estudio modelacion hidrologica urbana

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  • 7/30/2019 Estudio Modelacion Hidrologica Urbana

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    scue a eg ona e ngen er a an ar a y ecursosHidrulicos (ERIS USAC)

    Mtodo de modelacin hidrolgica eindirecto para las estimaciones de

    cau a es m x mos en e rea ur anade Matagalpa, Nicaragua.

    Presenta: Ing. Carlos Collado

    Asesor: Msc. Ing. Elfego Orozco

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    Introduccion El rea de estudio se localiza en eldepartamento de Matagalpa en la zona Norte

    e caragua, en re as coor ena as

    53 Longitud Oeste; y 12 57 y 13 LatitudNorte, y una altura media de 681 msnm.

    La zona de estudio se encuentra ubicada

    en la parte alta de la cuenca del Rio Grande,Matagalpa, y Jinotega. Sus colindancias sonlas siguientes:

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    Introduccion (cont)Al Norte el municipio de Jinotega en elde artamento de Jinote a.

    Al Este los municipios del Tuma la Dalia,San Ramn y Muy Muy en el departamentode Matagalpa.

    Al Oeste con el municipio de Sbacoepartamento e ataga pa.

    Al Sur con los municipios de Esquipulas y

    .

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    Ob etivos General Obtener el caudal de diseo ara la lanificacin de medidas de

    proteccin en el rea urbana de Matagalpa.

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    Ob etivos Es ecificos Determinar las caractersticas de la cuenca Ro Grande deMata al a.

    Estimar el caudal mximo para el periodo retorno de 100 aos apartir de modelo hidrolgico lluvia-Escorrenta.

    Aplicar el mtodo indirecto rea-pendiente (hidrulico) para la

    estimacin del caudal mximo histrico del 17 de Octubre del 2007.

    Comparar los resultados de los mtodos hidrolgico e hidrulico.

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    Justificacion Estudio La inundacin del 17 de Octubre del 2007 en la ciudad de Matagalpafue un claro ejemplo de la vulnerabilidad del lugar donde fallecieron 3personas y se generaron gran es p r as econ m cas a os cu vos,

    infraestructura, red vial que se contabilizan en millones de crdobas.

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    Limitacion En la cuenca de Matagalpa en su parte alta (ciudad Matagalpa), no

    estudios con cierto rigor cientfico, por lo que se aplicara el mtodo lluvia_escurrimiento del modelo hidrolgico deterministico HEC-HMS y elmtodo indirecto rea-Pendiente en base a la avenida mxima histricaocurrido el da 17 de Octubre del 2007.

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    Metodolo ia Caracterizacin fisiogrfica de la cuenca.

    A continuacin se muestran las caractersticas fisiogrficas de lascuencas del Rio Grande de Matagalpa, para cada subcuencas:

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    Metodolo ia Cont Anlisis de la lluvia en 24 horas

    Las estaciones meteorolgicas involucradas.

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    Metodolo ia Cont Anlisis de la lluvia en 24 horas

    Anlisis de frecuencias (Log Gumbel) a las precipitaciones mximos en24 horas.

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    Metodolo ia Cont Anlisis de la lluvia de cortas duraciones

    Curvas I.D.F que fueron elaboradas a partir de las intensidades de cortasduraciones (5, 10, 15, 30, 60,120, y 360 minutos) para lo cual se necesita

    y la frecuencia de 2 estaciones pluviogrficas distribuidas en estacionesmeteorolgicas de Sbaco y Aranjuez.

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    Metodolo ia Cont Tabla de uso prctico

    En esta etapa se construyeron las tablas de uso prctico, tomando larelacin para cada duracin con los distintos perodos de retorno los cualesfueron asociados a una robabilidad de excedencia cu o ro sito esobtener intensidades mximas de precipitacin en mm/hr para distintosperodos de retorno.

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    Metodolo ia Cont Tabla de uso prctico

    A la relacin de las intensidades horarias con respecto a la intensidad de24 hr se le denomin parmetro k, el cual fue calculado para cada duracinerodo de retorno de cada una de las estaciones en estudio.

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    Metodolo ia Cont Construccion curvas I.D.F

    A partir de estos parmetros de ajustes se construyen las curvas IDFsiguiendo el patrn de la estacin escogida.

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    Metodolo ia Cont Construccion curvas I.D.F

    A partir de estos parmetros de ajustes se construyen las curvas IDFsiguiendo el patrn de la estacin escogida.

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    Metodolo ia Cont Curva envolvente Area-Precipitacion-Intensidad

    Se han elaborados curvas envolventes de rea-Precipitacin-Intensidadpara rea de drenaje inferior a los 30 km2 y se han correlacionados estasvariables las reci itaciones intensidades las reas de las cuenca araobtener ecuaciones que simplifiquen los clculos.

    8.147763.0027.0Pr 2 += AAec

    923.02=R

    92.73381.0013.02

    += AAI

    92.0

    2

    =R

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    Metodolo ia Cont Construccion Mapas Tormentas

    Se elabor mapas de tormentas para el periodo de retorno de 100 aos,con duraciones de 5, 10, 15, 30, 60 minutos y 2 horas.

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    Metodolo ia Cont Metodo numero de curva (SCS)

    A partir del mapa de uso del suelo se estima el porcentaje de reaocupada en cada categora en cada cuenca.

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    Metodolo ia Cont Metodo numero de curva (SCS)

    La caracterizacin de las diferentes categoras de uso es una de losinsumos para estimar el nmero de curva promedio en las cuencas en

    estudio ue es uno de los armetros de entradas en Hec-Hms.

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    Metodolo ia Cont Metodo numero de curva (SCS)

    Con el fin de obtener una secuencia crtica de la lluvia para la duracin dela tormenta los incrementos de la lluvia se distribuyeron en ordendescendente ambos lados del valor mximo or el mtodo de blo uealternativo. Los perfiles se construyeron a partir

    del mapa de isoyetas.

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    Metodolo ia Cont Metodo numero de curva (SCS)

    Las corridas del modelo HEC-HMS comprendieron la simulacin de latormenta para el escenario del perfil de intensidad de la lluvia mximadeterminado ara cada subcuenca ara el erodo de retorno de 100aos.

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    Metodolo ia Cont Comparacin Curva Regional

    periodo de retorno de 100 aos se obtiene un caudal mximo de 400m3/s, comparndolo con caudal mximo clase AMC III del mtodo denumero de curva se obtiene 364 m3/s refle ando una diferencia orcentualde 9%.

    10000

    Promedio

    10 aos100 aos

    100

    1000

    ximo(m

    3/s)

    500 aos

    10Caudal

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    1

    1 10 100 1000

    Area Drenaje (km2)

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    Metodolo ia Cont Metodo Indirecto Area-Pendiente

    El sitio seccionado se localiza en la perifrica de la ciudad de Matagalpaentre los barrios de reparto Monte Tabor y asentamiento Sor de MaraRomero en las coordenadas 125422 Lat N 855622 Lon W donde elro cumple en general con los criterios para el levantamiento topogrficoaltimtrico de las marcas de inundaciones.

    e evan o un ramo e me ros elongitud y seis secciones transversalescon un ancho promedio de 50 metros

    Matagalpa

    Matagalpa

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    S itioS itioS itio

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    Metodolo ia Cont Metodo Indirecto Area-Pendiente

    Se consideraron en el levantamiento las marcas de inundaciones enambos mrgenes del ro y el perfil longitudinal del cauce; todas laselevaciones del terreno se encuentran establecidas a un datum deelevacin sobre el nivel medio del mar.

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    Metodolo ia Cont Metodo Indirecto Area-Pendiente

    Se determinar el coeficiente de rugosidad de Manning para las seccionesdel cauce, y se estimaron tres coeficientes rugosidad en base al tipo dematerial la forma irre ular de las secciones transversales.

    Canal Central

    =

    Canal Central

    = ..

    Margen

    Izquierdo

    n=0.055

    Margen

    Izquierdo

    n=0.055

    Margen

    Derecho

    n=0.033

    Margen

    Derecho

    n=0.033

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    Metodolo ia Cont Metodo Indirecto Area-Pendiente

    Para el clculo de las propiedades hidrulicas (rea de la seccin,

    profundidad, radio hidrulico, permetro mojado, etc.) de las seccionestransversales se digitalizaron en el programa de Auto CAD, el rea

    r u ca y per metro mo a o para est mar e ra o r u co; endependencia de las diferentes profundidades y de la seleccin del

    coeficiente de rugosidad de Manning, tomando como condicin de fronteras

    2007.

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    Metodolo ia Cont Metodo Indirecto Area-Pendiente

    Para el calculo de la descarga se tomaron en cuentas las secciones

    transversales del nmero 3 al 6 ya que muestran un mejor ajuste de laconductividad hidrulica en el canal. Las profundidades mximas alcanzadapor a crec a ue e . metros.

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    Metodolo ia Cont Metodo Indirecto Area-Pendiente

    El clculo de la descarga tomando en cuenta la pendiente y la

    conductividad hidrulicas entre los tramos analizados de las seccionestransversales.

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    Metodolo ia Cont Metodo Indirecto Area-Pendiente

    La descarga promedio es de 8,321 ft3/s equivalente a 236 m3/s

    considerando una rea de drenaje de 84 km2, sin embargo, si consideramoslas tramos 3-4 y 4-5, obtenemos un caudal mximo de 9,057 ft3/scorrespon ente a m s.

    Al calcular el nmero de froude para cada seccin observamos que el.

    El valor mximo de velocidad es considerado como lgico para avenida, . ,

    pendiente es bastante uniforme en general menor 1%.

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    Resultados Obtenidos

    Metodo Indirecto Area-Pendiente

    Al comparar los resultados entre los mtodos hidrolgicos e hidrulicos

    para la estimacin de caudales mximos podemos concluir que el mtodohidrulico puede utilizarse para validar el mtodo hidrolgico siempre que laap cac n e m to o sea con a e para a est mac n e a escargamxima.

    mtodo de nmero de curva de la CSC (AMC III) es de 364 m3/s, y estoconfirma que la crecida del 17 Octubre del 2007 tiene una probabilidad

    ,

    anda con frecuencia de ocurrencia entre 40-50 aos (caudal 257 m3/s).

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    Resultados Obtenidos

    Metodo Numero Curva SCS

    El caudal estimado por la curva regional (400 m3/s) validad al mtodo del

    numero de curva (364 m3/s) obteniendo un resultado bastante aceptablecon una diferencia porcentual del 9%.

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    Resultados Obtenidos

    Metodo Indirecto Area-Pendiente

    Si se realiza un chequeo en los resultados por el mtodo rea-Pendiente

    segn el mtodo el caudal entre tramo no debe diferir en un 25%. Entrelos tramos 3-4 y 4-5 la diferencia porcentual es del 4%, pero en los tramos

    - y - a erenc a porcentua es e . unque esta entro e m teaceptable, el caudal promedio baja cuando se toma en cuenta esta

    descarga del tramo (secciones 5-6). Por lo tanto, por seguridad y para sobre,de Octubre del 2007 es de 257 m3/s.

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    Conclusiones

    Analisis Conclusiones

    Se puede concluir que los resultados obtenidos por los diferentes

    mtodos (hidrolgico e hidrulico) son bastante aceptables, y puede seraplicado para estimar crecidas probabilstica e histrica en cuencas noa ora as.

    Las determinaciones de los caudales mximas por el mtodo del numerose obtuvo resultado satisfactorio obteniendo un valor de 364 m3/s.

    + = .

    aplicado como valor regional en la parte Norcentral de Nicaragua. El mismovalor 0.67 implica que el valor numrico del coeficiente de almacenamientoR es 2 veces el valor de Tc.

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    Conclusiones Cont

    Analisis Conclusiones

    El resultado obtenido de la crecida histrica por el mtodo rea-Pendiente

    es aceptable para el rea de drenaje considerada (84 km2) y cumplen conlas condiciones expuestas por el mtodo donde el caudal entre tramos no

    e e er r en , e va or e a ve oc a e e ser g co endependencia de la descarga estimada de la crecida, y la pendiente del

    cauce. El caudal mximo deducido del mtodo es de 257 m3

    /s.Se puede concluir que la crecida histrica del 17 Octubre del 2007anduvo en una probabilidad emprica menor o igual a 50 aos de

    .

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    Recomendaciones

    Analisis Recomendaciones

    Es necesario las instalaciones de instrumentaciones (estaciones

    hidrometeoro lgicas) que recopilen registros histricos de precipitaciones ycaudales a largo plazo en la cuenca; con discretizacin de series det empos menores oras.

    Para tener mejor juicio en la apreciacin de los parmetros fsicos, ,infiltracin, etc.) es necesario las calibraciones de las tormentas en lacuenca monitoreada.

    Valorar los caudales mximos determinados por los diferentes mtodos(hidrolgico e hidrulico) en base a modelos hidrulicos (Hec-Ras, Flod 2)

    ara medir el rado de exactitud de los resultados, estimar las cotas

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    mximas de inundaciones en la zona urbana (zonificacin de la inundacin).

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    Recomendaciones Cont

    Analisis Recomendaciones

    Seguir aplicando el mtodo de nmero de curva de la SCS (hidrolgico)

    para estimar las prdidas; ya que toma en cuenta el cambio del uso de latierra, y los antecedentes de humedad del suelo por tormentas sucesivas.

    Los caudales mximos determinados pueden ser utilizado como un

    insumo para la evaluacin del riesgo en el rea urbana de Matagalpa, y por.

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    rac as por su

    Present: Ing. Carlos ColladoAsesor: Msc. Ing. Elfego Orozco

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