UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAING.CIVIL

I. INTRODUCCIN

Todo proyecto hidrulico tiene mucha importancia, ya que all determinamos las estrategias de funcionamiento de un sistema de captacin, por ello en un proyecto se tiene que implementar los diseos de la infraestructura identificada en las etapas de campo como obras especiales tales como: bocatoma, desarenador sifones, determinar si la lnea de conduccin ser mediante tubera o canal abierto en estos para evitar el golpe de ariete entre otros, etc.El presente trabajo consiste en la delimitacin de una cuenca hidrogrfica y hallar sus parmetros geomorfolgicos respectivos, dicha cuenca es una zona de la superficie terrestre en donde (si fuera impermeable) las gotas de lluvia que caen sobre ella tienden a ser drenadas por el sistema de corrientes hacia un mismo punto de salida, por tal razn se dice que son sistemas abiertos complejos cuyos elementos se encuentra en estrecha interrelacin. Para el diseo de las obras especiales proyectadas en el diseo, el caudal es un parmetro clave para el dimensionamiento de estas, que tambin estn asociadas a los recursos hdricos, tipo de captacin.La regin hidrogrfica o cuenca puede ser limitada por aspectos topogrficos; el presente trabajo busca definir y medir las diferentes caractersticas que presenta dicha regin hidrogrfica.Para el diseo de las obras especiales proyectadas en el diseo, el caudal es un parmetro clave para el dimensionamiento de estas, que tambin estn asociadas a los recursos hdricos, tipo de captacin.

II. OBJETIVOS

III.I. OBJETIVOS GENERALES

Disear una presa con sus respectivos elementos realizando los estudios y modelamientos hidrolgicos necesarios para llevar a cabo dicho diseo.

III.I. OBJETIVOS ESPECFICOS

Delimitar adecuadamente la cuenca de estudio y escoger las estaciones pluviomtricas necesarias.

Hallar los parmetros geomorfolgicos de dicha Cuenca.

Realizar el estudio hidrolgico.

Elegir el tipo de presa, calcular los caudales mximos para su predimensionamiento, etc.

III. MARCO TERICO

1. CUENCA HIDROLGICALa Cuenca de drenaje de una corriente, es el rea de terreno donde todas las aguas cadas por precipitacin, se unen para formar un solo curso de agua. Cada curso de agua tiene una cuenca bien definida, para cada punto de su recorrido.1.1. Divisoria de agua

La divisoria de aguas es una lnea imaginaria que delimita la cuenca hidrogrfica. Una divisoria de aguas marca el lmite entre una cuenca hidrogrfica y las cuencas vecinas. El agua precipitada a cada lado de la divisoria desemboca generalmente en ros distintos. Tambin llamado Divortium aquarum. Otro trmino utilizado para esta lnea se denomina parte aguas.

1.2. Rio principal

El ro principal suele ser definido como el curso con mayor caudal de agua (medio o mximo) o bien con mayor longitud o mayor rea de drenaje. La mayora de cuencas de drenaje presentan un ro principal bien definido desde la desembocadura hasta cerca de la divisoria de aguas. El ro principal tiene un curso, que es la distancia entre su naciente y su desembocadura.

2. SIMILITUD DE CUENCASLa metodologa consiste en encontrar los parmetros adimensionales que definan la similitud total entre sistemas hidrolgicos, independientemente de su tamao.Tales funciones se convertirn tambin en parmetros de transferencia para trasladar caractersticas existentes en uno de ellos hacia su similar donde no son conocidas. Esto facilitara la transferencia de informacin desde cuencas con informacin hidrometereolgica hacia cuencas similares que carecen de ella.Los resultados del anlisis entre sistemas hidrolgicos demuestran que la similitud total se consigue mediante la equivalencia de los parmetros adimensionales de gravelius (similitud geomtrica), relacin de confluencia (similitud cinemtica) y coeficiente orogrfico (similitud dinmica). Todo lo cual demuestra que la cuenca es un sistema dinmico, el que frente a variables causa reacciona con variables efecto dependientes de su naturaleza intrnseca.3. FACTOR FORMA Denota el efecto combinado de la cuenca y la configuracin neta del drenaje.4. PATRONES DE DRENAJE.Cuandolaescorrenta se concentra, la superficie terrestre se erosiona creando un canal. Los canales de drenaje forman una red que recoge las aguas de toda la cuenca y las vierte en un nico ro que se halla en la desembocadura de la cuenca. El clima y el relieve del suelo influyen en el patrn de la red, pero la estructura geolgica subyacente suele ser el factor ms relevante. Los patrones hidrogrficos estn tan ntimamente relacionados con la geologa que son muy utilizados en geofsica para identificar fallas e interpretar estructuras. La clasificacin de los principales patrones incluye las siguientes redes: dendrticas (en forma de rbol), enrejadas, paralelas, rectangulares, radiales y anulares.

5. MODELOS DE DRENAJE.Las corrientes fluviales tienden a formar cinco tipos diferentes de drenaje: dendrtico, rectangular, radial, centrpeto y en espaldera. Esta tipologa resultante es fruto de la clase de suelo existente en el rea de drenaje y de la erosin del mismo por la accin de los cursos fluviales. As, el modelo dendrtico, caracterizado por la ramificacin, se forma en reas con rocas sedimentarias planas, mientras que las regiones con cumbres elevadas, como las volcnicas, tienen un drenaje de tipo radial. En ocasiones, el agua fluye hacia un valle profundo a causa del drenaje de tipo centrpeto, dando lugar a un lago, o erosiona zonas localizadas entre crestas y cordones montaosos, lo que origina valles encajonados, como sucede cuando el drenaje es en espaldera.

6. ORDENES DE CORRIENTES.Las corrientes fluviales son clasificadas jerrquicamente: las que constituyen las cabeceras, sin corrientes tributarias, pertenecen al primer orden o categora; dos corrientes de primer orden que se unen forman una de segundo orden, que discurre hacia abajo hasta encontrar otro cauce de segundo orden para constituir otro de tercera categora y as sucesivamente.

7. DELIMITACIN DE LA CUENCA HIDROGRFICAConsiste en definir la lnea de divortium aquarum, que es una lnea curva cerrada que parte y llega al punto de captacin o salida mediante la unin de todos los puntos altos e interceptando en forma perpendicular a todas las curvas de altitudes del plano o carta topogrfica, por cuya razn a dicha lnea divisoria tambin se le conoce con el nombre de lnea neutra de flujo. La longitud de la lnea divisoria es el permetro de la cuenca y la superficie que encierra dicha curva es el rea proyectada de la cuenca sobre un plano horizontal.

7.1. Reglas prcticas

Primera: Se identifica la red de drenaje o corrientes superficiales, y se realiza un esbozo muy general de la posible delimitacin.1. Se identifica la red de drenaje o corrientes superficiales

2. Se realiza un esbozo muy general de la posible delimitacin

Segunda: Invariablemente, la divisoria corta perpendicularmente a las curvas de nivel y pasa, estrictamente posible, por los puntos de mayor nivel topogrfico.

3. La divisoria corta perpendicularmente a las curvas de nivel

Tercera: Cuando la divisoria va aumentando su altitud, corta a las curvas de nivel por su parte convexa

4. La divisoria corta a las curvas de nivel por su parte convexa, tal como muestra las flechas negras.

Cuarta: Como comprobacin, la divisoria nunca corta una quebrada o ro, sea que ste haya sido graficado o no en el mapa, excepto en el punto de inters de la cuenca (salida)

La divisoria no debe cortar ningn flujo de agua natural, excepto en el punto de salida de la cuenca.

I. PARAMETROS GEOMORFOLOGICOS

Son los que estn relacionados con la superficie del sistema y permanecen constantes con el tiempo y definen las caractersticas fisiogrficas del sistema.

I.I. PARAMETROS DE FORMA

rea (A): Es la superficie de la cuenca comprendida dentro de la curva cerrada de divortiumaquarum. La magnitud del rea se obtiene mediante el planimetrado de la proyeccin del rea de la cuenca sobre un plano horizontal. Dependiendo de la ubicacin de la cuenca, su tamao influye en mayor o menor grado en el aporte de escorrenta, tanto directa como de flujo de base o flujo sostenido. El tamao relativo de estos espacios hidrolgicos define o determinan, aunque no de manera rgida, los nombres de micro cuenca, sub cuenca o cuenca.

Permetro (P): Es la longitud de la curva cerrada correspondiente al DivortioAquarum. Se expresa generalmente en km.

Longitud del Cauce Principal (L): La longitud del cauce principal es un parmetro asociado con la geometra y tiempo de concentracin; intensidad de la escorrenta directa de la cuenca. Se mide con el curvmetro y se expresa en km, siendo la distancia que hay entre el punto emisor y el extremo final del tramo de igual orden que el de la cuenca.

Ancho Promedio (B): Se obtiene dividiendo el rea de la cuenca por la longitud del curso principal.

Donde: A: rea de la cuenca L: Longitud del cauce principal

Factor de Forma (F): Es la relacin que existe entre el ancho medio y la longitud axial de la cuenca. La longitud axial de la cuenca se mide cuando se sigue el curso del agua ms largo desde la desembocadura hasta la cabecera ms distante de la cuenca.

Donde: A: rea de la cuencaL: Longitud del cauce principalB: Ancho promedio

Coeficiente de Gravelius o Coef. de Compacidad (Kc): Es la relacin entre el permetro de la cuenca y la longitud de la circunferencia de un crculo de rea igual a la de la cuenca.

Donde: A: rea de la cuencaP: Permetro de la lnea de DivortioAquarum.

Rectngulo Equivalente: La caracterstica ms importante del rectngulo equivalente es que tiene igual distribucin de alturas que la curva hipsomtrica original de la cuenca.

Donde:a : Lado menor del rectngulo.b : Lado mayor del rectngulo.KC : Coeficiente de Gravelius.A : rea de la cuenca. Pendiente de la Cuenca (SC): 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 los lechos fluviales que constituyen la red de drenaje de las cuencas.La pendiente de la cuenca, al igual que la geometra, juega un papel muy importante en el tiempo de concentracin y por tanto es de especial inters en la estimacin de mximas crecientes en un determinado punto del cauce. Dos cuencas similares de igual rea tienen menor tiempo de concentracin la que tiene mayor pendiente y viceversa, producindose en el primer caso los mayores gastos de escurrimiento instantneos. Siendo mayores tambin los problemas de erosin y transporte de sedimentos, sobre todo en terrenos desprotegidos de cobertura vegetal y suelos poco cohesivos.

C: Equidistancia entre curvas de nivel.A: rea de la cuenca.Li: Longitud de cada curva.

Longitud al Centroide (LC): Viene a ser la longitud, medida sobre el curso principal, desde el punto emisor hasta el pie de la perpendicular trazada sobre el cauce y que pase por el centroide del rea de la cuenca.

El Centroide: de la cuenca se materializa o define mediante las ecuaciones de la Esttica y Teorema de Varigon, para lo cual es necesario descomponer en reas compensacin. La manera ms sencilla de determinar el centroide es utilizando el mtodo grfico, para ello hay que materializar la cuenca recortando un cartn rgido triplay a la misma escala de la cuenca, suspendindose luego mediante un hilo a cuerda flexible de dos puntos diferentes de su permetro; la interseccin de las verticales trazadas por dichos puntos es, aproximadamente, el centroide buscado.

Pendiente del Cauce Principal (SO): El conocimiento de este parmetro es tambin de suma importancia en el estudio del recurso hdrico con diversos fines, tales como: la ubicacin de obras de toma, evaluacin y optimizacin del potencial hidroenergtico, emplazamiento de presas, proteccin de riberas, ubicacin de puentes, etc.

Donde:

Li: Longitud de cada tramo de pendiente Si Si: Pendiente de cada tramo.

Tiempo de Concentracin (TC): Llamado tambin Tiempo de Equilibrio o Tiempo de Viaje, es el tiempo que toma la partcula hidrulicamente ms lejana en viajar hasta el punto emisor. Se supone que ocurre una lluvia uniforme sobre toda la cuenca durante un tiempo de, por lo menos, igual al tiempo de concentracin.

Tc=0.0256*K 0.77

H = Hmx. - Hmin.Donde.:Tc: Tiempo de concentracin (min.)L: longitud mxima del recorrido de agua (m)

Altitud Media :

Donde:A: rea de la cuenca.Hi : Altitud media de la curva i.ai : rea comprendida entre las curvas i e i +1.

Curva Hipsomtrica: Esta curva es una especie de perfil longitudinal promedio de la cuenca y tiene especial significacin debido a que la altitud es un parmetro preponderante de la Hidrologa Regional. Resulta de plotear las alturas en el eje de las ordenadas versus el rea acumulada que queda por encima de la curva de nivel correspondiente en el eje de las abscisas.

Curva de Frecuencias de Altitudes: Es el complemento de la curva hipsomtrica, puesto que es la representacin grfica de la distribucin de reas ocupadas por las diferentes altitudes. Las reas parciales, en porcentaje, se plotean en el eje de las abscisas versus las alturas en el eje de las ordenadas.De las curvas anteriores se pueden obtener dos parmetros igualmente importantes en Hidrologa Regional: Altitud ms frecuente y altitud media. La primera est definida por la abscisa de mayor valor en la curva de frecuencia de altitudes y la segunda por la ordenada media h de la curva hipsomtrica.

II. PARMETROS DE RELIEVE

1. Coeficiente de Masividad ( Cm )

2. Coeficiente Orogrfico ( Co )

III. PARMETROS DE LA RED DE DRENAJE NATURAL

1. Nmero de Orden (N): Refleja el grado de ramificacin o bifurcacin dentro de una cuenca.

Corrientes de primer orden: Pequeos canales que no tienen tributarios.Corrientes de segundo orden: Cuando dos corrientes de primer orden se unen.Corrientes de tercer orden: Cuando dos corrientes de segundo orden se unen. Corrientes de n+1 orden: Cuando dos corrientes de orden n

2. Relacin de Confluencias (Rc)

Donde:

ni : Nmero de cauces de orden i ni+1 : Nmero de cauces de orden inmediatamente superiorrci : Relacin de confluenciaRc : Promedio de los rci

3. Relacin de Longitudes (RL)

Donde:L i : Longitud promedio de cauces de orden i Li-1 : Longitud promedio de cauces de orden inmediatamente inferior rL i : Relacin de longitudes Rc : Promedio de los rL i

4. Densidad de Drenaje:

Parmetro geomorfolgico de mayor significacin que el anterior por ser un mejor indicativo de la magnitud de la red de drenaje superficial. Est dado por la siguiente expresin:

Donde:

D : Densidad de drenaje superficial (km/km2)A : rea de la cuenca (km2)Li : Longitud del i-simo curso natural.

Lc := Longitud total de la red de drenaje (km).

IV. CALCULOS

PARAMETROS GEOMORFOLOGICOS DE LA CUENCA EN ESTUDIO

I. PARAMETROS DE FORMA

1. rea de la Cuenca (A): La cuenca consta de A = 158 786 786.00 m2, es decir de A = 158.79 km2.2. Permetro (P): El permetro de la cuenca en estudio es de: P = 55 507.00 m, que equivale a 55.51 km 3. Longitud del Cauce Principal (L): L= 19 746.00 m 4. Ancho Promedio (B):

Donde: A: rea de la cuencaL: Longitud del cauce principal

5. Coeficiente de Gravelius o Coef. de Compacidad (Kc):

Indice CgForma de la cuenca

K=1circular

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