Hidrologa general

INTRODUCCIN

El presente informe trata de un trabajo de delimitacin de una cuenca hidrolgica en el cual tambin se determina algunos parmetros y factores de la cuenca que se estudiaron en el desarrollo de curso de hidrologa general.La delimitacin se hizo en un plano de la carta nacional a escala 1:2500, para realizar este trabajo nos basamos en la teora proporcionada en clase as como tambin consultando bibliografa recomendadas por el profesor. El informe aplica la metodologa presentada en el curso para estudiar las caractersticas de una cuenca.

ASPECTOS GENERALES

Definicin: Una cuenca hidrogrfica es una unidad natural definida por la existencia de la divisoria de las aguas en un territorio dado. Las cuencas hidrogrficas son unidades morfogrficas superficiales, sus lmites quedan establecidos por la divisoria geogrfica principal de las aguas de las precipitaciones tambin conocido como "parteaguas". El parteaguas en teora, es una lnea imaginaria que une los puntos de mximo valor de altura relativa entre dos laderas adyacentes pero de exposicin opuesta, desde la parte ms alta de la cuenca hasta su punto de emisin, en la zona hipsomtricamente ms baja. Al interior, las cuencas se pueden delimitar o subdividir en sub-cuencas o cuencas de orden inferior. Las divisorias que delimitan las sub-cuencas se conocen como parteaguas secundarios (INE, 2004). Por lo tanto, la delimitacin de cuencas implica una demarcacin de reas de drenaje superficial en donde las precipitaciones (principalmente las pluviales) que caen sobre stas tienden a ser drenadas hacia un mismo punto de salida.A diferencia de las cuencas hidrogrficas, las cuencas hidrolgicas, adems de incluir a las primeras comprenden tambin a las estructuras hidrogeolgicas subterrneas, pudiendo entonces variar en cuanto a sus lmites puramente hidrogrficos.Las cuencas hidrogrficas pueden ser principalmente exorreicas o endorreicas; las primeras se caracterizan por tener un desage que permite que las aguas circulen y sean expulsadas de la cuenca hacia otra cuenca o hacia el mar, mientras que las endorreicas carecen de este desage por lo que generalmente drenan hacia un cuerpo de agua como un lago. Tambin existen cuencas arreicas (sin red de drenaje ni salida) y criptorreicas (con drenaje subterrneo sin una red de drenaje superficial bien definida).Por lo tanto, la delimitacin de las cuencas hidrogrficas se realiza a partir de criterios meramente topogrficos (morfogrficos) e hidrogrficos (red dedrenaje superficial).

ACTIVIDADES A DESARROLLAR1. Delimitar la cuenca.2. Determinar el rea de la cuenca.3. Determinar el permetro de la cuenca.4. Graficar la curva hipsomtrica y la curva de frecuencia de altitudes. 5. Determinar la elevacin media y mediana de la cuenca.6. Determinar el ndice de forma y el ndice de compacidad.7. Determinar y graficar el rectngulo equivalente de la cuenca.8. Determinar la densidad de corriente.9. Determinar la densidad de drenaje de la cuenca.10. Determinar la pendiente de la cuenca.a) Criterio de Alvord.b) Criterio de rectngulo equivalente.11. Dibujar el perfil longitudinal del rio. 12. Determinar la pendiente de cause principal por los tres mtodos.i. Pendiente uniforme o pendiente media.ii. Pendiente de compensacin de reas.iii. Pendiente por el criterio de Taylor y Schwarz.13. Calcular el exponente n de la relacin rea longitud del cauce.Segunda parte: Estimacin de caudales mximos

MATERIALES Para este trabajo se utilizo un plano a curvas de nivel de la carta ncional con datos cuya escala fuente es 1:25000 ,y se tomo una zona determinada y que este ubicada dentro de la region del Cusco-Paruro. Escalimetro. Papel canson,se utilizo para calcar la superficie de la cuenca despues de delimitarla. Mica, se utilizo para medir y delimitar los afluentes de cuenca. Papel milimetrado, se utilizo como cuadricula para calcular el area total de la cuenca y tambien para calcular las areas entre cada intervalo de curvas. Hilo de estao , se utilizo para bordear el el perimetro de la cuenca y de esa manera poder calcular su perimetro. caculadora . lapiz pluma.

DATOS PRELIMINARES DE LA CUENCA Ubicacin: Rondocan Provincia : Paruro Departamento : Cusco El punto de interes se encuentra en la quebrada de Chahuarpata. Extesin: Desde la quebrada de

DESARROLLO DE ACTIVIDADES

1.- Delimitacin de la cuenca

Los criterios utilizados para la delimitacion de la cuenca hidrologica del rio fueron topogrficos e hidrogrficos, es decir, lmites que obedecen a demarcaciones naturales que se evidencian con las curvas de nivel; estos criterios se detallan a continuacin:a) Primero mediante inspeccin visual , se detallaron y se demarcaron provicionalmente muchos de los lmites de la cuenca hidrologica y la red de drenaje. b) Seguidamente se identificaron y delinearon manualmente sobre el plano las divisorias de aguas o divortium acuarium a partir de la visualizacin de las curvas de nivel y aspecto resaltantes evidentes del relieve .Esto quiere decir que las lineas de la delimitacion se trazaron sobre las inflexiones de las curvas de nivel de mxima altura relativa, en la frontera entre laderas de exposicin opuesta. Por lo tanto, las divisorias o parteaguas separan a las diferentes cuencas junto con sus redes hidrogrficas naturales (exclusivamente) y totalmente independientes de sus vecinas (sistemas de corrientes autnomos).

2.- Determinacin del Area de la cuenca

Mtodo del papel cuadriculado:

Este es uno de los mtodos ms prctico y relativamente exacto si se realiza con mucho cuidado, pero es nico inconveniente es que es laborioso.Consiste en emplear lo materiales antes mencionados (papel canson ,hoja milimetrada,escalimetro) de la siguiente manera: En el papel milimetrado se calco el permetro de la cuenca delimitada, luego de bajo se puso la hoja milimetrada que tiene la cudricula mas pequea de 0.25 cm2 que en la escala del plano vale 0.015625 km2. Se procedi a contar el nmero de cuadrados incluidos en el rea, haciendo una marca con el lpiz a medida que se cuenta, luego se multiplico el numero de cuadrados por 0.015625 y asi se obtiene el area en km2 .

Resultados:

rea de la cuenca = 66.28 km2

3.- Clculo del permetro de la cuenca.Mtodo: para calcular el perimetro de la cunca se utilizo un hilo de estao con el cual se demarco los lmites de la cuenca, luego se , se hizo este proceextendi el hilo para hallar su longitud la cual equivale al permetro de la cuenca.Se hizo este procedimiento 5 veces y luego se tomo como resultado ms prximo el promedio.

Dist. en el plano (m)Dist. Real (km)

Permetro 11.5037.50

Permetro 21.4937.25

Permetro 31.5037.50

Permetro 41.5137.75

Permetro 51.4937.25

PROMEDIO1.5037.45

Permetro de la cuenca = 37.45 km

4. Graficar la curva hipsomtrica y la curva de frecuencia de altitudesPara realizar el cuadro se tom un ancho de clase de 200 m, obtenindose 10 intrvalos de clase.El rea de cada intrvalo se realiz con el mtodo del papel milimetrado (anexo).Altitud(msnm)Altitud mediarea(km2)rea (%)rea Acumulada (%)Altitud Media x rea

2800-300029000.1410.2120.2126.147

3000-320031002.5963.9034.115120.987

3200-340033006.6189.94914.064328.333

3400-360035006.3849.59823.662335.919

3600-380037005.2027.82131.483289.365

3800-400039007.57111.38242.865443.907

4000-4200410011.90317.89560.760733.693

4200-4400430011.59117.42678.186749.313

4400-4600450012.83919.30297.488868.596

4600-480047001.6712.512100.000118.072

66.516100.0003994.332

5. Determinar la elevacion media y mediana de la cuenca.

Elevacin media: Se halla en el cuadro con la sumatoria de cada intervalo de: Altitud media x rea(%).Elevacin media = 3994.332 msnm.

Elevacin mediana: Calculando con la frmula:

Elevacin mediana = 4120.247 msnm.

6. Determinar el ndice de forma y el ndice de compacidad ndice de forma (kf)

L: longitud axial = 10.775 kmA: rea de la cuenca = 66.24 km2

Kf = 0.57

ndice de compacidad (Kc)

P: perimetro de la cuenca = 37.45 kmA : area de la cuenca = 66.24 km2

Kc = 1.298

6. Determinar y dibujar el rectngulo equivalente de la cuenca Clculo de los lados y L del rectangulo L

P : permetro de la cuenca = 37.45 kmA : area de la cuenca = 66.24 km2

l = 4.735 kmL = 13.99 km

Altitud(msnm)Area(km2)Li Li(%)Li acum.(%)

2800-30000.1410.0300.2120.212

3000-32002.5960.5483.9034.115

3200-34006.6181.3989.94914.064

3400-36006.3841.3489.59823.662

3600-38005.2021.0997.82131.483

3800-40007.5711.59911.38242.865

4000-420011.9032.51417.89560.760

4200-440011.5912.44817.42678.186

4400-460012.8392.71219.30297.488

4600-48001.6710.3532.512100.000

Grafica del triangulo equivalente en AutoCAD.

7. Calcular la densidad de corriente (Dc)

# de corrientes permanentes e intermitentes = 16 Area de la cuenca = 66.24 Dc = 0.242

8. Calcular la densidad de drenaje de la cuenca (Dd)

Para hallar la longitud total de los cauces se procedio a la longitud de cada corriente con el mtodo del hilo de estao. Resultando:Quebradas que contienen a la corrienteDist. En el plano(cm)D(Km)

1Q. Tolle - Q. Ocopa19.64.900

2Q. Rondocanhuayjo19.74.925

3Q. Huacapunco12.63.150

4Q. Jahuamayo20.65.150

5Q. Rajachac - Lag. Quellhuacocha 39.19.775

6Lag. Yanacocha4.11.025

7Lag. Llojcha5.01.250

8Yananan8.22.050

9Patahuasi4.11.025

10Cerro Ojllajasa5.01.250

11Cruz Pampa12.43.100

12Cruz Pampa2.90.725

13Q. Kellkehuayjo8.92.225

14Q. Kellkehuayjo3.80.950

15Pitopato6.11.525

16Longitud del Ro Principal48.112.025

Total55.050

Longitud total de las cauces = 55.05 kmArea de la cuenca = 66.24 km2Dd = 0.831

9. Calcular la pendiente de la cuenca usando el criterio de Alvord y del rectngulo equivalente

a) Criterio de Alvord

S: Pendiente de la cuenca A: rea de la cuencaD: Desnivel entre curvas de nivel Li: Longitud de cada curva de nivel

ara medir la longitud de cada curva de nivel dentro de la cuenca se utiliz el hilo de Estao.

Obteniendo:Curva de nivelL(km)

30003.000

320013.150

340015.675

360014.925

380018.950

400022.200

420021.300

440031.875

460011.000

Total152.075

Entonces:

S = 0.46

b) Criterio del rectangulo equivalente

Donde, H: Desnivel total de la cuenca L: Longitud mayor del rectangulo equivalente (L = 13.99km = 13990m)

10. Dibujar el perfil longitudinal del curso principal de la cuencaDibujo adjunto en la pagina siguiente.

11. Calcular la pendiente del cauce principal, por los tres mtodos explicados en el texto.

11.1. Pendiente media

Donde, h1:cota mas alta del cauceh0:cota mas baja del cauce l: longitud del cauce

=

11.2. Pendiente de comparacion de areas

Donde, h1:cota mas alta del cauceh0:cota mas baja del cauce l: longitud del cauce

11.3. Pendiente equivalente constante

Donde, li:longitud de cada cotaSi:pendiente de cadacota

Distancia(m)CotaDesnivelS

3450

145036001500.1033.116

360038002000.0554.264

265040002000.0753.651

180042002000.1113.00

80044002000.2502.00

52545001000.1902.294

total18.325

12. Relacion area longitud del cauce

donde: A: Area de la cuenca () A = 66.24 L: Longitud del cauce (km) L = 12.025 km (del perfil longitudinal)

n = 0.45 si est dentro del margen.

Conclusiones :

El estudio de cuencas es un fundamental para la hidrologa, ya con los resultados que obtenemos de estos nos permiten conocer y evaluar la zona en la que se encuentra la cuenca para, principalmente, proyectos futuros de ingeniera. La delimitacin de cuencas nos permite conocer el escurrimiento originado por la precipitacin que forma un sistema de corrientes de agua que fluye a la salida de la cuenca. Es importante usar mtodos que den resultados que estn mas cercanos a la realidad, sin importar el tiempo invertido en ello, ya que de esto depende un buen proyecto de ingeniera. Una cuenca es de vital importancia porque distribuye el agua necesaria para plantas, animales y personas que habitan ella.

PARAMETROSVARIABLEUNID.MAGNITUD

1.-PARAMETROS GEOMORFOLOGICOS

SUPERFICIE TOALATKm^266.28

SUPERFICIE TOTAL DE DRENAJEADKm^266.28

PERIMETROPKm37.45

CENTRO DE GRAVEDADLATITUDLsgm's''

LONGITUDLwgm's''

ALTITUD MEDIAHmsnmmsnm3887.5

DESNIVEL TOTALDtKm1.875

PENDIENTE DE LOS TERRENOSIp%

PENDIENTE MEDIA DEL CURSO PRINCIPALIc%9.7

LONGITUD DEL CURSO PRINCIPALLcpKm12.025

LONGITUD DEL CURSO PRINCIPAL AL C.GLcgKm

2.-INDICES ACUMULADOS

RELACIONES DE FORMA

FACTOR DE CUENCACoeficiente de compacidadKc1.298

Coeficiente de reasCAR

FACTOR DE FORMALongitudLBKm10.412

Ancho medioMMKm8.49

Factor de formaFF0.57

Rectngulo equivalente lado mayorLeKm13.99

Rectngulo equivalente lado menorLmKm4.735

ESTIMACION DE CAUDALES MAXIMOS

1.- METODO DEL HIDROGRAMA UNITARIO TRIANGULAR.- Este mtodo se basa en el clculo del caudal pico que viene a ser el caudal mximo el cual se obtiene mediante la siguiente expresin.

Donde:Qp=Caudal pico (m3/seg).Pe= 21.01 (Precipitacin efectiva (mm)).A= 66.28 (rea de la cuenca (km2))tb= Tiempo base (hrs) El valor de hpfue adoptado del promedio aritmtico del registro de la estacin de Ccatcca. Se tuvo en cuenta que el valor hallado no es un valor que represente el valor verdadero de la zona donde se ubica la cuenca, este se eligi con fines acadmicos y prcticos. Del anlisis de varios hidrogramas, Mockus concluye que:

Tb= tiempo base (hrs).De= Duracin efectiva (hrs).Tr= Tiempo de retardo (hrs).

Tiempo pico (del hidrograma triangular):

Duracin efectiva: Cuencas grandes:

Cuencas pequeas:

Tiempo de retardo: (Ven Te Chow)

Tiempo de Concentracin.- Segn Kirpich.-

-Puesto que estamos trabajando con una cuenca pequea, entonces: -Entonces ya podemos hallar el tiempo de retardo:

-Calculado nuestro tiempo pico:

-Calculado nuestro tiempo base:

-Finalmente podemos calcular el caudal pico

MTODOS EMPRICOS PARA EL CLCULO DE CRECIENTES1.- MTODO RACIONAL.-El caudal mximo se calcula por medio de la siguiente expresin, que representa la formula racional:

Donde:Qp=Caudal pico o mximo (m3/seg).C= Coeficiente de escorrentaI= Intensidad de la precipitacin (mm/hr)A= 68.112 km2 (rea de la cuenca)

CALCULO DEL COEFICIENTE DE ESCORRENTA.-Se hall el coeficiente de escorrenta mediante el siguiente cuadro:

Se dividi la cuenca en 3 sectores:

Obteniendo.-Area(km2)

AREA DE CULTIVO(KM2)11.054C10.5

AREAS DE VEGETACION(KM2)10.816C20.4

PRADERAS (coberturas de pastos)(KM2)44.41C30.7

TOTAL(KM2)66.28

Hallamos C con el promedio ponderado.-

CALCULO DE LA INTENSIDAD.- Este valor se determina a partir de la curva intensidad duracin periodo de retorno, entrando con una duracin igual al tiempo de concentracin y con un periodo de retorno de 10 aos, que es lo frecuente en terrenos agrcolas. Tiempo de Concentracin.- Segn Kirpich.-

Frmula Australiana.-

Frmula de George Rivero.-

Frmula del SCS.-

Segn la misin tcnica Alemana del Plan Meriss II.- Periodo de RetornoLn(I)

10 aosLn(I)=2.39292-0.55465 Ln(t)

Con todos estos valores obtenidos reemplazamos en la formula Racional para obtener el caudal mximo.

2.- MTODO DE MAC MATH.-

I = 10.834 mm/hrA= 6628 haS=97.3

CALCULO DEL COEFICIENTE DE ESCORRENTA.-Se hall el coeficiente de escorrenta mediante el siguiente cuadro:

Obteniendo.-VEGETACINSUELOTOPOGRAFIA

CoberturaC1TexturaC2pedienteC3

20-500.22Rocosa0.30.0-10.00.15

Ahora podemos hallar el caudal pico.-

4.- MTODO DE BURKLE ZIEGER.-

Asumiendo por ejemplo una superficie de calles comunes de ciudades. (C = 0.625)I=1.0834 cm/hr, A= 6628 ha, S=97.3.

MTODO DEL NMERO DE CURVA.-Permite calcular la precipitacin efectiva

Las cantidades reales de precipitacin y retencin efectiva son iguales a las cantidades potenciales.

PARA CULTIVO:

1. El uso de la tierra es: CULTIVOS2. Tratamiento agrcola es: CURVAS DE NIVEL Y EN TERRAZAS3. La condicin hidrolgica es: POBRE4. El grupo hidrolgico del suelo es: SUELO C baja tasa de infiltracin.5. Determinamos el NC de la tabla 6.8 de BILLON BEJARNC=80

PARA VEGETACIN:6. El uso de la tierra es: BOSQUES7. Tratamiento agrcola es: 8. La condicin hidrolgica es: POBRE9. El grupo hidrolgico del suelo es: SUELO D muy baja tasa de infiltracin (ROCAS).10. Determinamos el NC de la tabla 6.8 de BILLON BEJARNC=83

PARA PRADERA:11. El uso de la tierra es: PASTISALES O SIMILARES12. Tratamiento agrcola es: CURVAS DE NIVEL13. La condicin hidrolgica es: POBRE14. El grupo hidrolgico del suelo es: SUELO D muy baja tasa de infiltracin (ROCAS).15. Determinamos el NC de la tabla 6.8 de BILLON BEJARNC=88

REA(KM2)% REA

REA DE CULTIVO(KM2)11.05416.68

REAS DE VEGETACION(KM2)10.81616.32

PRADERAS (coberturas de pastos)(KM2)44.4167.00

TOTAL(KM2)66.28100

AREAS DE CULTIVO

AREAS VEGETACION

PRADERAS

Determinamos NC:

4.- MTODO DEL FEDERAL HIGHWAY ADMINISTRATION.-

Donde:Calculo de C1 y C2:Ia/P = 10.834/49.98 = 0.22tc

-0.138

Entonces:

Finalmente.-

FACULTAD DE INGENIERA CIVIL