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UNIVERSIDAD DE CARTAGENA
PROGRAMA INGENIERIA CIVIL
HIDROLOGÌA
CUENCA HIDROGRAFICA
SAN PEDRO
PEDRO ACEVEDO MONROY
HERNANDO ARRIETA GONZALEZ
SILENE MERCADO AMAYA
MARIA JOSE RODRIGUEZ CORTEZ
PRESENTADO A:
ALFONSO ARRIETA PASTRANA
UNIVERSIDAD DE CARTAGENA
FACULTAD DE INGENIERIA
PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL
2008
INTRODUCCIÓN
El estudio detallado de una cuenca hidrográfica exige tener en cuenta muchos factores inherentes a ésta, tales factores permiten tener una concepción general de sus características, obteniendo como resultado de estos estudios, criterios fundamentales en la toma de decisiones con relación a cualquier tipo de obra que se lleve a cabo en el sector, tales como la construcción de nuevas vías, urbanizaciones y acorde a sus capacidades de escorrentía, planear el diseño y construcción de una represa.
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La parte más importante del estudio de esta cuenca radica principalmente en conocer cada criterio en particular y la manera como podemos resolver este tipo de problemas en el campo laboral. Más aún es imprescindible el dominio de ciertas técnicas que se desarrollaran en este estudio, para aplicarlos en un estudio de una cuenca mucho más grande, a la cual le tengamos que hacer un estudio mucho más minucioso.
Otro aspecto importante en el estudio de las cuencas es lo relacionado con la parte geológica del terreno es donde se sitúa, razón por la cual en este estudio adquiere una gran importancia y se desarrolla ampliamente.
Características de la cuenca
Área de drenaje.
A = 119 cm2. A= 7.4375
Longitud axial de la hoya
L = 33.5 cm L = 8.375 cm
Perímetro de la cuenca
P = 67 cm P = 16.75 Km
Índice de gravelius o coeficiente de compacidad (Kc )
Kc = 0.28 P/A1/2
P = perímetro de la cuenca (Km.).
A = área de drenaje de la cuenca (Km.).
Factor de forma (Kf)
Kf B: Ancho Medio (Km).
L: Longitud axial de la Hoya (Km.)
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Densidad de drenaje (Dd)
LT = Longitud Total de las corrientes
L1.1 = 0.7 cm = 1.175 Km L1.11 = 5.4 = 1.35
L1.2 = 0.7 = 0.175 L1.12 = 0.6 = 0.15
L1.3 = 1.2 = 0.3 L1.13 = 1.5 = 0.375
L1.4 = 3.1 = 0.775 L1.14 = 2.1 = 0.525
L1.5 = 2.2 = 0.55 L1.15 = 1.5 = 0.375
L1.6 = 2.1 = 0.525 L1.16 = 0.9 = 0.225
L1.7 = 2.7 = 0.675 L1.17 = 1 = 0.25
L1.8 = 0.6 = 0.15 L1.18 = 1.8 = 0.45
L1.9 = 0.65 = 0.165 L1.19 = 2.8 = 0.7
L1.10 = 0.9 = 0.225
L2.1 = 12.2 = 3.05 L2.4 = 5.3 = 1.325
L2.2 = 2.21 =0.55 L2.5 = 2.4 = 0.6
L2.3 = 1 = 0.25
L3 = 24.8 = 6.2
Extensión media de la escorrentía superficial.
ℓ = A / 4L
ℓ =
Sinuosidad de las corrientes de agua (S)
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S = L / LT
LT = Longitud del río principal medida en línea curva o recta.
L = Longitud del río Principal.
S =
CARACTERÍSTICAS DEL RELIEVE DE UNA HOYA
Pendiente de la Hoya.
D = Diferencia entre las curvas de nivel consecutivas
LL = Longitud total de todas las curvas de nivel en la cuenca en Km.
A = Área total de la cuenca, Km2
LL = 54.875 Km.
COTAS (I.C)
COTA MEDIA
AREA (KM2)
AREA ACUMULADA
% AREA
% ACUMULADO
300 - 280 290 0,4513 0,4513 6,1 6,1 130,877
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Ejecución de la Hoya. (E)
Pendiente de la corriente principal.
Pendiente media S1
280 - 260 270 0,4199 0,8712 5,7 11,8 113,373
260 - 240 250 0,7324 1,6036 9,8 21,6 183,1
240 - 220 230 1,2325 2,8361 16,6 38,2 283,475
220 - 200 210 1,4042 4,2403 18,8 57 294,882
200 - 180 190 1,498 5,7383 20,1 77,1 284,62
180 - 160 170 1,0918 6,8301 14,7 91,8 185,606
160 - 140 150 0,6074 7,4375 8,2 100 91,11
TOTAL 7,4375 1567,043
Altitud mediana Altitud media
ALTITUD LONGITUD
A LO LARGO DEL RIO
220 0
200 0,825
180 1,675
160 3,625
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Pendiente Ponderada S 2
Rectángulo equivalente
L, : Lados mayor y menor del rectángulo equivalente (Km)
P : Perímetro de la Hoya (Km)
A : Área de la Hoya (Km2)
Kc : Coeficiente de compacidad.
160 4,45
147,4 6,2
cota dif.
Cota
Dist. Horiz. Entre cotas
dist. Inclinada
entre cotas
dist. Inclinada
acumulada
pendiente por
segmento S1
1/2 ℓi** /
S11/2
220 - 200
20 825 825,24 825,24 0,0242 0,1557 5300,2
200 - 180
20 850 850,24 1675,48 0,0235 0,1534 5542,84
180 - 160
20 2775 2775,07 4450,55 0,0072 0,0849 32688,16
160 - 147,4
12,3 1750 1750,04 6200,59 0,007 0,0838 20874,42
total 6,2 6200,59 64405,62
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L = 7.365 Km, =
A = 10-3 (51.645 + 36.21 44.07 + 10.395 + 11.025) = 153.345 x 10-3 = 0.153345 Km2
RECTANGULO EQUIVALENTE
300 280 260 240 220 200 180 160 140
L
Cotas Área
Acumulada Longitud Acumulada del Rectángulo
equivalente
300 - 280 0,4513 0,4469
280 - 260 0,8712 0,8627
260 - 240 1,6036 1,588
240 - 220 2,8361 2,8085
220 - 200 4,2403 4,1891
200 - 180 5,7383 5,6824
180 - 160 6,8301 6,7635
160 - 140 7,4375 7,365
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AJUSTE DE LLUVIAS ANUALES (LOG-NORMAL)
Aeropuerto Rafael Nuñez
Año Orden i xi yi =log (xi) Frec (y<yi) Frec (y>yi) zi Datos Ajustados (yi) Xi Ajustados. 1970 1 1574,40 3,197 0,9821 0,0179 1,17 3,20 1574,21 1969 2 1518,10 3,181 0,9643 0,0357 1,11 3,18 1517,93 1995 3 1514,80 3,180 0,9464 0,0536 1,11 3,18 1514,63 1979 4 1467,50 3,167 0,9286 0,0714 1,06 3,17 1467,34 1988 5 1433,70 3,156 0,9107 0,0893 1,02 3,16 1433,55 1989 6 1378,00 3,139 0,8929 0,1071 0,96 3,14 1377,86 1973 7 1358,30 3,133 0,8750 0,1250 0,93 3,13 1358,17 1987 8 1350,80 3,131 0,8571 0,1429 0,93 3,13 1350,67 1981 9 1340,10 3,127 0,8393 0,1607 0,91 3,13 1339,97 1960 10 1232,20 3,091 0,8214 0,1786 0,78 3,09 1232,09 1985 11 1219,20 3,086 0,8036 0,1964 0,76 3,09 1219,10 1955 12 1157,30 3,063 0,7857 0,2143 0,68 3,06 1157,21 1993 13 1140,40 3,057 0,7679 0,2321 0,66 3,06 1140,31 1984 14 1130,90 3,053 0,7500 0,2500 0,64 3,05 1130,82 1975 15 1126,80 3,052 0,7321 0,2679 0,64 3,05 1126,72 1980 16 1041,40 3,018 0,7143 0,2857 0,51 3,02 1041,33 1966 17 1039,10 3,017 0,6964 0,3036 0,51 3,02 1039,04 1992 18 1021,00 3,009 0,6786 0,3214 0,48 3,01 1020,94 1978 19 994,60 2,998 0,6607 0,3393 0,44 3,00 994,54 1956 20 964,70 2,984 0,6429 0,3571 0,39 2,98 964,65 1961 21 955,60 2,980 0,6250 0,3750 0,37 2,98 955,55 1964 22 892,40 2,951 0,6071 0,3929 0,26 2,95 892,36 1958 23 890,60 2,950 0,5893 0,4107 0,26 2,95 890,56 1963 24 889,20 2,949 0,5714 0,4286 0,26 2,95 889,16 1962 25 884,80 2,947 0,5536 0,4464 0,25 2,95 884,76 1982 26 870,30 2,940 0,5357 0,4643 0,22 2,94 870,27 1957 27 869,90 2,939 0,5179 0,4821 0,22 2,94 869,87 1967 28 856,90 2,933 0,5000 0,5000 0,20 2,93 856,87 1965 29 853,80 2,931 0,4821 0,5179 0,19 2,93 853,77 1968 30 840,00 2,924 0,4643 0,5357 0,17 2,92 839,97 1950 31 829,10 2,919 0,4464 0,5536 0,15 2,92 829,07 1971 32 810,30 2,909 0,4286 0,5714 0,11 2,91 810,28 1990 33 805,60 2,906 0,4107 0,5893 0,10 2,91 805,58 1974 34 793,80 2,900 0,3929 0,6071 0,08 2,90 793,78 1994 35 776,90 2,890 0,3750 0,6250 0,04 2,89 776,88 1951 36 730,30 2,864 0,3571 0,6429 -0,06 2,86 730,29 1948 37 717,80 2,856 0,3393 0,6607 -0,08 2,86 717,79 1949 38 712,70 2,853 0,3214 0,6786 -0,09 2,85 712,69 1976 39 711,70 2,852 0,3036 0,6964 -0,10 2,85 711,69 1954 40 704,40 2,848 0,2857 0,7143 -0,11 2,85 704,39 1972 41 697,10 2,843 0,2679 0,7321 -0,13 2,84 697,10 1986 42 692,50 2,840 0,2500 0,7500 -0,14 2,84 692,50 1959 43 611,60 2,786 0,2321 0,7679 -0,34 2,79 611,61 1944 44 600,20 2,778 0,2143 0,7857 -0,37 2,78 600,21 1977 45 582,20 2,765 0,1964 0,8036 -0,42 2,77 582,21 1947 46 564,10 2,751 0,1786 0,8214 -0,47 2,75 564,11 1945 47 496,50 2,696 0,1607 0,8393 -0,67 2,70 496,52 1952 48 462,30 2,665 0,1429 0,8571 -0,79 2,66 462,32 1991 49 404,90 2,607 0,1250 0,8750 -1,00 2,61 404,93 1983 50 349,10 2,543 0,1071 0,8929 -1,23 2,54 349,13 1946 51 305,20 2,485 0,0893 0,9107 -1,45 2,48 305,23 1953 52 301,20 2,479 0,0714 0,9286 -1,47 2,48 301,23 1942 53 126,70 2,103 0,0536 0,9464 -2,85 2,10 126,73
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1943 54 100,90 2,004 0,0357 0,9643 -3,21 2,00 100,93 1941 55 80,00 1,903 0,0179 0,9821 -3,59 1,90 80,02
Media 2,878707997
Desviación 0,272137621
coeficiente CS -1,923014658
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Zi Vs. Xi
x y
1,170022294 1574,21145
1,111909414 1517,92583
1,108436598 1514,62667
1,057810792 1467,33851
1,020624369 1433,54685
0,957387733 1377,86035
0,934408489 1358,16505
0,925572339 1350,66683
0,912880802 1339,96936
0,778919159 1232,09417
0,761992979 1219,09708
0,678840195 1157,21064
0,655364041 1140,31426
0,642014162 1130,81628
0,636217955 1126,71715
0,510438709 1041,33478
0,506910242 1039,03524
0,478867068 1020,93885
0,437059959 994,54403
0,388348662 964,649783
0,373223457 955,551509
0,264026575 892,363157
0,260804416 890,56348
0,258293786 889,16373
0,250377424 884,764517
0,224007933 870,267086
0,223274287 869,867157
0,199245312 856,869431
0,193461502 853,769969
0,167456776 839,972347
0,146613017 829,074203
0,110009933 810,277357
0,100726463 805,578136
0,07717822 793,780075
0,0428354 776,882811
-0,055878701 730,290087
-0,083430374 717,79197
-0,094809525 712,692729
-0,097050278 711,692877
-0,113503786 704,393954
-0,1301287 697,095021
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-0,140694328 692,495688
-0,338948068 611,606695
-0,368975102 600,208131
-0,417567391 582,210338
-0,467968733 564,11248
-0,671677602 496,519746
-0,785573502 462,322947
-0,997143356 404,927519
-1,233780715 349,130883
-1,448250583 305,232671
-1,469304496 301,232792
-2,851246291 126,728964
-3,214611886 100,926243
-3,585017047 80,0233746
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AJUSTE DE LLUVIAS MAXIMAS ANUALES (GUMBEL)
ESTACION AEROPUERTO RAFAEL NUÑEZ
Orden i Xi Frec (x<xi) Frec (x>xi) yi
Xi Ajustados
1 201,8 0,982 0,018 4,016 200,361
2 171,3 0,964 0,036 3,314 177,964
3 164,5 0,946 0,054 2,899 164,737
4 161,5 0,929 0,071 2,602 155,261
5 157 0,911 0,089 2,370 147,840
6 135,9 0,893 0,107 2,177 141,715
7 133,4 0,875 0,125 2,013 136,483
8 129 0,857 0,143 1,870 131,903
9 126,4 0,839 0,161 1,742 127,821
10 124,4 0,821 0,179 1,626 124,128
11 120,7 0,804 0,196 1,520 120,750
12 120 0,786 0,214 1,422 117,631
13 115 0,768 0,232 1,331 114,727
14 110,1 0,750 0,250 1,246 112,005
15 109,3 0,732 0,268 1,165 109,440
16 109 0,714 0,286 1,089 107,009
17 107 0,696 0,304 1,017 104,695
18 104,7 0,679 0,321 0,947 102,484
19 102,7 0,661 0,339 0,881 100,363
20 101,6 0,643 0,357 0,817 98,321
21 98 0,625 0,375 0,755 96,350
22 95 0,607 0,393 0,695 94,441
23 93 0,589 0,411 0,637 92,588
24 90,1 0,571 0,429 0,581 90,784
25 89 0,554 0,446 0,525 89,025
26 89 0,536 0,464 0,471 87,304
27 89 0,518 0,482 0,418 85,617
28 85 0,500 0,500 0,367 83,960
29 77,8 0,482 0,518 0,315 82,329
30 76,3 0,464 0,536 0,265 80,720
31 76 0,446 0,554 0,215 79,130
32 75 0,429 0,571 0,166 77,556
33 74,1 0,411 0,589 0,117 75,993
34 71 0,393 0,607 0,068 74,438
35 69 0,375 0,625 0,019 72,888
36 68,6 0,357 0,643 -0,029 71,340
37 68 0,339 0,661 -0,078 69,790
38 67 0,321 0,679 -0,127 68,233
39 65 0,304 0,696 -0,176 66,666
40 64,9 0,286 0,714 -0,225 65,084
41 63,4 0,268 0,732 -0,276 63,482
42 60,5 0,250 0,750 -0,327 61,854
43 60,1 0,232 0,768 -0,379 60,193
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Yi Vs. Xi ajustados
44 60 0,214 0,786 -0,432 58,491
45 60 0,196 0,804 -0,487 56,739
46 59 0,179 0,821 -0,544 54,924
47 54,4 0,161 0,839 -0,603 53,031
48 54 0,143 0,857 -0,666 51,040
49 53,5 0,125 0,875 -0,732 48,923
50 51 0,107 0,893 -0,804 46,642
51 41 0,089 0,911 -0,882 44,140
52 40 0,071 0,929 -0,970 41,322
53 35 0,054 0,946 -1,074 38,023
54 32,5 0,036 0,964 -1,204 33,885
55 30 0,018 0,982 -1,393 27,858
X Y
4,016355966 200,3606245
3,314075796 177,9635053
2,899335826 164,7366182
2,602232166 155,2613882
2,369515186 147,8395783
2,177462963 141,7146488
2,013418678 136,4829485
1,869824714 131,9034498
1,741803762 127,8206056
1,62602322 124,1281325
1,520103731 120,7501482
1,422286137 117,6305495
1,331232193 114,7266571
1,245899324 112,0052212
1,165458674 109,439808
1,08923964 107,0090306
1,016691223 104,6953165
0,947354424 102,4840273
0,880842081 100,3628156
0,816823857 98,32114645
0,755014863 96,349934
0,695166887 94,44126235
0,637061542 92,5881667
0,580504824 90,78445984
0,525322724 89,0245923
0,471357651 87,30353821
0,418465457 85,61670034
0,366512921 83,95983006
0,315375589 82,3289583
0,26493587 80,72033476
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0,215081306 79,13037302
0,165702981 77,55559947
0,11669397 75,99260408
0,067947806 74,43799144
0,019356889 72,88832989
-0,029189236 71,34009688
-0,077805788 69,78961782
-0,12661497 68,23299536
-0,175748625 66,66602487
-0,225351487 65,08409038
-0,275585318 63,48203304
-0,32663426 61,85398018
-0,378711968 60,1931179
-0,432071362 58,49138011
-0,487018316 56,73901186
-0,543931486 54,92393706
-0,603292007 53,0308113
-0,665729811 51,03954488
-0,732099368 48,92288695
-0,803611151 46,64223317
-0,882077592 44,13978145
-0,970421781 41,32230855
-1,073888971 38,02253293
-1,2036341 33,88470128
-1,392612284 27,85780905
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ESTUDIOS HIDROLÓGICOS LOCALES 1
En los últimos ocho años el programa de ingeniería civil de la Universidad de Cartagena a través de sus tesis de grado ha realizado varios proyectos de análisis de la información hidrológica de la costa atlántica en especial de la ciudad de Cartagena.
Donde:
I = Intensidad en mm/h.
Tr = Período de retorno en años.
T = Tiempo de duración de la lluvia.
Método racional
El Método Racional se aplica en cuencas homogéneas pequeñas, menores de 10 hectáreas, principalmente para drenajes de carreteras, patios, áreas rurales, etc.
Se representa con la siguiente expresión:
Q = C i A
donde "Q" es el caudal pico de la escorrentía que se genera a la salida de una cuenca de área "A" por efecto de un aguacero de intensidad constante "i", que tiene una duración igual al tiempo de concentración de la cuenca. "C" es el coeficiente de escorrentía; su valor está comprendido entre cero y uno, y depende de la morfometría de la cuenca y de su cobertura.
La fórmula es dimensional, de manera que las unidades deben utilizarse correctamente. Cuando el caudal se da en m3/s, la intensidad en mm/h y el área en km2, la expresión queda de la siguiente forma:
Q = C i A / 3.6
Las principales dificultades que se encuentran para el uso correcto de la fórmula son dos: La asignación de valores apropiados al coeficiente de escorrentia y la determinación de la intensidad de la lluvia.
La selección del coeficiente de escorrentía es subjetiva porque, aun cuando existen tablas y recomendaciones generales, el criterio de ingeniero es definitivo. Por su parte, la intensidad de la lluvia se deduce de análisis de intensidad, duración y frecuencia.
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Figura
1. Curvas
de intensidad duración frecuencia para el aeropuerto Rafael Núñez de la Ciudad de Cartagena. (Tomada de
Velásquez, Martínez, Almanza, 1995).
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Intensidad del Periodo de Retorno de 5 años
Intensidad del Periodo de Retorno de 10 años
Intensidad del Periodo de Retorno de 15 años
Coeficiente de escorrentía o impermeabilidad
Se adopta el coeficiente de escorrentía Residencial multifamiliar, con bloques contiguos y zonas duras entre éstos (0.675).
Tipo de superficie C
Cubiertas 0,75-0,95
Pavimentos asfálticos y superficies de concreto 0,70-0,95
Vías adoquinadas 0,70-0,85
Zonas comerciales o industriales 0,60-0,95
Residencial, con casas contiguas, predominio de zonas duras 0,75
Residencial multifamiliar, con bloques contiguos y zonas duras entre éstos
0,60-0,75
Residencial unifamiliar, con casas contiguas y predominio de jardines
0,40-0,60
Residencial, con casas rodeadas de jardines o multifamiliares apreciablemente separados
0,45
Residencial, con predominio de zonas verdes y parques-cementerios 0,30
Laderas sin vegetación 0,60
Laderas con vegetación 0,30
Parques recreacionales 0,20-0,35
AREA QE
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Hidrogramas Unitarios
Los hidrogramas unitarios, cuando se calculan con buena información, son apropiados para el cálculo de crecientes en obras importantes, como son los aliviaderos de presas de embalse o los puentes grandes.
Un hidrograma unitario es un modelo matemático que representa la respuesta de la cuenca a la acción de una lluvia de exceso unitaria.
La lluvia de exceso es la parte del aguacero que genera escorrentía superficial. Esta lluvia es unitaria cuando representa un volumen unitario de precipitación.
El hidrograma unitario de una cuenca se determina por medio de análisis de lluvias e hidrogramas, o a partir de sus características morfométricas. En este último caso hay estudios realizados por el Soil Conservation Service, SCS, de los Estados Unidos y por investigadores privados como C.O.Clarck, F.M.Snyder, Nash y Taylor, entre los más conocidos.
El Hidrograma Unitario Triangular del SCS ofrece un procedimiento sencillo para el cálculo de crecientes en cuencas pequeñas.
Los siguientes son los pasos que se siguen en la aplicación del método del hidrograma unitario:
� Síntesis de una lluvia de diseño, a partir de un análisis de intensidad-duración-frecuencia de aguaceros de
corta duración. � Determinación de un índice de infiltración característico de la cuenca. � Cálculo de la lluvia de exceso a partir de la lluvia total de diseño y de la infiltración esperada. � Determinación del hidrograma unitario de la cuenca. � Aplicación de la lluvia de exceso al hidrograma unitario. � Interpretación de los resultados para estimar el caudal pico de creciente.
HIDROGRAMAS SINTETICOS TRIANGULARES
T
(min)
TR
(AÑOS)
INTENSIDADES
(mm/h) COEF. ESC (Km2)
(m3/s)
73,18 5 69,7 0,675 4,762 62,233
73,18 10 79,3 0,675 4,762 70,805
73,18 15 85,5 0,675 4,762 76,341
AREA
(Km2)
TC
(hrs) tp
tr
(min)
TR
(hrs) TP
Qp
(m3/s/km 2)
tb
4,762 1,22 0,732000 5 0,08333 0,77366667 12,8026196 2,06569
4,762 1,22 0,732000 10 0,16667 0,81533333 12,1483565 2,17694
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4,762 1,22 0,732000 15 0,25000 0,857 11,557713 2,28819
HIDROGRAMA DE 5 MINUTOS
x y
0,00 0,00
0,77 12,80
2,07 0,00
HIDROGRAMA DE 10
MINUTOS
x y
0,00 0,00
0,82 12,15
2,18 0,00
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HIDROGRAMA DE 15
MINUTOS
x y
0,00 0,00
0,86 11,56
2,29 0,00
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CONCLUSIONES
Una hoya hidrográfica es un área definida topográficamente, drenada por un curso de agua tal que todo el caudal es descargado a través de una salida simple. La región hidrológica definida para este caso esta circunscrita por medio de diversos límites con los cuales se busca definir las características físicas, con la finalidad de conocer algunos índices que sirvan de comparación entre regiones hidrológicas.
Los suelos son un factor influyente en el fenómeno de la escorrentía ya que su naturaleza, su color y su tipo de vegetación proporcione la información necesaria para el desarrollo de la cuenca.
BIBLIOGRAFÍA
� INSTITUTO GEOGRAFICO AGUSTÍN CODAZZI (IGAC)
� GERMÁN MONSALVE SÁENZ. HIDROLOGÍA.
� VEN TE CHOW. HIDROLOGÍA APLICADA.
� BIBLIOTECA VIRTUAL DEL BANCO DE LA REPÚBLICA.
� WATERSHED WATCH ONLINE.
1 En 1995 dentro del proyecto “Prediseño del Alcantarillado del Sector San Vicente de Paúl, Cartagena de Indias”(Velásquez, Martínez, y Almanza, 1995), se desarrollaron las curvas de intensidad duración frecuencia para la estación del aeropuerto Rafael Núñez de la Ciudad de Cartagena.
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