir de datos de

pluvio'ramas% as* como intensidad m)$ima dedise o para una duración + periodo de retornodado% a partir del periodo de intensidadesm)$imas.

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@ermite el calculo de la precipitaciónpromedio por los m#todos promedioaritm#tico% pol*'ono de >(iessen e <so+etas.

,os c)lculos de los aforos reali ados conmolinetes o correntometros.

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El calculo de caudales m)$imos% conm#todos emp*ricos8 racional% + Mac mat(9 +estad*sticos8 um&el + Kas(9.

C)lculos de la evapotranspiración con losm#todos de >(or(waite% ;lane+ J Criddle%@enman% Har'reves + calculo del &alance(*drico.

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8. Imp'rtan(ia

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@roporciona de f)cil utili ación para el in'enierocivil% (idrólo'os + otros especialistas ue tra&ajenen el campo de la (idrolo'*a.

@ermite c)lculos estad*sticos con muc(ainformación para el uso en (idrolo'*a + c)lculos(idroló'icos en 'eneral.

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@ermite calcular los par)metros estad*sticos% para

los datos a'rupados + no a'rupados% tanto con losmomentos ordinarios como con momentoslineales 8 ,F Moments9.

@ermite calcular la re'resión lineal% no linealsimple + m-ltiple as* como re'resión polinomial.

@ermite evaluar si una serie de datos se ajustan

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@ermite evaluar si una serie de datos se ajustana una serie de distri&uciones: normal% ,o' normalcon 2 + 3 para metros% 'amma con 2 + 3par)metros% ,o' pearson tipo <<<% um&el + ,o'um&el% tanto con momentos ordinarios% comocon momentos lineales.

7i la serie de datos% se ajusta a una distri&ución%permite calcular por ejemplo caudales oprecipitaciones de dise o% con un periodo deretorno dado o con una determinada pro&a&ilidadde ocurrencia.

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@ermite calcular a partir de la curva de variaciónestacional o la curva de duración% eventos de

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estacional o la curva de duración% eventos dedise o con determinada pro&a&ilidad de

ocurrencia.

@ermite reali ar el an)lisis de tormentas +calcular las intensidades m)$imas% a partir dedatos de pluvio'ramas % as* como la intensidadm)$ima de dise o para una duración + periodode retorno dado% a partir de re'istro deintensidades m)$imas.

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@ it l l l d l i it ió di

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@ermite el calculo de la precipitación promediopor los m#todos promedio por los m#todospromedio aritm#tico% pol*'ono de >(iessen eiso+etas.

@ermite los c)lculos de aforos reali ados conmolinetes o correntometros.

@ermite los c)lculos de aforos reali ados conmolinetes o correntometros.

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@ermite el calculo de caudales m)$imos% conm#todos emp*ricos 8 racional + Mac Mat(9 +estad*stico8 um&el + Kas(9.

@ermite c)lculos de la evapotranspiración con losm#todos de >(ort(waite% ;lane+JCriddle%@enman% Har'reaves + calculo del &alance(*drico.

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Es posi&le almacenar la información de entradaen arc(ivos % a fin de repetir los c)lculos lasveces ue se desee.

,os datos procesados + resultados o&tenidos%se almacenan en arc(ivos de te$tos en formato .>!% de donde se puede a're'ar a undocumento . D=C cuando se uiera ela&orar uninforme.

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$ CONCL SIONES

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$

FINALESEs necesario tra&ajar mas + de manera conjunta% contodos los inte'rantes de la cuenca% para cuidarla% podertener &uena información% planificarla% + (acer un &uuso de sus a'uas.Es importante el manejo de software ue nos facilitanel tra&ajo en el procesamiento de datos (idroló'icos.

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IN DE LAEXPOSICION

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