ejemplo

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DETERMINACIÓN DE CAUDALES DE CRECIDA PARA LA CUENCA DEL RIO MOROCHATA MEDIANTE EL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS

I. INTRODUCCIÓN

La aplicación de sistemas de información geográfica como el ILWIS Ver. 3.23 the integrated land and water information system, (“ sistema de información integrado de tierra y agua “) y el Modelo de Simulación Hidrológica HEC-HMS permitirán hacer la determinación de caudales en la cuenca de Morochata para diferentes periodos de retorno. El conocimiento de estos caudales permitirá proyectar obras hidráulicas adecuadas y por ende el aprovechamiento de agua de dicha cuenca.

II. ANTECEDENTES

2.1 Temática de la investigación

Una característica común en toda la región es la falta de información hidrológica básica, ante esta situación es frecuente el uso de información, a veces no representativa, de estaciones metereológicas ubicadas fuera del área de estudio (Muñoz, 1998)

La falta de información hidrometereológica representa una limitante fundamental para el desarrollo de proyectos técnico y económicamente adecuados (Muñoz, 1998).

La cuenca del río Morochata se encuentra localizada a 58 Km al Nor-Este de la ciudad de Cochabamba. Su accesibilidad es a través del camino carretero Cochabamba-Morochata.

La cuenca del río Morochata se divide en cinco subcuencas, debido a la falta de información se las nombró con números de abajo hacia arriba, no se efectuaron estimaciones de crecidas porque no se tuvo ningún tipo de información en la zona.

Por su parte el HEC-HMS es un programa computacional del sistema de modelamiento hidrológico del cuerpo de ingenieros de la armada de los Estados Unidos de Norteamérica.

El HEC-HMS es una versión mejorada para el entorno Windows de HEC-1. Este programa simula procesos de precipitación –escurrimiento y procesos de transito de avenidas tanto controlados como naturales. Este modelo se constituye en el sucesor y reemplazante del HEC-1.

El HEC-HMS es uno de los mas difundidos a nivel nacional e internacional en la cuenca piloto Taquiña, en el Laboratorio de Hidráulica de la UMSS y en el CLAS.

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El problema para determinar los caudales máximos, es que al igual que en muchas cuencas en Bolivia no se dispone de información pluviométrica ni fluviométrica. Para el planteamiento y resolución del problema, es posible desarrollar métodos adecuados para la estimación de caudales máximos, basados en la escasa información pluviométrica existente.

2.2 Contexto Geográfico.

La cuenca de Morochata , área donde se desarrolla el presente trabajo se encuentra ubicado a unos 85 Km. al noreste de la ciudad de Cochabamba y forma parte del sistema hidrográfico alta machi _Beni_ Mamore _Amazonas

III. JUSTIFICACIÓN

Los recursos hídricos se constituyen en un elemento de vital importancia para el desarrollo de la vida en la tierra. El agua es esencial tanto para el consumo humano, la salud, la elaboración de alimentos etc.

La presente propuesta sugiere como alternativa para proporcionar una metodología de calculo de caudales para diferentes periodos de retorno utilizando modelos hidrológicos y sistemas de información geográfica que consideren un registro de precipitación actualizado

IV. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Existe una falta de conocimiento de los caudales de crecida en toda lo cuenca de Morochata, y falta de conocimiento sobre posibles métodos y técnicas que permitan mejorar la determinación de caudales máximos en la cuenca

V. OBJETIVOS

El objetivo principal del trabajo de tesis es de proporcionar información de hidrogramas para diferentes periodos de retorno en la cuenca de Morochata para el buen aprovechamiento del agua.

VI. PREGUNTA CENTRAL

¿En la cuenca Morochata que caudal máximo se genera aplicando el sistema de modelamiento Hidrológico (HEC-HMS), con la combinación de sistemas de información geográfico (SIG).

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VII. MARCO CONCEPTUAL

7.1. Cuenca hidrográfica.

Es una unidad territorial formada por un río con sus afluentes y una área colectora de agua. En la cuenca están contenidos los recursos naturales básicos para múltiples actividades humanas, como agua, suelos, vegetación y fauna. Todos ellos mantienen una continua y particular interacción con los aprovechamientos y desarrollos productivos del hombre. (FAO, 1990).

7.2. Caracterización fisiográfica e hidrológica.

Entre las características hidrográficas que afectan la respuesta de una cuenca y de las cuales se puede obtener una idea cuantitativa del grado de su influencia se tienen: área y tipo del suelo, posición y orientación, elevación, pendiente y red de drenaje.

7.3. Hidrogramas.-

La estimación de los hidrogramas de crecida se elabora a través de los hidrogramas según Vente Chow (1994) “ un hidrograma de caudal es una grafica o tabla que muestra la tasa de flujo del tiempo en un lugar dado de la corriente. En efecto, el hidrograma es una expresión integral de las características fisiográficas y climáticas que rigen las relaciones entre lluvia y escorrentía de una cuenca de drenaje particular, dos tipos de hidrogramas son particularmente importantes: el Hidrograma anual y el Hidrograma de tormenta.

7.4. Caracterización fisiográfica e hidrológica

Entre las características hidrográficas que afectan la respuesta de una cuenca y de las cuales se pueden obtener una idea cuantitativa del grado de su influencia, se tienen: área, tipo y uso del suelo, posición y orientación, forma de la pendiente, elevación, red de drenaje.

7.4.1. Área de la cuenca

Esta determinada por una línea imaginaria que encierra el área de confluencia. Esta línea que separa una cuenca de las circundantes, se denomina línea divisoria de aguas o parte aguas y en su trazado no debe cortar ninguna corriente de agua, salvo a la salida de ella.

El área de la cuenca tiene una gran influencia en la magnitud del caudal que de ella va ha drenarse. Normalmente, a medida que crece el área de la cuenca así mismo lo harán los caudales promedio, mínimos y los máximos instantáneos.

Dividir el caudal de una cuenca (Q) por el área de la cuenca (A) permite obtener los caudales específicos (q), los cuales se expresan generalmente en lt/seg/ km2

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q=Q/A

Este parámetro permite la comparación entre cuencas de la misma o de diversas regiones; al igual que cuando se evalúan los rendimientos máximos, mínimos o medios.

7.4.2. Tipo y uso del suelo.

Teniendo en cuenta el tipo de suelo y la vegetación de las cuencas hidrográficas se han definido una serie de parámetros empíricos para su clasificación. Entre los mas aceptados y empleados se encuentra el llamado Número de escurrimiento (N), el caudal varia de 0 a 100 según el Servicio de Conservación de Suelos (SCS). (Jimenez 1992).

Para la selección del Número de escurrimiento N, se clasifican los suelos con su grado de permeabilidad designándose por letras A, B, C y D de acuerdo al uso y/o vegetación de dicho suelo.

Suelo tipo A. Potencial de escurrimiento bajo. Suelos que tienen altas capacidades de infiltración cuando están completamente húmedos: principalmente arenas y gravas muy bien ordenadas. Estos suelos tienen alta velocidad de transmisión de agua.

Suelo tipo B. Suelos que tienen capacidades de infiltración moderadas cuando están completamente húmedas: principalmente suelos medianamente profundos y drenados, con textura de sus agregados variando entre moderada y muy fina. Están caracterizadas porque tienen velocidades medias de transmisión de agua.

Suelo tipo C. Suelos que tienen capacidades de infiltración bajas cuando están completamente húmedas principalmente de suelos que contienen una capa que impide el movimiento hacia abajo del agua o suelos con textura fina o moderadamente fina, estos suelos tienen baja transmisión de agua.

Suelo tipo D. Suelos que se expanden significativamente cuando se mojan, arcillas altamente plásticas y ciertos suelos salinos. Estos suelos tienen una velocidad de transmisión de del agua muy baja.

7.4.3. Pendiente.

La pendiente de la cuenca tiene una importante correlación son la infiltración del escurrimiento superficial, la humedad del suelo. Es uno de los factores físicos que controla el flujo sobre el terrino y tiene una influencia directa en la magnitud de las avenidas y crecidas.

7.4.4. Tiempo de concentración.

Es el tiempo transcurrido entre el final del hietograma de exceso y el final de escurrimiento directo, siendo esta la definición que aparece reseñada en la literatura con mayor frecuencia,

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sin embargo otros autores el Tc como el tiempo comprendido entre el centroide del hietograma de excesos y el punto de inflexión sobre la curva de recensión del hidrograma de escurrimiento directo.

Además se puede definir como el tiempo que se demora en viajar una partícula de agua desde el punto más remoto hasta el punto de interés. Comprende al lapso entre el final de la lluvia y el momento en que cesa el escurrimiento superficial.

Para el calculo del tiempo de concentración se puede utilizar las ecuaciones propuestas por Kirpich,Temes, Rowe y Soil Conservation Service.

Ecuación de kirpich: Tc= 0.39*[(L¨2)/S]¨0.385

Ecuación de Temes: Tc= 0.3*[L/(S¨0.25)]¨´0.75

Ecuación de Rowe: Tc= [(0.86*L¨3)/H]¨0.385

Ecuación de SCS Tc= 0.95*(L¨3/H)¨0.385

Siendo:

L= Longitud del cauce principal (Km)

S= Pendiente del cauce principal (m/m)

A= Área de la cuenca (km2)

7.4.5. Modelo de elevación digital.

El modelo de elevación digital consiste en una representación digital de altitudes como las de la superficie terrestre, ésta información según su origen puede ser almacenada en formato Raster o vector para su posterior utilización. Los DEM son mapas de entrada que se usan con mayor frecuencia en un SIG, sus aplicaciones mas importantes son despliegues tridimensionales de mapas, selección de perfiles, cálculo de pendientes, patrón de drenaje, cálculo de ortoimagenes a partir de fotografías aéreas o imágenes satelitales.

7.4.6. Sistemas de Información Geográfica.

Es un sistema informatizado de almacenamiento, análisis de recuperación de datos en el que los datos se hallan identificados por sus coordenadas geográficas. Además los datos primarios

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, como las características climáticas y del suelo es posible utilizar un SIG para calcular valores derivados como el peligro de erosión, clase de producto forestal o aptitud de la tierra para determinar los tipo de aprovechamiento.

Los datos se extraen normalmente de los mapas, mientras que los valores derivados pueden presentarse en forma de mapas (Morales y Saavedra 1998).

VIII. METODOLOGÍA.

8.1. Recopilación de la información espacial existente

La información cartográfica está compuesta por cartas topográficas de Instituto Geográfico Militar (IGM) e imágenes satelitales (?) correspondiente al área de estudio. Las cartas IGM y la imagen satelital fueron proporcionadas por el CLAS.

8.2. Recopilación y procesamiento de datos de lluvia

La información pluviométrica fue proporcionada por el Servicio Nacional de Hidrología y Metereologia, siendo la correspondiente a ésta área de estudio la Estación Morochata.

Tabla 1. Características de las estaciones Pluviométricas de la Cuenca Morochata

Periodo Coordenadas Estación

De A

Elevación m.s.n.m.

Latitud S Longitud W

Morochata 1948 1999 3027 17014, 66032,

Los registros de precipitaciones para la implementación del trabajo corresponden a información de precipitaciones máximas diarias anuales.

La información pluviométrica original fue sometida a un análisis previo donde se observo inicialmente la existencia de muchos valores de precipitación repetidas los cuales fueron eliminados. Finalmente la información básica con la que se trabajo se presentan en los anexos.

Una vez realizado este primer análisis con la información se procedió a verificar la consistencia de los mismos, a través del método Mann Kendall utilizado para precipitaciones máximas diarias, tomando un nivel de significancía de 0.05.

A partir de la información pluviométrica base previamente verificada y corroborada, su consistencia se procedió a elaborar las curvas de precipitación-duración-frecuencia

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denominadas comúnmente PDF para determinar el diseño de tormenta para los diferentes periodos de retorno que corresponden a 5, 15, 25, 50 y 100 años

Una vez determinadas las precipitaciones se procedió a realizar la desagregación de la precipitación para el tiempo de duración de la tormenta, para éste efecto se utilizaron los factores de desagregación de la cuenca Taquiña al no tener ningún factor en el área de estudio y estos valores son los que más se asemejan por las características de la cuenca.

Tabla 2. Factor de desagregación de la Cuenca Taquiña

Tiempo (horas) Cuenca Taquiña Factor

24 Dia/24hr 1.23

12 24h/12h 0.86

6 24h/6h 0.72

1 24h/1h 0.44

0.5 1h/30min 0.73

0.25 30min/15min 0.62

0.83 30min/5min 0.26

Tabla 3 precipitación para el caculo de la tormenta para los diferentes periodos de retorno

Estaciones Tr_5 Tr- 15 Tr-25

Morochata 47.82 64.35 71.75

Fuente: Elaboración Propia

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A partir de esta información pluviométrica se efectuó la desagregación de la misma a partir de los diferentes periodos de retorno En la tabla 4 se muestra esta información para estación Morochata con su respectiva curva P-D-F.

Tabla 4 desagregación de la precipitación para un periodo de retorno de 5 años de la estación de Morochata

T (hr.)

Cuenca Taquiña

Factores de desagregación

pp (mm)

I (mm/hr)

Y (mm) X (hr) DtoPDF

max Incremento

24 24hr/d 1.23 58.8 2.45 19.79 0.50 19.79 3.91

12 12hr/24hr 0.86 50.6 4.22 26.47 1.00 6.68 19.79

6 6hr/24hr 0.72 42.3 7.06 30.38 1.50 3.91 6.68

1 1hr/24hr 0.44 25.9 25.88 33.15 2.00 2.77 2.77

0.5 30min/1hr 0.73 18.9 37.78 35.30 2.50 2.15 2.15

0.25 15min/30min 0.62 11.7 46.85 37.06 3.00 1.76 1.76

0.08 5min/30min 0.26 4.9 58.94 38.54 3.50 1.49 1.49

39.83 4.00 1.29 1.29

40.96 4.50 1.14 1.14

41.98 5.00 1.02 1.02

42.90 5.50 0.92 0.92

43.74 6.00 0.84 0.84


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Tabla 5 Desagregación de la precipitación para un periodo de retorno de 15 años de la Estación de Morochata

T (hr)

Cuenca Taquiña


pp (mm)

I (mm/hr)

Y (mm) X (hr) DtoPDF max

Incremento

24 24hr/d 1.23 79.2 3.30 26.63 0.5 26.63 5.26

12 12hr/24hr 0.86 68.1 5.67 35.62 1.0 8.99 26.63

6 6hr/24hr 0.72 57.0 9.50 40.88 1.5 5.26 8.99

1 1hr/24hr 0.44 34.8 34.83 44.61 2.0 3.73 3.73

0.5 30min/1hr 0.73 25.4 50.85 47.51 2.5 2.89 2.89

0.25 15min/30min 0.62 15.8 63.05 49.87 3.0 2.36 2.36

0.08 5min/30min 0.26 6.6 79.32 51.87 3.5 2.00 2.00

53.60 4.0 1.73 1.73

55.13 4.5 1.53 1.53

56 5.0 1.37 1.37

57.73 5.5 1.24 1.24

58.86 6.0 1.13 1.13


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Tabla 6 Desagregación de la precipitación para un periodo de retorno de 25 años de la Estación de Morochata

T (hr)

Cuenca Taquiña


pp (mm)

I (mm/hr)

Y (mm) X (hr) DtoPDF max

Incremento

24 24hr/d 1.23 88.2 3.68 29.69 0.5 29.69 5.86

12 12hr/24hr 0.86 75.9 6.32 39.71 1.0 10.02 29.69

6 6hr/24hr 0.72 63.5 10.59 45.58 1.5 5.86 10.02

1 1hr/24hr 0.44 38.8 38.83 49.74 2.0 4.16 4.16

0.5 30min/1hr 0.73 28.3 56.69 52.96 2.5 3.23 3.23

0.25 15min/30min 0.62 17.6 70.30 55.60 3.0 2.64 2.64

0.08 5min/30min 0.26 7.4 88.44 57.83 3.5 2.23 2.23

59.76 4.0 1.93 1.93

61.59 4.5 1.83 1.83

63 5.0 1.40 1.40

64.36 5.5 1.38 1.38

65.623 6.0 1.26 1.26

Una vez elaborado la desagregación de la precipitación para los diferentes periodos de retorno de la estación metereológica de Morochata se graficaron las mismas y se añadió las líneas de tendencia con el fin de obtener la ecuación de obtener la ecuación que nos permita obtener el diseño de tormenta de uso.las curvas P-D-F también se realizo bajo la misma metodología, la tendencia de la curvas presento un valor de R2 mayor 0.995 en todos los casos con lo que se considera una buena correlación.

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Figura 1 Curvas P-D-F para la estación Morochata para un periodo de retorno de 5 años

Curva Precipitacion - Duracion - Frecuencia (Tr=5 años)

y = 9.6372Ln(x) + 26.469

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5 10 15 20

T i e m p o ( h r )

P P

Loga r í tm i ca (PP )

|||



Curva Precipitacion - Duracion - Frecuencia (Tr = 15 años)

y = 12.97Ln(x) + 35.622

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 5 10 15 20

T (hr)

pp

(m

m)

P P

Loga r í tm i ca (PP )


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Curva Precipitacion - Duracion - Frecuencia (Tr = 25 años)

y = 1 4 .46Ln(x) + 3 9 .7 1 4

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

0 5 1 0 1 5 2 0

T (hr)

pp

(m

m)

S e r i e 1

L o g a r í t m i c a ( S e r i e 1 )

Fuente Elaboración Propia

De acuerdo al tiempo de concentración para la cuenca se determino el tiempo de duración de la tormenta y se efectuó la desagregación de la misma para intervalos de 30 minutos

8.3. Empleo del sistema de información Geográfico ILWIS para obtener datos preliminares

Haciendo uso de parte de los recursos que nos brinda el ILWIS, realizamos las operaciones que se Irán detallando una a una a continuación.

8.3.1. Digitalización de la cuenca

Al realizar primero la delimitación de la cuenca, ríos y drenajes tal como se observa en la figura 4 se hizo un mapa de segmentos para posteriormente hacer los cortes de mapas necesarios para los diferentes mapas.

8.3.2 Caracterización de la red de drenaje

La digitalización de la red de drenaje se realizo de acuerdo ala información basca que se tenia ose la imagen, en la cual se digitalizo los ríos principales y secundarios y toda la red de drenaje.

8.3.3. Delimitación de las subcuencas

De acuerdo con la elaboración de la red de drenaje ya digitalizada se procedió ala delimitación de las subcuencas, la metodología utilizada fue encontrar los drenajes secundarios que concluyan en el principal. Como producto de esta delimitación se identificaron 5 subcuencas.

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8.4. Procesamiento de los datos.

De acuerdo con la información ya digitalizada anteriormente con el SIG ILWIS se podrán elaborar lo demás mapas para este trabajo:

8.4.1. Mapa de elevación digital

Una ves con los mapas de curvas de nivel se procedió a elaborar el modelo de elevación digital el cual muestra la forma espacial de la cuenca de acuerdo a las elevaciones.

8.4.2. Mapa de pendientes

La elaboración de este mapa es muy importante, ya que este sirve de base para elaborar otros mapas necesarios para corrida del modelo hidrológico.

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8.5 Recopilación de información del campo.

SE realizo una visita ala zona de estudio esto con la finalidad de hacer un reconocimiento general de lugar , así mismo se recolectaron muestras de textura y descripción de paisajes para luego elaborar los mapas de textura y cobertura vegetal de la zona de estudio.

La elaboración de estos mapas fue realizada en su integridad a partir de cartas topográficas y con la ayuda del GPS .

8.6 Elaboración de mapas temáticos

Es necesario la elaboración de estos mapas previamente a la etapa de aplicación del HEC-HMS como ser elaboración de cobertura necesario para la determinación del número de curva CN parámetro requerido para la corrida del modelo.

8.6.1. Mapa de cobertura.

Este mapa fue elaborado sobre la base de información recopilada en la visita al campo, el cual se muestra a continuación detallando las unidades identificadas.

Figura 4 Mapa de cobertura para la Cuenca de Morochata.

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Tabla 7 Unidades de cobertura

Tipo de Cobertura Area (m) Área (km2)

Bosque denso caducifolio 155795000 155.79

Bosque ralo semidesiduo 79795000 79.80

Matorral denso con árboles dispersos 99955000 99.96

Matorral ralo con gramíneas 46380000 46.38

Pajonal con arbusto disperso 13685000 13.69

Pajonal con suelo expuesto 3255000 3.26

Vegetación herborea dispersa 5885000 5.89

TOTAL 404750000 404.76


8.6.2. Mapa de textura.

Este mapa es importante ya que a partir de él se obtendrán los valores de CN para introducir al modelo HEC-HMS.

Se realizo un total de 20 muestras en la visita al campo para posteriormente hacer los análisis respectivos en el Laboratorio de Agua y Suelos de la Facultad de Agronomía, además de algunos análisis que se realizaron insituo bajo el método del tacto en el lugar y tomando en cuenta la plasticidad del los diferentes tipos de suelo, presentando el mapa de textura a continuación.

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Figura 5 Mapa de textura.

8.6.3.Mapa de CN.

Es necesario el calculo de número de curva por subcuencas para poder ingresar estos valores al HEC-HMS, para poder caracterizar el modelo de la subcuenca, para lo cual fue elaborado el mapa de CN, de acuerdo a la siguiente tabla.

Tabla 8 Unidades de Texturas

Tipo de Textura Tipo de suelo

Franco arenoso A-B

Franco limo arcilloso B-C

Franco Limoso C

Franco Arcillo limoso D

Franco Arcilloso C-D

Limo arcilloso A-B

Fuente: Elaboracion Propia

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Algunas texturas están clasificadas en dos grupos debido a que no se podía definir exactamente a que grupo podría pertenecer para estos casos la asignación de los valores de CN fueron asumidos en un valor intermedio, éstos valores se obtuvieron de las tablas del manual del HEC-HMS, Barren Viessman (1995) y Ven Te Chow (1994).

8.6.4. Mapa de Permeabilidad.

Es necesario la elaboración de éste mapa para la obtención de valor de permeabilidad indispensables para la corrida del modelo. Es importante este mapa para poder ingresar los valores de permeabilidad para pode calcular las perdidas mediante el Método de Numero de Curva

8.7. Enfoque sobre el empleo del HEC-HMS.

Es un software que permite simular transformación de lluvia histórica o hipotética en escurrimiento, a través de un sistema que integra diferentes métodos hidrológicos ya sean concentrados o distribuidos para el transito de caudales.

8.7.1.Modelo de cuenca.

Los parámetros que utiliza este modelo son: las perdidas iniciales, la transformación de lluvias en escurrimiento y el método de flujo base.

La tasa de perdidas se puede calcular mediante los siguientes métodos: el modelo de perdida inicial y perdida de tasa constante; el modelo de déficit y tasa constante; el modelo de número de curva del SCS y el modelo de Snyder.

Transformación. Para la transformación de lluvia en escorrentía se utilizan métodos como el Snyder y SCS.

para la transformación de la lluvia en escurrimiento se utilizarán los métodos:

Método Snyder.- que requiere los siguientes parámetros: Snyder Estándar Lag Tp (hr) y Snyder Peaking Coeficiente Cp

Tp = Ct*(Lca * L)0.3

Tp = Tiempo Lag Standard (hr) Ct = Coeficiente que representa variaciones de los tipos y localizaciones de los rios.

Varia entre 1.8 y 2.2. se asumira 2. Lca = Distancia del centro de gravedad de la subcuenca a su salida (millas) L = Longitud del curso principal (millas) Cp = Coeficiente adimensional varia entre 0.4 y 0.8, se asumira 0.6.

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Método SCS.- Que requiere el SCS Lag, calculado de la siguiente manera:

SCS Lag (hr) = 0.6 * Tc (hr)

Tc (min) = K 0.77 * 0.00195

K = L/(H/L) 0.5

L = Longitud del canal principal H = Desnivel del canal principal Tc = Tiempo de concentración

8.7.2. Modelo de precipitación.

En el que se define una precipitación hipotética o histórica para ser utilizada junto con el modelo de precipitación, este modelo fue el Hietograma del Usuario.

Tormenta de diseño un tormenta de proyecto, es la distribución hipotética de la cantidad de lluvia precipitada en el tiempo. En el estudio de avenidas, representa la lluvia que genera un caudal extremo con determinado periodo de retorno (LH-UMSS-PROMIC, 1996).

8.7.3. Control de especificaciones.

En el que se incluyen las fechas y horas de inicio, fin de la simulación e intervalo de tiempo para el calculo del hidrograma de escurrimiento

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Tabla 9 Parámetros de entrada al HEC-HMS para el modelo de la cuenca

Centro de gravedad lca lca L L Tp Cp

subcuenca x y m millas m millas

1 752080 8098875 5177,22 3,14 8475 5,14 4,61 0,6

2 709286 8097199 4666,22 2,83 8889 5,39 4,53 0,6

3 756740 8087468 9713,24 5,89 13597 8,24 6,41 0,6

4 765447 8089727 5853,88 3,55 6227 4,02 4,44 0,6

5 768044 8093951 5783,87 3,51 4961 3,01 4,06 0,6


El método utilizado para encontrar el centroide de las subcuencas con un algoritmo proporcionado por el TIC

Tabla 10 Parámetros para las subcuencas

sub S Ia (mm)

CN (SCS)

Inperm (%del area)

Tp (hr)

Cp Area (km2)

1 71.64 14.32 78 33.5 4,61 0,6 77.65

2 67.51 13.50 79 36.2 4,53 0,6 55.26

3 80.21 16.04 76 39.3 6,41 0,6 158.66

4 119.52 23.9 68 28.6 4,44 0,6 49.53

5 98.77 19.75 72 38.8 4,06 0,6 64.9


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Para calculo de perdidas iniciales se empleo la formula correspondiente al modelo de perdida iniciales del método de curva

Ia = 0.2*S

S = 25400/Cn-254

Donde :

Ia=Perdidas iniciales

S= retención potencial máxima, una medida de habilidad de retener o obastraer la precipitación de la tormenta

CN= Numero de Curva

Dentro el modelo de la cuenca el calculo de perdidas iniciales se determino bajo el Método de Numero de Curva de SCS

El método de transformación de lluvia en escurrimiento fue Snayder y para el método de flujo base se asume que no existe flujo base, esto debido a que la información es insuficiente como para tener algún caudal medido

8.7.4.Transito de Avenida

Los métodos a utilizar para el cálculo de transito en los canales serán:

lag.- Uno de los métodos para calcular el tiempo de retardo es la extraída de Olivera (2000)que utiliza la siguiente relación

Lag(min)={100*L[(1000/CN)-9)0.7 }/(1900*S0.5 )

L = Longitud de canal principal(pies) S = pendiente (%) del canal principal

CN = numero de curva del SCS para la cuenca en cuestión.

Para el elemento de transito de avenida de (Reach) el hidrograma producido por cada subcuenca se muestra a continuación en la siguiente tabla

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Tabla 11 Tiempos Lag para los Transitos


Nombre del transito

Longitud del transito

(m)

Longitud del transito (pies)

Pendiente (%)

Numero de curva

Lag (min)

T1 8475 30267.85 18.52 78 120.14

T2 8889 31746.41 26.17 79 101.85

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Figura 6 Diagrama del modelo de la subcuencas para la cuenca de Morochata

8.8.Análisis y comparación de resultados.

Finalmente en esta etapa se presentan inicialmente los resultados generados mediante el modelo.

En las tablas siguientes se podrá observar los siguientes resultados arrojados por lo diferente métodos de transformación.

8.9. Caudales específicos estimados para los diferentes periodos de retorno

Los caudales máximos obtenidos para los diferentes periodos de retorno se observan en los siguiente periodos de retorno donde se observa unas precipitaciones de 43.8, 58.9 y 65.6 respectivamente para toda la cuenca y las perdidas totales computadas por el programa varían según los parámetro utilizados en el modelo de la cuenca, el exceso de precipitación es la lluvia efectiva que en la mayoría de las subcuencas coincide con el escurrimiento superficial y la descarga total en las subcuencas. El caudal máximo es proporcional al tamaño de la cuenca de modo que los caudales específicos estimados muestran que para una determinada condición

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de la cuenca 1km2 genera cierta cantidad de caudal, de manera que las subcuencas que tienen caudal especifico menor son las que tienen mayor perdida al generar el escurrimiento.

Tabla 12 Resultados generados por el HEC-HMS Para caudales específicos por subcuenca para un periodo de retorno de 5 años con el método de transformación de lluvia con los SCS

subcuenca PP total (mm)

Perdidas totales (mm)

Exceso de presipitacion (mm)

Escurrimiento total (mm)

Descarga total (mm)

Caudal maximo (m3/s)

Area (mm)

Caudal especifico (m3/s/km2)

1 43.8 26.6 17.1 17.1 17.1 151.63 77.65 1.95

2 43.8 21.9 21.8 21.8 21.8 106.33 55.86 1.90

3 43.8 22.2 21.5 21.5 21.5 337.28 158.66 2.12

4 43.8 29.2 14.5 14.5 14.5 89.6 49.53 1.81

5 43.8 23.9 19.9 19.9 19.9 208.6 64.91 3.21

Figura 7 Hidrograma de salida con el método de transformación de SCS.

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Tabla 13 Resultados generados por el HEC-HMS Para caudales específicos por subcuenca para un periodo de retorno de 5 años con el método de transformación de lluvia con los Snyder





Descarga total (mm)


Area (mm)


1 43.8 26.6 17.1 16.3 16.3 41.28 77.65 0.53

2 43.8 21.9 21.8 21.8 21.6 37.5 55.86 0.67

3 43.8 22.2 21.5 21.5 20.3 81.77 158.66 0.51

4 43.8 29.2 14.5 14.5 14.4 22.3 49.35 0.45

5 43.8 23.9 19.9 19.9 19.8 43.8 64.91 0.67

Figura 8 Hidrograma de salida con el método de transformación de Snyder

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Tabla 14 Resultados generados por el HEC-HMS Para caudales específicos por subcuenca para un periodo de retorno de 15 años con el método de transformación de lluvia SCS





Descarga total (mm)


Area (mm)


1 58.9 32.9 26.0 26.0 26.0 220.65 77.65 2.84

2 58.9 25.9 32.9 32.9 32.9 160.18 55.86 2.86

3 58.9 26.7 32.2 32.2 32.2 503.64 158.66 3.17

4 58.9 36.4 22.5 22.5 22.5 135.0 49.35 2.73

5 58.9 29.4 29.6 29.6 29.6 298 64.91 4.49


26

Tabla 15 Resultados generados por el HEC-HMS Para caudales específicos por subcuenca para un periodo de retorno de 15 años con el método de transformación de lluvia Snyder





Descarga total (mm)


Area (mm)


1 58.9 32.9 26 24.7 24.7 62.4 77.65 0.80

2 58.9 25.9 32.9 32.6 32.6 56.7 55.86 1.01

3 58.9 26.7 32.2 30.4 30.4 122.29 158.66 0.77

4 58.9 36.4 22.5 22.3 22.3 34.3 49.35 0.69

5 58.9 29.2 29.6 29.5 29.5 65.2 64.91 1.01

Figura 10 Hidrograma de salida con el método de transformación de Snyder.

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Tabla 16 Resultados generados por el HEC-HMS Para caudales específicos por subcuenca para un periodo de retorno de 25 años con el método de transformación de lluvia SCS

Subcuenca PP total (mm)




Descarga total (mm)


Area (mm)


1 95.6 43.7 51.9 51.9 51.9 570..36 77.65 7.34

2 95.6 32.3 63.4 63.4 63.4 381.46 55.86 6.82

3 95.6 34 61.6 61.6 61.6 1148.7 158.66 7.24

4 95.6 49.1 46.6 46.6 46.6 343.0 49.35 6.95

5 95.6 38.4 57.3 57.3 57.3 825.4 64.91 12.71


28

Tabla 17 Resultados generados por el HEC-HMS Para caudales específicos por subcuenca para un periodo de retorno de 25 años con el método de transformación de lluvia Snyder

Subcuenca PP total (mm)




Descarga total (mm)


Area (mm)


1 95.6 43.7 51.9 51.4 51.4 131.40 77.65 1.69

2 95.6 43.7 63.4 62.8 62.8 115.70 55.86 2.07

3 95.6 32.3 61.6 58.5 58.5 292.2 158.66 1.84

4 95.6 34.0 46.2 46.2 46.2 75.55 49.35 1.51

5 95.6 49.1 57.3 57.1 57.1 134.32 64.91 2.06

Figura 12 Hidrograma de salida con el método de transformación de Snyder

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8.10. Caudal máximo de la cuenca Morochata

Los caudales máximos a la salida de la cuenca son productos de los hidrogramas generados por la subcuencas 1, 2, 3, 4 y 5 donde el hidrograma de salida muestra que el caudal máximo por ejemplo para un periodo de retorno de 5 año es de 594.76 m3/s. El HEC-HMS considera las perdidas por que existe en el transito de las avenidas, de modo que el caudal máximo a la salida de la cuenca no es la simple sumatoria de los hidrogramas de las subcuencas , ya que existe una diferencia de 233m3/s puesto que el caudal máximo resultado de la simple sumatoria es de 893.44m3/s

Tabla 18 Caudal máximo a la salida de la cuenca con el método de transformación de lluvia SCS

Periodo de retorno Caudal máximo (m3/s) Simple sumatoria

Caudal máximo (m3/s) Estimado con HMS

5

15

25

893.44

1317.47

3269.48

594.76

882.05

1935.5

Tabla 19 Caudal máximo a la salida de la cuenca con el método de transformación de lluvia Snyder.

Periodo de retorno Caudal máximo (m3/s) Simple sumatoria

Caudal máximo (m3/s) Estimado con HMS

5

15

25

226

359.31

649.17

194.98

293.66

310.12

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9. CONCLUSIONES

El estudio de las crecidas, realizado para las subcuencas de la cuenca Morochata nos permite elaborar las siguientes conclusiones :

• La aplicación de del modelo HEC-HMS en su diagramación permite obtener una caracterización hidrológica de cada subcuenca, lo cual nos permite operar de alguna manera mas detallada en un área de menor extensión no generalizar la información. Ejecutando trabajos puntuales.

• El caudal especifico de 25 años de retorno alcanza un valor promedio de 1.84m3/s este valor puede ser utilizado para diseñar obras dependiendo del tamaño de las subcuencas.

• Un aspecto que se debe tomar en cuenta es que no existen estaciones metereologicas automatizadas en zona donde los parámetros hidrológicos sean medidos y registrados por lo tanto se corre el riesgo de precisar los resultados por la escasa disponibilidad de información en la zona.

• Los resultados obtenidos por en programa con los métodos de transformación arrojan resultados similares, lo que varia son los caudales pico lo cual se atribuye a que son métodos diferentes lo único que varia es la forma del hidrograma por el tiempo que toma cada método.

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9.1 Recomendaciones

• Es necesario poder contar con información bastante detallada y precisa de las características principales de la zona.

• Cabe destacar que en este caso específicamente, al no contar con la información de las secciones del río se tuvo que asumir el método de pérdidas de tránsito Lag. Lo cuál no es un buen indicador, lo que nos sugiere que para estudios posteriores se podrán obtener resultados más reales con las respectivas mediciones que se hagan en el lugar.

• La implementación de mejor equipo como ser limnígrafos en la cuenca para tener la posibilidad de comparar los valores observados con los simulados, de manera que los modelos se puedan calibrar para adecuarlos a las condiciones del medio.

• Un aspecto que se debería tomar en cuenta es la realización de mas visitas al campo para lograr obtener mayor infamación acerca del comportamiento hidrológico de las cuencas y así mismo conocer de esta forma el historial de las mismas

• Se deberán tomar en cuenta en el control de especificaciones la duración del evento para obtener resultados mucho mas precisos en cuanto a comparacion de resultados se refiere.

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XII. BIBLIOGRAFÍA

Cardona, R. Estimación de caudales de crecida para la cuenca Misicuni mediante un modelo hidrológico y SIG., Tesis 200 CLAS.

CHOW, 1996. Hidrologia aplicada. Santafe de Bogota –Colombia

FAO. 1986. Tercer seminario nacional, manejo de cuencas hidrográficas Proyecto Regional Manejo de cuencas. La Ceiba , Honduras 125 p

Flores, L. Determinación de caudales específicos por subcuencas en la cuenca Molino Mayu., Tesis 2000 CLAS.

Montenegro E. y Zárate O. 1998. Sistematización para actualización caracterización hidrológica en cuenca Taquiña. Convenio LHUMSS – PROMIC. Serie Estudios Hidrológicos, Publicación n° 7 p. Cochabamba – Bolivia.

Muñoz E. 1998. Sistema de simulación hidrológica para el calculo de la avenida de proyecto. Convenio LHUMSS – PROMIC. Serie Estudios Hidrológicos, Publicación n° 17 p. Cochabamba – Bolivia.

US Army Corps of Engineering Center, 2000. Hydrologic Modeling System HEC-HMS. User Manual Versión 2. Trad. Del Ingles por M. Auza. 186 p. Davis CA. USA.

ejemplo

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