CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL...

55
CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL MÉTODO RACIONAL EN EL CAÑO PAVAS EN LA VEREDA DE VELÁSQUEZ EN EL MUNICIPIO DE PUERTO BOYACÁ. JESÚS ALEJANDRO PÉREZ LÓPEZ 20072079055 UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA TECNOLOGÍA EN CONSTRUCCIONES CIVILES BOGOTÁ, COLOMBIA 2015

Transcript of CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL...

Page 1: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL MÉTODO RACIONAL EN

EL CAÑO PAVAS EN LA VEREDA DE VELÁSQUEZ EN EL MUNICIPIO DE

PUERTO BOYACÁ.

JESÚS ALEJANDRO PÉREZ LÓPEZ

20072079055

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

TECNOLOGÍA EN CONSTRUCCIONES CIVILES

BOGOTÁ, COLOMBIA

2015

Page 2: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL MÉTODO RACIONAL EN

EL CAÑO PAVAS EN LA VEREDA DE VELÁSQUEZ EN EL MUNICIPIO DE

PUERTO BOYACÁ.

JESÚS ALEJANDRO PÉREZ LÓPEZ

20072079055

Proyecto de investigación

Tecnología en construcciones civiles

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

TECNOLOGÍA EN CONSTRUCCIONES CIVILES

BOGOTÁ, COLOMBIA

2015

Page 3: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

NOTAS DE ACEPTACION

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

__________________________________

Firma del presidente del jurado

__________________________________

Firma del jurado

__________________________________

Firma del jurado

Bogotá, 18 de Septiembre de 2015

Page 4: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

CONTENIDO

Pág.

INTRODUCCIÓN 6

1. MARCO DE REFERENCIA 11

1.1. Marco conceptual 11

1.2. Marco geográfico 29

1.3. Marco demográfico 32

2. METODOLOGÍA 35

2.1. Consulta, revisión, evaluación y adquisición de información existente.35

2.2. Consulta de estudios previos y/o información base requeridos 35

2.3. Caracterización morfométrica y climatológica de la cuenca de estudio. 35

2.4. Descripción de los resultados. 36

3 CLIMATOLOGÍA 37

4 MORFOMETRÍA DE LA CUENCA 38

4.1. Área. 38

4.2. Pendiente del cauce del rio. 40

4.3. Tiempo de concentración 40

4.4. Intensidad 41

4.5. Longitud del cauce 42

4.6. Uso del suelo 42

4.7. Coeficiente de escorrentía 44

5 IMPLEMENTACIÓN MÉTODO RACIONAL 45

6 CONCLUSIONES 47

7 BIBLIOGRAFÍA 49

8 ANEXOS 50

Page 5: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

CONTENIDO DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Velocidad de escorrentía vs Pendiente de la cuenca. 17

Tabla 2. Promedio de velocidades. 17

Tabla 3. Evaluación para la ecuación IDF. 37

Tabla 3. Parámetros de la ecuación IDF. 38

Tabla 5. Área de la cuenca en m2. 38

Tabla 6 Calculo de la pendiente del cauce. 40

Tabla 7. Calculo del tiempo de concentración (tc). 41

Tabla 8. Intensidad (I). 41

Tabla 9. Distribución del suelo. 42

Tabla 10. Coeficiente de Escorrentía. 44

Tabla 11. Calculo caudal de creciente, área en km2. 45

Tabla 12. Calculo caudal de creciente, área en ha. 46

Page 6: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

AGRADECIMIENTOS En primera medida un agradecimiento a Dios por permitirme llegar a este punto

cumbre de mi carrera profesional, en segundo lugar pero no menos importante

quiero agradecer a mis padres por su apoyo y compañía en todo mi proceso

educativo y especiales agradecimientos al Ingeniero Eduardo Zamudio Huertas

por sus orientaciones para el desarrollo en el presente trabajo de grado.

Page 7: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

7

INTRODUCCIÓN

Las más importantes civilizaciones se asentaron en las riberas de los ríos y

lagos: Mesopotamia en una región fértil alimentada por el rio Tigris y Éufrates;

Egipto alimentada por el rio Nilo; China al Yangtzé; La india al Indo y al Ganges

y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

eran más los beneficios que los daños causados por vivir en la ribera de ríos y

lagos, así mismo el hombre aprendió la necesidad de proteger los recursos

hídricos y empezaron a construir obras civiles para cuidar este preciado

recurso y adquirieron conocimientos sobre hidráulica e hidrología.

Como puede observarse el agua ha sido un recurso fundamental para la vida y

un factor esencial para el sector productivo, por lo que la determinación de los

caudales en una región tiene especial importancia debido al predominio de las

actividades relacionadas con el aprovechamiento de los recursos hídricos. A

través de esto es posible obtener información valiosa para la gestión del agua,

en términos de los usos: agrícolas, forestales, energéticos, doméstico,

construcción de obras civiles, etc., es así como, los caudales ayudan al

desarrollo de una sociedad determinada.

Debido a que Colombia es un país tropical donde los cambios climáticos son

continuos y las precipitaciones presentan mayor intensidad y duración, se hace

necesario realizar un estudio hidrológico para la ejecución de cualquier tipo de

proyecto de construcción civil. El presente proyecto de investigación se centra

en el empleo de datos climatológicos como precipitación, temperatura, brillo

solar, evaporación y humedad relativa, los cuales afectan las características

hidrológicas de la cuenca mencionada, además se aplican modelos

hidrológicos e hidráulicos para la determinación de caudales de creciente en el

Caño Pavas en la Vereda de Velásquez en el municipio de Puerto Boyacá.

En este proyecto de investigación la línea de investigación adoptada es la

optimización de procesos, la cual comprende la modelación del ciclo

hidrológico a escala de una cuenca rural, ubicada en el Caño Pavas de la

Page 8: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

8

Vereda Velásquez del municipio de Puerto Boyacá, orientada a la modelación

y simulación de sistemas hidráulicos y estudio y desarrollo de obras hidráulicas

para el control de inundaciones y procesos erosivos.

Por lo que se refiere a los antecedentes del problema, en los últimos años el

país se ha enfrentado en las diferentes zonas, ya sean rurales o urbanas, a

temporadas de lluvias. Las cuales ocasionan pérdida de vidas humanas y de su

patrimonio, produciendo además, cuantiosos daños a la infraestructura. Por

eso como futuros ingenieros se precisa realizar proyectos de investigación

sobre obras hidráulicas que ayuden a minimizar los riesgos de daño por

fenómenos fluviales en las poblaciones, así como, la infraestructura de las

ciudades. Después de verificar en los planos obtenidos en el Instituto

Geográfico Agustín Codazzi (IGAC), se identificó que en el Caño Pavas en la

Vereda de Velásquez en el municipio de Puerto Boyacá, no hay ninguna obra

civil de control para la cuenca, por esta razón y aplicando los conocimientos

adquiridos durante la carrera, se desea utilizar una metodología

Hidrometeorológica como el Método Racional para el cálculo de caudales de

creciente y así lograr un esquema de esta cuenca, y asimismo dejar

información valiosa para construir en el futuro cualquier obra civil que logre

mejorar la calidad de vida de los habitantes de zona, como lo puede ser un

acueducto en el Caño Pavas en la Vereda de Velásquez en el municipio de

Puerto Boyacá.

Así mismo resulta oportuno presentar la pregunta de investigación en la cual

está basada éste proyecto ¿Cuál debe ser el caudal de creciente en el Caño

Pavas en la Vereda de Velásquez en el municipio de puerto Boyacá? Pregunta

que se pretende responder a lo largo del desarrollo del presente documento.

Ante la situación planteada y teniendo en cuenta la descripción del problema

anteriormente expuesto, desarrollar este estudio es absolutamente necesario y

viable debido a que los resultados que se obtengan son básicos para que en un

futuro se realicen obras civiles de control, ya que en la zona no se encuentran

,y así se puede lograr mejorar la calidad de vida de los habitantes. Para

Page 9: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

9

ejecutar lo anteriormente nombrado se van a tener en cuenta los siguientes

factores:

Validación de las fórmulas empíricas para cálculo de tiempos de

concentración, validando factores o determinando nuevos.

Utilización de curvas de Intensidad – Frecuencia – Duración. Estaciones

de Puerto Boyacá y los Azulejos, ubicadas en el Departamento de

Boyacá.

La determinación de coeficientes de escurrimiento C y Número de Curva

CN se hará a través de tablas obtenidas de las siguientes instituciones

gubernamentales de Los Estados Unidos de América: Soil Conservatión

Service SCS y U.S. Geologycal SurveyUSGS, a analizar para la

aplicación de metodologías de fórmula racional y SCS, con base en la

cobertura vegetal, tipo de suelo y pendiente del terreno, información

obtenida de los mapas proporcionados por IGAC “Instituto Geográfico

Agustín Codazzi”.

Aplicación de metodologías Hidrometeorológicas para el cálculo de

caudales máximos para períodos de retorno de 3,5,10, 25, 50 y 100

años, por las fórmulas empíricas: Fórmula Racional, para el caño Pavas

en la vereda Velásquez en el municipio de Puerto Boyacá.

Con base en las consideraciones anteriores el objetivo general en este

proyecto de investigación es el de determinar el caudal de creciente por el

método racional en el Caño Pavas en la Vereda de Velásquez en el municipio

de Puerto Boyacá. De la misma manera, este proyecto de investigación cuenta

con el planteo de objetivos específicos necesarios para el avance y el

desenvolvimiento tanto de la pregunta de investigación como del objetivo

general del mismo. Los objetivos específicos plateados en este documento son:

Clasificar la cuenca empleando índices morfométricos.

Page 10: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

10

Aplicar los principios del método racional para hallar el caudal de creciente

en el Caño Pavas en la Vereda de Velásquez en el municipio de Puerto

Boyacá.

Realizar el cálculo del área, pendiente y longitud de la cuenca principal

ubicada en el Caño Pavas en la Vereda de Velásquez en el municipio de

Puerto Boyacá.

Uso de mapas para la determinación del tipo de suelo, como parámetro

fundamental en la escogencia del coeficiente de escorrentía.

Empleo de curvas y fórmulas para hallar la intensidad de la lluvia.

Cálculo de pendiente del terreno, densidad de drenaje, curva hipsométrica,

pendiente del cauce y coeficiente de sinuosidad.

En otras palabras, el objetivo de este proyecto de investigación es dar a

conocer los fundamentos teóricos de las metodologías utilizadas, que

posteriormente se validarán, para la obtención de caudales máximos,

mejorando así su comprensión. Además de servir como guía para posteriores

estudios relacionados con la temática abordada.

También debe señalarse que existen variedad de metodologías tanto

Hidrometeorológicas como estadísticas para la determinación de caudales

máximos, así pues, resulta oportuno mencionar que la metodología

Hidrometeorológica tomada en cuenta en este trabajo es el Método Racional.

En los marcos de observaciones anteriores se encuentra que durante los

últimos 10 años, la necesidad de progreso del país ha implicado desarrollar

proyectos de ampliación vial, hidroeléctrica, de acueductos, alcantarillados,

puentes y viaductos en las zonas donde no existan. Por esta razón es

necesaria la elaboración de proyectos de investigación sobre cuencas, para

tener datos precisos para la realización de futuras obras civiles que aseguren

una mejor calidad de vida para los habitantes de la zona.

En definitiva, este tipo de estudios de crecientes no solamente resultan de la

aplicación de conceptos técnicos y modelaciones especializadas, sino que

implica la necesidad de desarrollar criterios ingenieriles suficientes con

Page 11: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

11

elementos aprendidos para el desarrollo de diseños que hagan efectivas las

estructuras por el bien de la comunidad.

Sobre la estructura del presente artículo, luego de esta introducción, se

presentan algunos referentes teóricos y conceptuales como lo son el marco de

referencia, metodología, climatología, morfometría de la cuenca, modelo

hidrológico, conclusiones y recomendaciones, bibliografía, apéndices y anexos

de este documento.

Este documento hace parte de los requisitos de la Universidad Distrital

Francisco José de Caldas para otorgar el título en Tecnología en

Construcciones Civiles, y está inscrito en el semillero de investigación UDENS.

Page 12: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

12

1. MARCOS DE REFERENCIA

A continuación se presentan algunos aspectos de importancia para hallar el

caudal de creciente por el método racional en el caño pavas en la vereda de

Velásquez en el municipio de Puerto Boyacá.

1.1 MARCO CONCEPTUAL

1.1.1 Fundamentos teóricos sobre Hidrometeorología

La hidrometeorología es el estudio de la meteorología aplicada a los

parámetros hídricos. La teoría Hidrometeorológica en general, comprende la

observación, procesamiento y análisis del comportamiento de los elementos

hídricos, fundamentalmente las descargas de los ríos y los volúmenes

almacenados en reservorios y lagunas; y de los elementos meteorológicos,

fundamentalmente la precipitación pluvial.

Las teorías Hidrometeorológicas para el cálculo de caudales máximos son las

siguientes: Método Racional, el cual comprende determinación de coeficiente

de escurrimiento C, Curvas de Intensidad-Frecuencia-Duración y cálculos de

tiempos de concentración; Hidrogramas Unitarios, los cuales se dividen en

Sintéticos (Snyder, Triangular y SCS) y Complejos.

Cálculo de caudales máximos utilizando el método de la Fórmula Racional

Este método, que la literatura inglesa atribuye a Lloyd-George en 1906, si bien

los principios del mismo fueron establecidos por Mulvaney en 1850, permite

determinar el caudal máximo que escurrirá por una determinada sección, bajo

el supuesto que éste acontecerá para una lluvia de intensidad máxima

constante y uniforme en la cuenca correspondiente a una duración D igual al

tiempo de concentración de la sección.

Q = CiA (1-1)

Page 13: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

13

En donde:

Q: Caudal máximo en la sección de cálculo,

C: Coeficiente de escorrentía medio ponderado de la cuenca,

A: Área total de la cuenca vertiente en la sección de cálculo,

i: Intensidad media máxima para una duración igual al tiempo

de concentración, de la sección de cálculo.

A continuación se detallan los fundamentos teóricos para determinar cada una

de las variables mencionadas anteriormente.

Determinación del Coeficiente de Escurrimiento C

El coeficiente de escurrimiento C representa la fracción de la lluvia que escurre

en forma directa y toma valores entre cero y uno, y varía apreciablemente entre

una cuenca y otra, y de una tormenta a otra, debido a las condiciones de

humedad iníciales. Sin embargo, es común tomar valores de C representativos

de acuerdo con ciertas características de las cuencas como la vegetación,

pendientes del terreno y uso de suelos.

Cálculo de curvas de Intensidad-Frecuencia-Duración.

El método utilizado relaciona simultáneamente las tres variables Intensidad-

frecuencia- Duración, en una familia de curvas cuya ecuación es:

(1.2)

Page 14: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

14

Donde:

k, m, n y c son constantes que se calculan mediante un análisis de

correlación lineal múltiple; T: Período de retorno en años, d: Duración

en minutos e i: Intensidad en mm/h.

Determinación de Tiempos de Concentración tc.

El tiempo de concentración no es más que el tiempo que tardaría una gota de

agua en recorrer la longitud desde el punto más distante de la corriente de

agua de una cuenca hasta el lugar de medición. Los tiempos de concentración

son calculados a partir de las características físicas de la cuenca, las cuales

son: las pendientes, longitudes, elevaciones medias y el área de la cuenca. Es

de notar que todas las fórmulas tienen factores de corrección que aplican

según la cobertura de la cuenca.

Tiempo de concentración a partir de la fórmula empírica de Kirpich

Desarrollada a partir de la información del SCS en siete cuencas rurales en

Tennessee con canales bien definidos y pendientes empinadas (de 3% a 10%)

(1.3)

L: Longitud máxima del canal o río desde aguas arriba hasta la salida, (en

metros). S: Pendiente del cauce o H/L (m/m) donde H es la diferencia de

elevación entre el punto más elevado y el punto de interés.

Tiempo de concentración a partir de la fórmula de la Federal Aviation

Administration (FAA)

Page 15: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

15

Desarrollada a partir de la información sobre el drenaje de aeropuertos,

recopilada por el cuerpo de ingenieros de Estados Unidos; el método tiene

como finalidad el ser usado en problema de drenaje de aeropuertos, pero ha

sido frecuentemente usado para flujo superficial en cuencas urbanas.

(1.4)

C: Coeficiente de escorrentía del Método Racional (adimensional).

L: Longitud de flujo superficial (en metros).

S: Pendiente de la superficie.

Tiempo de concentración a partir de la fórmula empírica de Giandotti.

(1.5)

A: Área de la cuenca (en kilómetros cuadrados).

L: Longitud promedio de flujo superficial (en kilómetros).

E: Elevación media de la cuenca. (en metros).

Tiempo de concentración a partir de la fórmula empírica del U.S. Bureau of

Reclamation of California.

Conocida también como La fórmula de California Culverts Practice.

Esencialmente es la ecuación de Kirpich, desarrollada para pequeñas cuencas

montañosas en California.

(1.6)

Page 16: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

16

L: Longitud de flujo superficial (en kilómetros).

H: Diferencia de nivel entre la divisoria de aguas y la salida (en metros).

Validación de fórmulas empíricas para la estimación de Tiempos de

Concentración.

Cuando la lluvia cae sobre una cuenca y los niveles de infiltración y de

evaporación son iguales o inferiores a la intensidad del aguacero, comienza el

fenómeno de escorrentía sobre toda la superficie de la cuenca afectada por

dicho aguacero.

El agua resbala, antes de alcanzar un río principal o secundario, bajo la forma

de capas de agua, de una cierta altura (según la intensidad de las

precipitaciones y la pendiente de la superficie de flujo) y una cierta velocidad, la

cual se denomina velocidad de la escorrentía.

La velocidad de la escorrentía se utiliza para validar las fórmulas con que se

obtienen los tiempos de concentración, convirtiendo, estos últimos, a

velocidades y comparándolas con las velocidades de escorrentía. Ella depende

en primer lugar, de la pendiente de la superficie de flujo y después, de las

características del suelo. A continuación se presenta una fórmula empírica

desarrollada para el cálculo de esta velocidad. En la ecuación, a es el ángulo

del terreno.

(1.7)

v= velocidad de escorrentía (m/s)

Page 17: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

17

Anteriormente se detalló la metodología para la determinación de tiempos de

concentración de cuatro maneras distintas. Los tiempos de concentración se

transforman a velocidad dividiendo la longitud del cauce máximo, desde el

nacimiento del cauce hasta el punto de interés, de cada una de las subcuentas

en estudio, entre los tiempos de concentración obtenidos por cada

metodología.

Existe un rango de mediciones de velocidades obtenidas por la Ing. Adriana

Erazo del Servicio Hidrológico Nacional en la cuenca del río Paz entre las

estaciones hidrológicas de La Hachadura y El Jobo, el cual fue utilizado como

base de comparación (1-3m/s).

También existe un estudio realizado en cuencas de Zaragoza, España, el cual

relaciona los tiempos de concentración con las velocidades de escorrentía y

obtuvo la siguiente ecuación:

(1.8)

Donde: L: Longitud del cauce principal (km) desde el punto de inicio del cauce

hasta el punto de medición, S: Pendiente media del cauce, TC: Tiempo de

concentración (en horas).

En una de las conclusiones del estudio anterior, presentaron rangos de

velocidades de escorrentía en función de la pendiente media del cauce.

Concluyeron que para pendientes de 0 a 10% las velocidades de escorrentía

estaban en el rango de 1 a 2 m/s como se muestra en la tabla 2.1. [Documento

sobre Condicionantes Físicos para el Ordenamiento de la Orla Sudoeste de

Suelo Urbanizable].

Page 18: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

18

Tabla 1.Velocidad de escorrentía vs Pendiente de la cuenca

Existe además, un estudio de "Sistematización por medio de terrazas de

predios destinados a la agricultura"; J.C. Molinelli; Dirección de Agronomía,

Publ. Nº 93, 1948; Montevideo. Citado por Ghiggia, R. 1981. En el que obtiene

rangos de velocidades de escorrentía específicos para la determinación de

tiempos de concentración en función del tipo de superficie o suelo en la que el

agua escurría. Estos rangos se presentan en la siguiente tabla.

Tabla 2.Promedio de velocidades

Cuencas hidrográficas

Son aquellas que hacen que el agua que proviene de las montañas o del

deshielo, descienda por la depresión hasta llegar al mar. En algunos casos, la

cuenca puede no alcanzar el nivel del mar si se trata de un valle encerrado por

montañas, en cuyo caso la formación será laguna o lago.

Page 19: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

19

CARACTERÍSTICAS DE LAS CUENCAS HIDROGRÁFICAS

La curva cota superficie: esta característica es además una indicación del

potencial hidroeléctrico de la cuenca.

El coeficiente de forma: da indicaciones preliminares de la onda de avenida

que es capaz de generar.

El coeficiente de ramificación: también da indicaciones preliminares respecto

al tipo de onda de avenida.

PRINCIPALES CUENCAS HIDROGRÁFICAS

Cuencas endorreicas: son aquellas que las aguas no llegan al mar, que

tienen como resultado la formación de sistemas de agua estancada (como

lagos o lagunas).

Cuencas exorreicas: son aquellas que drenan sus aguas al mar o al océano y

que por lo tanto no quedan encerradas entre los diferentes conjuntos de

montañas.

Cuencas arreicas: son aquellas en que las aguas se evaporan o se filtran en

el terreno antes de encauzarse en una red de drenaje. Los arroyos, aguadas y

cañadones de la meseta patagónica central pertenecen a este tipo, ya que no

desaguan en ningún río u otro cuerpo hidrográfico de importancia. También son

frecuentes en áreas del desierto del Sahara y en muchas otras partes.

PARTES QUE FORMAN UNA CUENCA

Cuenca alta: que corresponde a la zona donde nace el río, el cual se desplaza

por una gran pendiente.

Cuenca media: la parte de la cuenca en la cual hay un equilibrio entre el

material sólido que llega traído por la corriente y el material que sale.

Visiblemente no hay erosión.

Cuenca baja: la parte de la cuenca en la cual el material extraído de la parte

alta se deposita en lo que se llama cono de deyección.

Page 20: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

20

Las cuencas, sean endorreicas, exorreicas o arreicas pueden generar un

gran número de afluentes que caen todos en el curso de agua principal, ya sea:

A. Mar

B. Océano

C. Lago

D. Laguna

GUÍAARCGIS

GEO REFERENCIAR

1. Click derecho en la barra de menú para habilitar georeferencing

2. En la parte izquierda de ArcGIS donde aparece layer (con un icono en amarillo)

dar click derecho aquí seleccionar “add data”

3. Se selecciona la imagen para este caso se llamara

“HPSC1724.jpg”aparecerála siguiente imagen,

(Figura 1.)

Dar click en la opción “Yes”, a continuación se podría generar la siguiente

opción, si éste es el caso se debe dar click en “Ok”.

Page 21: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

21

(Figura 2.)

4. Dar click derecho a la imagen y seleccionar “Data FrameProperties” y aquí ir a

la pestaña “CoordinateSystem”

5. En “select a coordinatesystem” se abre “predefinied” aquí en

“ProjectedCoordinateSystem”, aquí se abre “NationalGrids” y aquí por último se

selecciona “MAGNA Colombia Bogotá”, y dar en aplicar y en aceptar.

6. Deshabilitar la opción "Auto Adjust" del menú "Georeferencing".

7. Click en el botón “Add Control Points”, después de esto se deberá identificar

puntos de control, es decir puntos en la imagen donde se conozcan sus

coordenadas planas.

8. Cuando se identifica un punto de control al que se le asigna coordenadas, se

debe, primero dar clic izquierdo para asegurar el punto y luego un click

derecho para desplegar el menú "add x and y" se selecciona y se abrirá una

ventana donde se ingresa las coordenadas X y Y, esto por cada punto de

control. Se recomienda que mínimo sean 4, pueden ser los que están en cada

esquina.

Page 22: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

22

(Figura 3.)

(Figura 4)

9. Se activa nuevamente "Auto Adjust" y la imagen se desaparecerá de la vista,

debido a que se acomodo en las coordenadas que se le asigno.

10. Ahora se guardará laimagen georreferenciada, para la cual se da click en

"Rectify" en el menú "Georeferencing", se desplegará una pantalla donde se

selecciona la dirección,allíse guardará la imagen así como el nombre y el

formato, se generará una imagen nueva y esta es la que está georreferenciada.

Page 23: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

23

(Figura 5.)

11. Una vez guardada la imagen georreferenciada para este caso “HPSC1724.tiff”,

se puede abrir con “Add Data” y la imagen inicial se puede eliminar ya que se

trabajará con la georreferenciada.

12. Ahora dependiendo del proyecto se harán líneas, puntos o polígonos y se

crearan capas individuales según lo que se quiera realizar.

SHAPEFILE- CREACIÓN DE POLÍGONOS, LÍNEAS Y PUNTOS

13. Se vuelve a ArcCatalog y se busca la carpeta de trabajo, en la cual se crea una

carpeta que se llama “Shapes”, dentro de esta se le da click derecho se va a

“New” y aquí vamos a “New Shapefile”

(Figura 6.)

Page 24: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

24

En “Name” se coloca el nombre que se crea prudente para el“Shapefile” (el

nombre tiene que ir seguido sin espacio alguno entre caracteres), en “Type”, se

puede seleccionar diferentes opciones (Polygonfeatures, line features,

pointfeatures que serían los tres principales).

14. Una vez definido el nombre y el tipo de figura geométrica, se coloca el sistema

de coordenadas en “Edit”, donde aparecerá una ventana emergente le damos

“Select”, y por ultimo aparecerá otra ventana donde se buscar el sistema de

coordenadas con la siguiente secuencia “ProjectedCoordinateSystems” –

“NationalGrids” – “South America” – “MAGNA Colombia Bogota.prj” se le dara

click en la opción“Ok”.

(Figura 7.)

15. Después de tener el shapefile, se crean los atributos del archivo geográfico

para mejorar su manejo, como por ejemplo el nombre de los ríos o la altura del

nivel del mar, entre otros. Para ello se puede abrir la tabla de atributos del

shapefile, y en las opciones de la tabla se coloca “Add Field”

(Figura 8.)

Page 25: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

25

Ahíse puede colocar el nombre de la columna, como por ejemplo nombre

geográfico del drenaje o altura para las curvas de nivel, y el tipo de dato si es

texto o numérico.

16. Repetir el procedimiento desde el paso 13 al 16 siempre que se quiera crear

una featureclass. En el paso 13 se puede cambiar el “type” por line

featurespointfeatures o dejar el polygonfeatures, según lo que se quiera hacer.

EMPEZAR A EDITAR

17. Volver a ArcMap y aquí en “Add Data” y adicionar el Shapefile creado

anteriormente.

(Figura 9.)

18. Dar click en la opción “editor”, que está rodeado por el círculo rojo de la imagen

anterior, luego se le dará click en “StartEditing”.

19. Donde dice “Target”, tiene que aparecer el nombre de la featureclass en este

caso “Cobertura”, (se recomienda siempre revizar esta parte antes de editar la

featureclass deseada.

(Figura 10.)

Page 26: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

26

20. En la figura anterior se selecciona el lápiz encerrado en el círculoazul, para

poder dibujar los polígonos, como se ve en el círculo verde que se va dibujando

punto por punto.

(Figura 11.)

21. En la imagen anterior se puede observar dos polígonos que se dibujaron

arbitrariamente (se hizoasí, ya que solo es un ejemplo), luego se va a “Task”, y

si ya ha dibujado un polígono por lo menos, se puede usar la acción “Auto-

Complete Polygon”, el cual permite empezar un nuevo polígono usando uno

anteriormente dibujado para no tener que hacer todo el polígono, sino como su

nombre lo dice autocompletarlo. La forma correcta de usar esta herramienta es

como se ve en la imagen siguiente.

(Figura 12.)

Page 27: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

27

(Figura 13.)

Nota: para cerrar el polígono, tanto para cuando es nuevo, como cuando se

usa la función de autocompletar se hace con doble click.

22. Después se vuelve a Editor y se haceclick “SaveEdits”, para guardar lo que se

ha hecho en la featureclass, y luego para parar la edición de esta featureclass,

se vuelve a editor y le se le da en “Stop Editing”, (se recomienda estar

guardando con “sabe edits constantemente)

Nota: las featureclass se guardan de forma independiente del archivo de

Arcmap.

23. Luego se toma el polígono de la izquierda (tiene que estar activo el

“Startediting”), se le da click izquierdo para seleccionarlo y luego se le da click

derecho y se selecciona “Attributes” y se desplegara una ventana.

(Figura 14.)

Page 28: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

28

Donde dice tipo, se le colocara “Bosque”. Como se puede observar en Shape_

Área, muestra el área del polígono en metros cuadrados, este dato hay que

tenerlo en cuenta a la hora de hacer la leyenda (se puede importar una hoja de

cálculo Excel para la leyenda pero eso se verá más adelante).

24. Luego sin cerrar la ventana “Atributtes”se le da click al polígono de la mitad y

en tipo se le coloca “Pastos”, se hace lo mismo con el último polígono y a este

en tipo se le coloca “Cultivos”.

Nota: Un tipo puede tener varios polígonos, por ejemplo pueden haber varios

polígonos cuyo tipo sea Bosque. (No olvidar guardar la edición y después

detenerla).

25. Ubicarse en la parte izquierda de la pantalla donde dice Cobertura (debajo de

Layers) le damos click derecho y se va a “Properties”

(Figura 15.)

26. Ir a la pestaña “Symbology”, y en la parte izquierda donde dice “Show”, se le

da click en “Categories”-“UniqueValues” y se da click donde dice”addallvalues”,

y se ve que se adicionan los tres tipos de polígonos que se crearon.

Page 29: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

29

(Figura 16.)

27. Como se puede observar el software muestra colores predeterminados para las

coberturas, pero se puede cambiar como se considerepertinente y conveniente

(haciendo doble click sobre el color a cambiar), de la misma manera se puede

cambiar el grosor de la línea o si se quiere en vez de usar colores algún

achurado.

(Figura 17.)

Page 30: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

30

Luego se selecciona laopción que se crea conveniente, se daclick en la opción

“ok”, luego en “aplicar” y porultimo en “aceptar” y se obtiene el siguiente

resultado:

(Figura 19.)

28. Para guardar el proyecto, ir a la opción “file” dar click en “save”, ybuscar la

carpeta “practica Argis” ingresar en ella y colocar al archivo el nombre “practica

Argis” y el proyecto quedara guardado.

1.2 MARCO GEOGRÁFICO

Boyacá es un Departamento rico en agua, sus tierras están surcadas por

numerosos ríos que constituyen un gran potencial eléctrico para el

Departamento y el país ejemplo de ello es la represa de Chivor ubicada en la

provincia de Neira que tiene 22 kilómetros de longitud y cubre 1200 hectáreas,

con un volumen de 815 millones de metros cúbicos de agua. Su construcción

se inició en el año 1969 y finalizó en 1976 «con una inversión total de diez mil

millones de pesos financiados por empresas nacionales.

Los ríos que corren por el territorio boyacense conforman cinco cuencas

hidrográficas que llevan sus aguas a cinco ríos importantes como son: el

Magdalena, el Suárez, el Chicamocha, el Arauca, el Meta y además por las

sub-cuencas de los ríos Guavio, Cravo Sur, Lengupá, Upía, Cusiana y Pauto.

Page 31: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

31

Se ubica en la zona occidente y centro del departamento, el río Magdalena

surca el territorio del departamento por espacio de 72 km, en su ribera se ubica

la población de Puerto Boyacá.

(Figura 20.)

La cuenca que se va a estudiar queda en el municipio de Puerto Boyacá, en el

Departamento de Boyacá.

Page 32: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

32

Page 33: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

32

Page 34: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

33

1.3 MARCO DEMOGRÁFICO

El presente proyecto de investigación es una cuenca en elCaño Pavas en la

Vereda de Velásquez en el municipio de Puerto Boyacá.

MUNICIPIO DE PUERTO BOYACÁ

Puerto Boyacá es una ciudad, municipio y puerto colombiano del

departamento de Boyacá, capital de la Zona de Manejo Especial y

antiguamente denominada «Territorio Vásquez». Puerto Boyacá es uno de los

principales puertos de la región del Magdalena Medio y con una población

cercana a los 50.000 habitantes.3 es la quinta ciudad del departamento.

También es a la vez el principal puerto fluvial del departamento de Boyacá.

Puerto Boyacá ha vivido una historia de violencia particular en el contexto

colombiano al padecer el flagelo de la violencia primero con la guerrilla de las

FARC y luego con grupos de autodefensa y paramilitares. En los años 70 y

80´s el municipio tuvo una fuerte influencia del Partido Comunista, las FARC

(uno de los frentes del bloque oriental comandados por alias "el Mono Jojoy") y

facciones del partido liberal, del cual algunos de sus líderes mutaron en

asociados y promotores de un estado social regido por grupos de autodefensa

(surgidos formalmente entre 1965 y de 1968, cuando dos textos jurídicos -el

Decreto 3398 y la posterior Ley 48- sentaron las bases legales que permitieron

crear organizaciones de defensa civil).

Ganadería

La mayor parte del territorio del municipio se encuentra en el valle del río

Magdalena, lo que proporciona terrenos planos y fértiles, propicios para la

ganadería extensiva, principalmente de ganado bovino de doble propósito

(producción de carne y leche).

El ganado bovino cuenta con 170.527 ejemplares, le sigue el equino con 5.962,

el porcino con 1.906, el bubalino con 1.444, el ovino con 985 y el caprino con

194, para un total de 181.018.

Page 35: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

34

Pesca y piscicultura

La pesca es una actividad artesanal que se realiza durante todo el año como

parte de la economía de subsistencia para los pescadores de los ríos

Magdalena, Negro, Guaguaqui y Ermitaño de la ciénaga de palagua. La

subienda es una época de abundancia entre diciembre y febrero de cada año.

También existen 345 estanques de los cuales 120 se aprovechan para la ceba

de peces como la cachama blanca, la tilapia o mojarra roja y el bocachico.

Agricultura

Existen cultivos de plátanos, cacao, yuca, maíz, cítricos y papaya.

Petróleo

En el territorio se han realizado explotaciones por parte de la Texas Petroleum

Company, que inició las perforaciones en 1940 en el área de Puerto Niño,

en 1968 ya se habían perforado 146 pozos. Ecopetrol se vinculó a la

explotación en noviembre de 1986, en los campos de producción de Palagua y

Caipal, antigua concesión de la Texas, mediante el sistema de bombeo

mecánico. La firma omimex de Colombia anuncio en 2004 que extraerá

petróleo del fondo de río Magdalena en el campo denominado Under River,

con el cual esperaba incrementar la producción local de 17 mil barriles por día

a 26.500.

Page 36: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

35

Page 37: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

35

Page 38: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

36

2. METODOLOGÍA

La metodología a emplear para el desarrollo del cálculo del caudal de

creciente por el método racional se describe a continuación:

2.1. CONSULTA, REVISIÓN, EVALUACIÓN Y ADQUISICIÓN DE

INFORMACIÓN EXISTENTE.

En primera instancia se identificaron las estaciones hidroclimatológicas

medidoras delos parámetros climatológicos y de caudales de las corriente de

Puerto Boyacá, que permitieron caracterizar la cuenca.

2.2. CONSULTA DE ESTUDIOS PREVIOS Y/O INFORMACIÓN

BASEREQUERIDOS

En relación con la información requerida de la cuenca se consultó la

información de cobertura y uso del suelo, esta información se determino por los

mapas suministrados por el Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC).

Se recolecto información sobre la estación de Puerto Boyacá, se obtuvo las

curvas de intensidad-duración-frecuencia (IDF).

2.3. CARACTERIZACIÓN MORFOMÉTRICA Y CLIMATOLÓGICA DE LA

CUENCA DE ESTUDIO

Posteriormente se llevó a cabo la caracterización morfométrica de la cuenca en

el Caño Pavas, Vereda Velásquez, Puerto Boyacá. En esta caracterización se

incluyó la estimación de los siguientes parámetros:

Área

Longitud

Perímetro

ancho de la cuenca

Page 39: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

37

Orientación

Elevación

Tiempo de concentración

Longitud del cauce

El modelo hidrológico desarrollado, requirió también el diseño asociadas a

diferentes períodos de retorno, calcularon con base a las curvas Intensidad–

Duración – Frecuencia o IDF representativas de la cuenca en estudio

dependiendo de las estaciones existentes y de los registros de lluvia máxima

en 24 horas utilizando las curvas regionalizadas de Intensidad – Duración –

Frecuencia regionalizadas para Colombia (Vargas& Díaz Granados, 1998).

2.4. DESCRIPCIÓN DE LOS RESULTADOS

Finalmente todos los análisis y resultados obtenidos en los pasos ya descritos,

quedaron resumidos y especificados de la mejor manera posible a continuación

en el presente trabajo de grado, donde además se incluyen las tablas y figuras

de la cuenca en estudio.

3. CLIMATOLOGÍA

A continuación se realiza una caracterización climatológica de la cuenca en el

Caño Pavas, Vereda Velásquez, Municipio de Puerto Boyacá. Para esto ha

sido necesaria una investigación de los registros climatológicos medidos en la

estación existente y con influencia en la cuenca en estudio. Dicha información

fue consultada y obtenida en el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios

Ambientales de Colombia, IDEAM. Las curvas IDF que se están utilizando en

esta investigación fueron obtenidas del siguiente proyecto de investigación:

TRATAMIENTO Y ANÁLISIS DE LOS REGISTROS

PLUVIOGRÁFICOS CAPTURADOS POR LAS ESTACIONES:

PUERTO BOYACÁ Y LOS AZULEJOS, UBICADAS EN EL

Page 40: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

38

DEPARTAMENTO DE BOYACÁ PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LAS

CURVAS INTENSIDAD – DURACIÓN – FRECUENCIA (IDF).

(1.9)

Page 41: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

39

4. MORFOMETRÍA DE LA CUENCA

La caracterización morfométrica de una cuenca, es determinante para un

análisis de disponibilidad/demanda hídrica, porque los resultados constituyen

un elemento fundamental en la definición de zonas con comportamientos

similares a lo largo de la cuenca. La mayoría de los parámetros morfométricos

representan índices adimensionales que permiten comparar las diferentes

características de una cuenca, en especial cuando no se cuenta con suficiente

información primaria que permita establecer cálculos directos de las variables

que intervienen. Los parámetros morfométricos considerados en este estudio

para la cuenca del Caño Pavas en la Vereda Velásquez, Municipio de Puerto

Boyacá. Ubicadas en la zona de estudio de la estación Puerto Boyacá, son los

siguientes:

4.1. ÁREA

En el siguiente plano se ha determinado el área de la cuenca que es 19,34

Kilómetros cuadrados:

Tabla 5. Área de la cuenca en m2

Page 42: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

40

Page 43: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

40

Page 44: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

41

4.2 PENDIENTE DEL CAUCE DEL RIO

Tabla 6 Calculo de la pendiente del cauce.

(1.10)

PENDIENTE DEL CAUCE DEL RIO

Cota Máxima

(m)

Cota Mínima

(m)

Longitud del

Cauce(m) S

155 140 6821 0,2199091

La pendiente media de la cuenca en el Caño Pavas en la Vereda Velásquez

en el Municipio de Puerto Boyacá está entre 0% y 2%, lo cual indica que el

grado de inclinación es de una cuenca llana con valles en su interior o planicies

de inundación, la cual puede presentar problemas de sedimentación, este dato

es obtenido con ARGIS.

4.3. TIEMPO DE CONCENTRACIÓN

Para estimar el tiempo de concentración, existen gran variedad de ecuaciones

empíricas, algunas de ellas se basan en las características morfométricas.

Tiempo de concentración a partir de la fórmula empírica de Kirpich.

Los tiempos de concentración son calculados a partir de las características

físicas de la cuenca, (pendientes, longitudes, elevaciones medias y el área de

la cuenca) las cuales fueron previamente obtenidas (a excepción de las

elevaciones medias) a partir del procesamiento de información de las cuencas.

Se calcularon los tiempos de concentración por período de retorno de 3, 5, 10,

25, 50 y 100 años; por estación hidrológica y para cada fórmula empírica

anteriormente mencionada.

(1.11)

Page 45: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

42

Tabla 7. Calculo del tiempo de concentración (tc).

CALCULO DE TIEMPO DE CONCENTRACIÓN

longitud del cauce en metros

pendiente de la cuenca (s) en metros

Tiempo de

concentración (Tc) en horas

6821 0,219909104 0,0003245 0,520611867

4.4. INTENSIDAD

Como se ha explicado anteriormente, se cuenta con el registro de intensidades

para la estación Hidrometeorológica de Puerto Boyacá, a la cual se les ha

asociado una o unas (según sea el caso) estaciones Hidrológicas. Esta

asociación se ha hecho convenientemente ubicando una estación

Hidrometeorológica aguas arriba de las estaciones hidrológicas, pudiendo así

medir las intensidades a la salida de la cuenca.

Las intensidades para cada estación hidrológica se calculan introduciendo el

valor de tiempo de concentración como duración y cada uno de los períodos de

retorno (3, 5, 10, 25, 50 y 100 años) en las ecuaciones generadas de las curvas

I-D-F.

A continuación se presentan los valores de intensidades máximas para

diferentes períodos de retorno calculadas a través de las curvas Intensidad-

Frecuencia-Duración y de los tiempos de concentración calculados a través de

la fórmula empírica de Kirpich.

Tabla 8. Intensidad (I)

periodo de

retorno (años)

INTENSIDAD (I) mm/h

3 83,64

5 92,56

10 103,76

25 117,92

50 128,42

100 138,84

Page 46: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

43

4.5. LONGITUD DEL CAUCE

La longitud del cauce del Caño Pavas, Vereda Velásquez, Municipio de Puerto

Boyacá. Es de 6821 metros, este valor es determinado con ARGIS.

4.6. USO DEL SUELO

Para el cálculo de todos los CN en la cuenca se utilizó el mapa de uso actual,

el cual es procesado en ArcGIS para obtener un mapa temático de grupo

hidrológico de suelo a cada uno de los polígonos. Finalmente con la

información de cobertura y grupo hidrológico de suelos de cada polígono se

procesa para obtener el valor de CN para cada uno de estos el cual fue

ponderado con respecto al área total de la unidad de codificación, para obtener

el CN ponderado para cada unidad. El uso del suelo del caño Pavas, esta

explicado en el siguiente plano:

Tabla 9. Distribución del suelo.

Page 47: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

44

Page 48: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

44

Page 49: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

45

Ganadería extensiva

La ganadería extensiva es aquel sistema de crianza de ganado, el cual se lleva

a cabo en grandes extensiones de terreno, donde la carga va hasta Dos(2)

animales por hectárea (10.000 m2), la supervisión de los animales se hace de

manera esporádica, los animales pastorean "libremente" y ellos mismos se

encargan de buscar y seleccionar su alimentación en potreros de gran tamaño.

La ganancia en peso promedio por día oscila 0 y 450 gramos/día.

Bosque productor-protector

Bosque productor-protector, es el destinado a la producción de madera y a la

protección del suelo y solo permite un aprovechamiento selectivo, por fajas o

por sectores. En los sectores aprovechados el suelo queda desprovisto de

árboles en áreas pequeñas y por períodos relativamente cortos, pero se

conserva una protección permanente debido a la vegetación que allí se

establece (IGAC, 1997).

4.7. COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA

Los coeficientes de escorrentía para los diferentes periodos de retorno son los

siguientes:

Tabla 10. Coeficiente de Escorrentía

COEFICIENTE DE ESCORRENTIA

periodo de retorno

(años)

coeficiente de escorrentía (bosques)

coeficiente de escorrentía (cultivos)

área de bosques

(m2)

área de cultivos

(m2) C

promediado

3 6937920 9776160 19050000 280000 6979032,633

5 7884000 10722240 19050000 280000 7925112,633

10 8830080 11352960 19050000 280000 8866624,563

24 9776160 12614400 19050000 280000 9817272,633

50 11037600 13560480 19050000 280000 11074144,56

100 12299040 14821920 19050000 280000 12335584,56

Page 50: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

46

5. IMPLEMENTACIÓN MÉTODO RACIONAL

El método de la Fórmula Racional está basado en la suposición de que ocurre

un evento de lluvia de intensidad constate sobre toda el área de drenaje de la

cuenca. A continuación se presentan los valores calculados de caudales

máximos por la metodología de la Fórmula Racional, mediante la multiplicación

de los valores de intensidad, coeficientes de escurrimiento y el área de la

cuenca en estudio.

Ahora bien, si el área (A) está dado en km2, la intensidad (I) en mm/h y el

caudal (Qp) en m3/s, la ecuación queda igual a:

(1.12)

C = Coeficiente de escorrentía adimensional I = Intensidad dada en mm/h A = Área dada en km2

Tabla 11. Calculo caudal de creciente, área en km2

CAUDAL DE CRECIENTE

Periodo de Retorno (años)

Coeficiente de

Escorrentía

Intensidad (I) mm/h

Área (A) Km2

constante

CAUDAL DE CRECIENTE

m3/s

3 0,22130367 83,64 19,33 0,278 99,47

5 0,25130367 92,56 19,33 0,278 125,00

10 0,28115882 103,76 19,33 0,278 156,77

25 0,31130367 117,92 19,33 0,278 197,26

50 0,35115882 128,42 19,33 0,278 242,33

100 0,39115882 138,84 19,33 0,278 291,84

Page 51: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

47

Como verificación del método racional se puede utilizar la siguiente formula,

donde el área (A) está dado en hectáreas (ha), la intensidad (I) en milímetros

hora mm/h y el caudal (Qp) en m3/s, la ecuación queda igual a:

(1.13)

C = Coeficiente de escorrentía adimensional I = Intensidad dada en mm/h A = Área dada en ha

Tabla 12. Calculo caudal de creciente, área en ha.

CAUDAL DE CRECIENTE

Periodo de Retorno (años)

Coeficiente de

Escorrentía

Intensidad (I) mm/h

Área (A) ha

constante

CAUDAL DE CRECIENTE

m3/s

3 0,22130367 83,64 1933 360 99,39

5 0,25130367 92,56 1933 360 124,90

10 0,28115882 103,76 1933 360 156,64

25 0,31130367 117,92 1933 360 197,11

50 0,35115882 128,42 1933 360 242,14

100 0,39115882 138,84 1933 360 291,61

Se puede observar que no importa las unidades que se utilicen los resultados

al aplicar las formulas del Método Racional para hallar caudales máximos son d

iguales para los diferentes periodos de retorno.

Page 52: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

48

6. CONCLUSIONES

A partir de la información expuesta en términos de la lectura de referentes

conceptuales y teóricos, y de la interpretación y análisis de fuentes

provenientes del referente experencial, puede concluirse que las condiciones

climatológicas y las características propias de la cuenca se identificaron como

relevantes para el éxito del cálculo del caudal de creciente por el método

racional en el Caño Pavas, en la Vereda Velásquez, en el municipio de Puerto

Boyacá, en el Departamento de Boyacá.

En primer lugar se realizó una caracterización climatológica de la cuenca del

Caño Pavas. Para esto fue necesaria una investigación de los registros

climatológicos medidos en la estación existente y con influencia en la cuenca

en estudio. Dicha información fue consultada y obtenida en el Instituto de

Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia, IDEAM y

también con la información otorgada por la Universidad Distrital Francisco José

de Caldas, atreves del proyecto de grado; Romero, (2014). Tratamiento y

análisis de los registros pluviográficos capturados por las estaciones: puerto

Boyacá y los azulejo, ubicada en el departamento de Boyacá para la

construcción de las curvas intensidad – duración – frecuencia (IDF). De lo

anterior se pudo obtener la intensidad para los diferentes periodos de retorno.

Periodo de

Retorno (años)

INTENSIDAD (I) mm/h

3 83,64

5 92,56

10 103,76

25 117,92

50 128,42

100 138,84

Las características propias de la cuenca en el Caño pavas son, primero, su

área fue de 19,33 Km2, la cual indica que está entre los parámetros para aplicar

Page 53: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

49

la teoría Hidrometeorológica como lo es el método racional ya que no debe

superar un área de 20 Km2,la longitud del cauce del rio es de 6,82 Km.

Segundo, la pendiente media de la cuenca en el Caño Pavas en la Vereda

Velásquez en el Municipio de Puerto Boyacá está entre 0% y 2%, lo cual

indica que el grado de inclinación es de una cuenca llana con valles en su

interior o planicies de inundación, la cual puede presentar problemas de

sedimentación.

Una vez determinados los datos climatológicos y morfométricos, los caudales

máximos calculados en este proyecto de investigación han sido los siguientes:

Periodo de Retorno (años)

CAUDAL DE CRECIENTE

m3/s

3 99,47

5 125,00

10 156,77

25 197,26

50 242,33

100 291,84

Establecidos los caudales de creciente para los diferentes periodos de retorno,

se puede concluir que el caudal de creciente está directamente relacionad o

con la frecuencia de su aparición, que se puede definir por su periodo de

retorno, ya que cuanto mayor sea este, mayor será el caudal .Las obras civiles

que se pueden construir para los diferentes periodos de retorno son las

siguientes:

CONSTRUCCIÓN RECOMENDADA PERIODO DE RETORNO

(años)

Sumideros, imbornales y caces 3, 5, 10

Puentes, viaductos, obras pequeñas de paso 25, 50

Minicentrales 100

Page 54: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

50

7. BIBLIOGRAFÍA

Aparicio, F. J. (1992). Fundamentos de Hidrología de Superficie. México:

Limusa.

Bañón, L. (2000). Manual de carreteras elementos y proyecto. Recuperado en

Agosto 2015.Recuperado

dehttp://sirio.ua.es/proyectos/manual_%20carreteras/02010402.pdf

Hoggan, D. H. (1989). Computer-Assisted Flood Plain Hydrology and

Hydraulics. New york: Mc Graw Hill.

Llamas, J. [1993] Hidrología General. Servicio Editorial de la Universidad del

País Vasco, Bilbao, España.1ª Edición.

Monsalve Sáenz, G. [1999] Hidrología en la Ingeniería. Alfa Omega Grupo

Editor S.A.; Impreandes Presencia S.A. Colombia.

Romero, (2014). Tratamiento Y Análisis De Los Registros Pluviográficos

Capturados Por Las Estaciones: Puerto Boyacá Y Los Azulejos, Ubicadas En

El Departamento De Boyacá Para La Construcción De Las Curvas Intensidad –

Duración – Frecuencia (Idf). Universidad Distrital Francisco José de Caldas.

Bogotá.

SILVA, G. (1998). Hidrología Básica. Bogotá, Colombia: Universidad Nacional

de Colombia.

Subgerencia Cultural del Banco de la República. (2015). Cobertura vegetal.

Recuperado de:

http://www.banrepcultural.org/blaavirtual/ayudadetareas/ciencias/cobertura_veg

etal

Ven Te Chow, Maidment, D., [1994] Hidrológica Aplicada. McGraw-Hill, Santa

Fe, Colombia. 1ª edición.

Page 55: CÁLCULO DEL CAUDAL DE CRECIENTE POR EL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4956/1... · y como olvidar a la civilización Azteca. Dentro de este binomio beneficio- daño,

51

8. ANEXOS

ANEXO A. PLANO TOPOGRÁFICO DONDE SE DETERMINO LA CUENCA A

ESTUDIO, EN LA VEREDA VELÁSQUEZ DEL MUNICIPIO DE PUERTO

BOYACÁ.

El archivo digital anexo A, contiene el plano topográfico, que se entregara

tanto digital como en impresión física, ya que es la delimitación de la cueca del

mapa base obtenido en el Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC).

ANEXO B. PLANO TOPOGRÁFICO, DE LA VEREDA VELÁSQUEZ DEL

MUNICIPIO DE PUERTO BOYACÁ.

ANEXO C. PLANO DE DISTRIBUCIÓN DEL USO DEL SUELO EN LA

CUENCA DE LA VEREDA VELÁSQUEZ DEL MUNICIPIO DE PUERTO

BOYACÁ.

ANEXO D. PLANO DE OBTENCIÓN DEL ÁREA DE LA CUENCA DE LA

VEREDA VELÁSQUEZ DEL MUNICIPIO DE PUERTO BOYACÁ.