clases de hidrología semana n° 03_fica_unheval

Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO

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FACULTAD DE INGENIERA CIVIL Y ARQUITECTURA

UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZN

HUNUCO - PER

Curso:

Cdigo:

Condicin:

Pre - requisitos:

HIDROLOGA GENERAL

4105

OBLIGATORIO

ESTADISTICA Y MECANICA DE FLUIDOS II

CLASES S03 - CICLO 2015.1

Responsable de ctedra :

C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per

Hunuco. Abril del 2015

La Cuenca Hidrogrfica

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Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1

Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per

Ge

nera

lid

ad

es

Las regiones en el Per se definen por lmites

polticos en base a una delimitacin topogrfica, en

las cules es importante definir desde el punto de

vista hidrulico las unidades hidrolgicas, base

fundamental de los estudios, anlisis y modelacin

de planes y programas de desarrollo integral,

definiendo sus caractersticas fsicas e inter-relacin

de sus diversos componentes, con la finalidad de

conocer ndices paramtricos que sirven para definir

sus atributos y vulnerabilidades, como de

comparacin con otras regiones hidrolgicas para

compensar carencias o generar proyectos con

recursos de varias cuencas a la vez.

3/45



Esq

uem

as

Configuracin espacial para el anlisis de una cuenca hidrogrfica, sub-cuenca, micro-cuenca y

un sector de tratamiento.

Fuente: Absaln Vsquez Villanueva Manejo de Cuencas Alto Andinas UNALM, Lima, 2000


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Esq

uem

as

Identificacin de problemas principales en una cuenca hidrogrfica tpica



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Esq

uem

as


GESTIN Y MANEJO DE

CUENCAS

Enfoques:

Enfoque proteccionista

Enfoque hidrulico

Enfoque sistmico

Nuevo enfoque (Mixto)

La cuenca como sistema, sus elementos e inter-

acciones


6/45



Cara

cte

rizaci

n

LATITUD Y CLIMA

(ONERN, 1980)

Por su localizacin

(Zona Tropical Sur), el

clima del Per debera

ser clidosin embargo

el territorio peruano es

un complejo geogrfico,

climtico, morfolgico,

geolgico y ecolgico

Caracterizacin Hidrolgica del Per

COLOMBIA

ECUADOR

BRASIL

BOLIVIA

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CORDILLERA DE LOS

ANDES (ONERN, 1980)

Es el rasgo geogrfico

geolgico ms importante

del Per, y es el que

determina las regiones

naturales del pas, influye

en su clima y es el asiento

de gran parte de sus

recursos naturales


Cara

cte

rizaci

n

8/45



CORDILLERA DE LOS

ANDES Y VERTIENTES

(ONERN, 1980)

La cordillera, es la columna

vertebral del Per

(A=1285,215 km2), atraviesa

en direccin Sureste

Noroeste, dando origen a

tres vertientes hidrogrficas:

(1) Pacfico, (2) Atlntico

(Amazonas) y (3) Lago

Titicaca

DISPONIBILIDAD HDRICA EN EL PER


Cara

cte

rizaci

n

9/45



ESQUEMA DEL RELIEVE DE LOS ANDES

PERUANOS (ONERN , 1989)


Cara

cte

rizaci

n

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CARACTERIZACIN

PLUVIOMTRICA (ONERN,

1980).

Caracterizacin Hidrogrfica del Per

Cara

cte

rizaci

n

Vertiente del Pacfico

53 ros

Vertiente del Atlntico

44 ros

Vertiente del Titicaca

9 ros

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PER: DISPONIBILIDAD DE AGUA POR VERTIENTE EN PORCENTAJE (%)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

Pacfico Atlntico Titicaca

Vertiente

Po

rce

nta

je (

%)

2.18% 0.56%

97.27%FUENTE: ANA (2010).

2,066.64 m3/hab./ao

198,121.19 m3/hab./ao

10,734.96 m3/hab./ao



Cara

cte

rizaci

n

12/45




Cara

cte

rizaci

n

13/45




Cara

cte

rizaci

n

14/45



CARACTERIZACIN HIDROLGICA DEL RO

SANTA (UGEH, IRH, INRENA, 2006).


Cara

cte

rizaci

n Desglaciacin

Cordillera Blanca:

1970: 723.37 km2

(UGRH),

1997: 611.48 km2,

En 27 aos, una

prdida de 111.89 km2

(15.46% c/1970).

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FACTORES DE MODELAMIENTO EN EL PER

1.- Cordillera de los Andes 2.- Anticicln del Pacfico Sur

3.- Corriente de Humboldt

4.- Fenmeno del Nio

Caracterizacin pluviomtrica

Caracterizacin hidrogrfica e hidrolgica


Cara

cte

rizaci

n

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Esq

uem

as

Configuracin espacial tridimensional, para el anlisis de una cuenca hidrogrfica, sub-cuencas,

micro-cuencas y sectores de tratamiento (Nabil Mobayed Khodr, Quertaro, Mxico, 2006)


P: Precipitacin

R: Escorrenta Superficial

E: Evaporacin

T: Transpiracin

I: Infiltracin

S: Almacenamiento

Vb: Volumen de bombeo

Qle: Caudal de entrada

Qls: Caudal de salida

Gle: Escorrentas Subterrnea entrante

Gls: Escorrenta Subterrnea saliente

Rg: Escorrenta sub-superficial que

aparece como escorrenta superficial

Sg

Ss

Qle Qls

Gle Gls

ET Q

T

Q

T

T

T

In

Rg

R R AS

Vb

P

T

Estacin

hidromtrica

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Bala

nce h

dri

co


Balance hdrico encima de la superficie

P R + Rg Es Ts I = Ss

Balance hdrico debajo de la superficie

I + Gle + Gls Rg Eg Tg = Sg

Balance hdrico en la cuenca hidrogrfica

P R (Es + Eg) (Ts + Tg) + (Gle Gls) = (Ss + Sg)

Los sub-ndices s y g significan el origen del vector, respectivamente

encima y debajo de la superficie del suelo

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Esq

uem

as

Sistema Hidrolgico Distribuido para Modelacin y Pronstico

(Nabil Mobayed Khodr, Quertaro, Mxico, 2006)


01

530

540

540 550 540

530

520

515

510 msnm

550

104 105 106 107 108 110

119

109

55

120 121 122 123

86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96

72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82

62 63 64 65 66 67 6859 60 61

48 49 50 5152 53 54

40 4139

38

3736

2324 25 26

273

550

560

A

Sin duda, la hidrologa

fsica de parmetros

distribuidos es uno de los

caminos que habr de

seguir esta disciplina en el

futuro, pero aceptarlo no

demerita en modo alguno

los logros alcanzados por

la hidrologa clsica

Ramn Domnguez Mora

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Esq

uem

a S

ist

mic

o


Enfoque nuevo de la hidrologa

DISCIPLINAS Enfoque CLSICO NUEVO

Atmsfera

Suelo

Agua

- Meteorologa

- Climatologa

- Fisiografa

- Hidrulica

- Mecnica suelos

- Geohidrologa

Estadstica

Variable

Proceso

- Distribuida

- Estocstico

- Distribuida

- Estocstico

Variable

Proceso

- Concentrada

- Estocstico

- Distribuida

- Determinstico

Q

P

HERRAMIENTAS

- MDE

- Percepcin remota

- SIG ( GIS)

- FSICA

REDES DE DRENAJE

MODELOS DE ESCURRIMENTO

MODELOS DE INFILTRACIN

Sistema Hidrolgico Distribuido para Modelacin y Pronstico


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Esq

uem

as


Criterios de clculo y aplicaciones en Modelacin y Pronstico Hidrolgico


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Esq

uem

as


SIG ... Est bien ... y los modelos?

Modelos 1) Balances

2) Lluvia-escorrenta

3) Erosin hdrica

4) Inundaciones

Herramientas 1) Arc VIEW, Arc GIS

2) Hec-Hms, ILWIS

3) AnnANGPS, RMMF, ANSWER,

CREAMS, KINEROS,

EUROSEM, WEPP, SPANS

4) Hec-Ras, FLO-2D, IDRISI

Informacin

S I S T E M A I N T E G R A L

Herramientas y Modelos

(Nabil Mobayed Khodr, Quertaro, Mxico, 2006 Agregado y Complementado)

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Cara

cte

rizaci

n


Clasificacin de los curso de agua:

1) Perennes

2) Intermitentes

3) Efmeros

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Cara

cte

rizaci

n


Caractersticas Fsicas: 1) rea de drenaje LMITES

La cuenca en estudio, limita con las siguientes

cuencas:

Norte: Cuenca del ro Higueras.

Sur: Cuenca del ro Mantaro.

Este: Cuenca del ro Pachitea.

Oeste: Cuenca del ro Maraon.

HIDROGRAFA.

La cuenca integral del ro alto Huallaga, desde

sus nacientes a la altura de Cerro de Pasco

hasta la ciudad de Hunuco (Puente Taruca),

tiene una extensin de 4,789.4 Km2. Es una

cuenca hmeda en su integridad, sometida a

precipitaciones significativas; tiene dos sub-

cuencas principales y sub-cuencas

secundarias: cuatro en el Alto Huallaga y tres

en el ro Huertas, adems tiene una sub-

cuenca lateral del ro Higueras.

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Cara

cte

rizaci

n


Caractersticas Fsicas: 1) rea de drenaje

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Cara

cte

rizaci

n


Caractersticas Fsicas: 1) rea de drenaje.-

Informacin mnima necesaria: Cartas Nacionales a escala 1/100,000 (Ejemplo: Hunuco:

Hojas 19k, 20k); con curvas de nivel a cada 50 m; elaboradas

por el Instituto Geogrfico Nacional de Per (IGN).

ASTER GDEM, con formato GeoTIFF, de 30 m de resolucin espacial, mapa topogrfico diseado por La NASA y el

Ministerio de Economa, Comercio e Industria del Japn-METI

(1999), distribuido por Ministerio del Ambiente del Per -

MINAM en la pgina web.

Mapa Ecolgico del Per, publicado por la Oficina Nacional de Recursos Naturales ONERN (1976) - Per.

Levantamiento topogrfico, curvas de nivel (Cada dos, cinco o diez metros: dependiendo de la topografa).

Vistas satelitales (complementario para anlisis especficos)

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Cara

cte

rizaci

n


Caractersticas Fsicas:

2) Forma de la cuenca

2.1) ndice de Gravelius o coeficiente de Compacidad (Kc) Donde:

P: Permetro de la cuenca, en Km. o m.

A: rea de la cuenca en Km2 o m2

Cuando ms irregular sea la hoya, mayor ser su coeficiente de compacidad Una hoya circular posee el coeficiente mnimo, igual a 1 Hay mayor tendencia a las crecientes en la medida que ste nmero sea

prximo a la unidad

Si Kc = 1.128, se trata de una cuenca cuadrada Si Kc = 3.0, las cuencas son muy alargadas Kc = 1.481, la cuenca tiende a un cuadrado (largo y ancho son valores

cercanos)

A

PKc 282.0

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Cara

cte

rizaci

n


Caractersticas Fsicas:

2) Forma de la cuenca

2.2) Factor de forma (Kf)

Una cuenca con un factor de forma bajo est menos sujeta a crecientes que otra del mismo tamao, pero con mayor factor

de forma

2L

AK f

Donde:

A = B/L

A: rea de drenaje en Km2 o m2

B: Ancho medio en Km. o m.

L: Longitud axial de la cuenca, en Km. o m.

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Cara

cte

rizaci

n


3) Sistema de Drenaje:

3.1.Orden de las corrientes de agua

3.1.1.) Mtodo Pfasftetter Se usa cartografa validada, el

modelo de elevacin digital y el

modelo de sombras.

Se subdivide las cuencas hidrogrficas, identificando los

mayores afluentes en trminos

de rea y longitud al rio

principal.

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Cara

cte

rizaci

n


3) Sistema de Drenaje:

3.1.Orden de las corrientes de agua

3.1.1.) Mtodo Pfasftetter

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Cara

cte

rizaci

n


3.1.1.) Mtodo Pfasftetter

Nivel alcanzado por el Mtodo Pfafstetter, segn cuenca, cordillera y rea - ANA )

31/45



Cara

cte

rizaci

n


3) Sistema de Drenaje: 3.1.Orden de las corrientes

de agua

3.1.2.) Mtodo Strahler Se usa cartografa validada, el

modelo de elevacin digital y el

modelo de sombras.

Refleja el grado de ramificacin o bifurcacin dentro de una cuenca.

- Corrientes de 1er. Orden: Pequeos canales que no tiene tributarios - Corrientes de 2do. Orden: Cuando dos corrientes de 1er. Orden se unen

- Corrientes de 3er. Orden: Cuando dos corrientes de 2d. Orden se unen

- Corrientes de orden n + 1: Cuando dos corrientes de orden n se unen

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Cara

cte

rizaci

n


3) Sistema de Drenaje: 3.1.Orden de las corrientes de agua

3.1.2.) Mtodo Strahler

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Cara

cte

rizaci

n


3.1.2.) Mtodo Strahler

Nmero de cuencas delimitadas por el mtodo Strahler, segn cuenca, cordillera y rea - ANA)

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Cara

cte

rizaci

n


La densidad de drenaje, toma valores entre 0.5 Km/km2 para cuencas con drenaje pobre hasta 3.5 km/km2 para cuencas bien drenadas.

A

LDd

Donde:

L = Longitud total de las corrientes de

agua , en km.

A = rea de drenaje de la cuenca, en Km2

3) Sistema de drenaje 3.2) Densidad de drenaje (Dd)

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Cara

cte

rizaci

n


3) Sistema de drenaje 3.3) Extensin media de la escorrenta superficial

L

Al

lLA

4

4

Donde:

l = Extensin media de la escorrenta

superficial, en km.

L = Longitud total de las corrientes de agua en

la cuenca , en km.

A: rea de drenaje de la cuenca, en Km2

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Cara

cte

rizaci

n


3) Sistema de drenaje 3.4) Sinuosidad de la corriente de agua

tL

LS

Donde:

L = Longitud del cauce el ro

Lt = Longitud del valle el ro,

medido en lnea curva o

recta

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Cara

cte

rizaci

n


4) Caractersticas del relieve 4.1) Pendiente de la cuenca

Esta caracterstica controla en

buena parte la velocidad con

que se da la escorrenta

superficial y afecta por lo tanto,

el tiempo que lleva el agua de

la lluvia para concentrarse en

lechos pluviales que

constituyen la red de drenaje

de las hoyas

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Cara

cte

rizaci

n


4) Caractersticas del relieve 4.2) Curva Hipsomtrica

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Cara

cte

rizaci

n


4) Caractersticas del Relieve: 4.3) Elevacin media de la cuenca

Donde:

n: Nmero de intervalos de clase

Tambin se puede definir la elevacin de una cuenca, por un rectngulo de rea equivalente al rea limitada por la curva

hipsomtrica y los ejes coordenados.

Se debe tener en cuenta que la altitud y la elevacin media de una cuenca son, tambin, importantes por la influencia que ejercen sobre

la precipitacin, prdidas de agua por evaporacin y transpiracin y

consecuentemente sobre el caudal medio.

)(

)(

1

1

n

i

i

i

n

i

i

rea

reaIntervaloMediaCota

E

40/45



Cara

cte

rizaci

n


4) Caractersticas del relieve 4.4) Pendiente de la corriente principal

41/45



Cara

cte

rizaci

n


4) Caractersticas del relieve 4.4) Pendiente de la corriente principal

La velocidad de escurrimiento de las corrientes de agua

depende de la pendiente de sus canales fluviales. A mayor

pendiente mayor velocidad

4.1. Pendiente media (S1)

4.2. Pendiente media ponderada (S2)

4.3. Pendiente equivalente constante (S3)

21

KSV

Donde:

V = Velocidad del agua (m/s)

L = Longitud del recorrido del agua (m)

T = Tiempo de recorrido del agua (s)

K = Constante (m/s)

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Cara

cte

rizaci

n


4) Caractersticas del relieve 4.5) Rectngulo equivalente

43/45



Cara

cte

rizaci

n


5) Suelos

As como la precipitacin

depende de las condiciones

climatolgicas de la cuenca, la

escorrenta y la prdidas de

precipitacin dependen de las

caractersticas fsicas de la

cuenca, entre las cuales los

suelos desempean un papel

importante. La escorrenta y

las prdidas determinan el

volumen de agua aportado en

la cuenca , y la manera como

ese volumen de agua se

distribuye en el tiempo

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Cara

cte

rizaci

n


6) Cuenca representativa y Experimental

6.1) Cuenca representativa

De tipo ecolgico determinado y localizado sin

limitaciones de intervencin humana, para el estudio de

las diversas fases del ciclo hidrolgico.

6.2) Cuenca experimental

De tipo ecolgico modificable con intervencin humana

para estudiar sus efectos sobre el ciclo ecolgico

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Tra

bajo

escalo

nad

o


Actividades a desarrollar para el trabajo escalonado En el Expediente Tcnico del proyecto que evala, determinar:

1) Delimitar y calcular el rea total de la cuenca, sub-cuenca o micro-cuenca donde tiene influencia

el proyecto hidrulico, indicando sus principales caractersticas geomorfolgicas, sub-divisiones y

su clasificacin cuantitativa. Describir el mtodo usado, sus limitaciones y ventajas comparativas

con respecto a otros mtodos. Describa el material cartogrfico (IGN), satelital, fotogrfico, etc.

usado, su fuente de procedencia y proceso de adquisicin.

2) Defina posibles vasos de almacenamiento, achurando el rea e indicando sus principales

caractersticas descriptivas y cuantitativas. Ensaye posibles usos justificndolos

convenientemente

3) En el rea delimitada defina la siguiente

3.1) Determine el permetro

3.2) Determinar la curva hipsomtrica y la curva de frecuencia de altitudes. Calcular la elevacin

media. Comente sus resultados

3.3) Calcular el ndice de forma y el ndice de compacidad. Comente sus resultados.

3.4) Grafique el rectngulo equivalente de la cuenca. Comente sus resultados.

3.5) Calcular el ndice de pendiente. Comente sus resultados

3.6) Calcular la densidad de drenaje de la cuenca. Comente sus resultados.

3.7) Grafique el perfil longitudinal del curso principal. Comente sus resultados.

3.8) Calcule la pendiente del cauce principal, usando por los menos (05) mtodos. Elija el que se

acomoda mejor a sus requerimientos de diseo. Comente sus resultados.

3.9) Calcule la pendiente de la cuenca usando por los menos (05) cinco mtodos diferentes. Elija

el que se acomoda mejor a sus requerimientos de diseo. Comente sus resultados.

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