Efecto del uso del suelo

MANUAL EFECTO DE SUELO

Fredy Jipson Cueva Castillo.

Dr. Fernando Rodrigo Oñate Valdivieso

Efecto de el uso del suelo en la tormenta

Laboratorio Virtual de Hidrología

Universidad Técnica Particular de Loja

EFECTO DE EL USO SUELO EN LA TORMENTA

Preparado por:

Fredy Jipson Cueva Castillo.


Efecto de el uso del suelo en la tormenta es una herramienta de cálculo del:

Laboratorio Virtual de Hidrología

www.hydrovlab.utpl.edu.ec

Universidad Técnica Particular de Loja

Ecuador - 2010

EL USO DEL NTA


es una herramienta de cálculo del:

http://www.hydrovlab.utpl.edu.ec/hydrovlexperimentos/simulaci%C3%B3n/lluviaEscorentia/hefectousosuel

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ÍNDICE

Disclamer ............................................................................................................................. 2

MANUAL DEL USO Y TIPO DE SUELO EN LA TORMENTA ............................................ 3

1.- DATOS DE ENTRADA ............................................................................................................................. 3

2.- DETERMINAR EL NÚMERO DE LA CURVA ............................................................................................ 4

3.- CALCULAR tc ......................................................................................................................................... 7

4.- GRAFICAR HIDROGRAMAS ................................................................................................................. 10

5.- RESULTADOS ....................................................................................................................................... 13

6.- VARIACIÓN DEL NÚMERO DE LA CURVA (CN) .................................................................................. 14

BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................... 16


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Disclamer

El autor no se responsabiliza por la aplicación que se le dé a la presente herramienta

y/o por perjuicios directos o indirectos que se deriven del uso inadecuado de la

misma. El mismo que ha sido desarrollado con fines investigativos, y su confiabilidad

está aún en proceso de evaluación. El uso y aplicación del mismo queda bajo

absoluta responsabilidad del usuario.

Si durante la aplicación de la herramienta “Efecto de el uso del suelo en la tormenta”

surgen inconvenientes, por favor informe sobre el problema a: [email protected] o

[email protected].


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MANUAL DEL USO Y TIPO DE SUELO EN LA TORMENTA

1.- DATOS DE ENTRADA

Se procede a ingresar las características morfológicas y geométricas de la cuenca,

estos parámetros son: área de la cuenca, longitud del cauce principal, pendiente

media del cauce y precipitación total.

Como a manera de ejemplo se toma los siguientes valores:

DATOS DE ENTRADA

ÁREA DE LA CUENCA (Ac ) = 25 Km2.

LONGITUD DEL CAUCE PRINCIPAL (L) = 9 Km.

PENDIENTE MEDIA DEL CAUCE (J) = 0.011 m/m.

PRECIPITACIÓN TOTAL (Pt) = 200 mm.

Estos valores se los puede cargar directamente en:

Luego de hacer click en este botón se tenemos:

Figura 1. Panel que contiene los datos de entrada


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2.- DETERMINAR EL NÚMERO DE LA CURVA Para determinar el número de la curva (CN); Primero se selecciona el “uso de la tierra

y cobertura” cargados en la lista:

Figura 2. Lista del uso de la tierra y cobertura.

Nota: Para ver la tabla que contiene el número de la curva (CN) para diferente uso de

la tierra y cobertura se hará click en:

Este muestra la (Fig.3), para diferente “uso de la tierra y cobertura” que se han

cargado en la lista. (Fig. 2)

De acuerdo al “uso de la tierra y cobertura” que seleccione se habilitarán y

deshabilitarán las opciones de: Tratamiento del suelo, Pendiente del terreno (%) y tipo

de suelo.

En el ejemplo cargado ya tenemos marcadas las opciones de: (Fig.4)

� Uso de la tierra y cobertura: Sin cultivo

� Tratamiento del suelo: Surcos rectos

� Pendiente del terreno (%): No definido

� Tipo de suelo: Tipo A


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Figura 3. Tabla de CN para diferente uso de la tierra y cobertura

Fuente: “Fundamentos de Hidrología de superficie”, Aparicio (1992), pág. 188

Figura 4. Selección de las opciones para determinar CN para el “Uso de la tierra y

cobertura” = “Sin cultivo”


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El “Tipo de suelo” que se seleccione se lo hace de acuerdo al grupo hidrológico al que

pertenece en función de la textura del suelo (Tabla 1)

� A: muy permeable.

� B: permeable

� C: impermeable

� D: muy impermeable

Tabla 1. Grupo hidrológico del suelo

Tipo de Suelo Textura del Suelo

A Arenas con poco limo y arcilla : Suelos muy permeables

B Arenas finas y limos: Suelos permeables

C Arenas muy finas, limos, suelos con alto contenido de arcilla: Suelos impermeables

D Arcillas en grandes cantidades; suelos poco profundos con subhorizontes de roca sana: Suelos muy impermeables.


A continuación se selecciona una de las siguientes humedades del suelo al que

pertenece:

Relacionado con la cantidad de lluvia caída en la cuenca durante los 5 días

precedentes (ll5) al evento:

Tabla 2. Humedad antecedente

CN I Suelos secos; Si ll5 < 2.5 cm, hacer corrección (Tabla 3.4).

CN II Suelos intermedios; Si 2.5 < ll5 < 5 cm, no hacer corrección.

CN III Suelos húmedos; Si ll5 > 5 cm, hacer corrección (Tabla 3.4).



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Para determinar CN I y CN III en función de CN II se utiliza las siguientes expresiones:

IICN*0.05810

IICN*4.2ICN

−=

IICN*0.1310

IICN*23IIICN

+=

El número de curva (CN) resultante estará comprendido entre 0 y 100.

Cuando se haya seleccionado el CN al que pertenece, automáticamente se

determina la precipitación efectiva Pe (mm)

La cual se determina mediante:

20.32CN

2032P

5.08CN508

-PPe

2

−+

+=

Donde:

Pe → Precipitación efectiva, (cm).

P → Precipitación total para la duración de tormenta seleccionada y el

periodo de retorno establecido, (cm).

CN → Numero de curva o de escurrimiento, (adimensional).

3.- CALCULAR tc

Para calcular el tiempo de concentración (tc) se hará click en:

Luego de haber hecho click en este botón, este se deshabilita y presenta los

siguientes resultados:


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Figura 5. Tiempo de concentración para diferentes fórmulas empíricas

Como se observa en la (Fig.5), se tiene los resultados del tiempo de concentración

(tc) aplicando cuatro fórmulas empíricas, estas ecuaciones son:

� Fórmula de Kirpich

0.385

0.77

SL

0.000325tc =

Donde:

tc → tiempo de concentración, ( h ).

L → longitud del cauce principal, (m).

S → Pendiente promedio del recorrido del cauce, (m/m).

� Fórmula Californiana (del U.S.B.R)

77.0

2/1

=JL

0.066tc

Donde:


L → longitud del cauce principal, (Km).

J → Pendiente promedio del cauce, (m/m).


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� Fórmula de Giandotti

LJ25.3L1.5A4

tc c

×+=

Donde:


Ac → Superficie de la cuenca, (Km2)



� Fórmula de Témez

0.77

1/4JL

0.3tc

=

Donde:




En la (Fig.5) se encuentran marcados con color azul los resultados del tiempo de

concentración (tc) de estas formulas empíricas. En el casillero que tiene como

nombre “TIEMPO DE CONCENTRACIÓN DEFINITIVO (tc)” (Fig.5), aparece por defecto el

valor del tiempo de concentración con la fórmula de Kirpich.

Si se requiere se podrá modificar el valor asignado “TIEMPO DE CONCENTRACIÓN

DEFINITIVO (tc)” con cualesquiera de las otras formulas empíricas mostradas (Fig.5) o

si también se determinó este tiempo de concentración por algún otro método

diferente a los mostrados en el panel.


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4.- GRAFICAR HIDROGRAMAS

Para calcular y graficar los parámetros necesarios del “HIDROGRAMA TRIANGULAR” y el

“HIDROGRAMA DEL S.C.S” se hará click en:

Luego de haber hecho click en este botón, este presenta los siguientes resultados:

Figura 6. Parámetros necesarios para graficar el hidrograma Triangular y el

hidrograma del S.C.S

Para determinar los parámetros necesarios para la construcción de los hidrogramas

se los determina mediante las siguientes ecuaciones:

� Tiempo de retraso (tr)


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tc0.6tr =

� Tiempo pico (tp)

tr2

detp +=

� Tiempo base (tb)

tp38

tb =

� Caudal pico (Qp)

tp

Pe*Ac*0.208Qp =

Donde:

Qp →

Ac →

tp →

Pe→

Figura 7.


→ Caudal pico, (m3/s).

→ Superficie de la cuenca, (Km2).

→ Tiempo pico, (h).

→ Precipitación (mm.)

7. Parámetros del Hidrograma Triangular.

Fuente: El autor


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Parámetros del Hidrograma Triangular.


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Con los parámetros del hidrograma triangular y las coordenadas del hidrograma

unitario adimensional (Tabla 1

S.C.S.

Tabla 3. Coordenadas

t/tp0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3

Figura 8. Representación gráfica del hidrograma unitario adimensional del SCS.



bla 1), se llega a obtener la gráfica del hidrograma del

Coordenadas del Hidrograma unitario adimensional del SCS.

t/tp Q/Qq t/tp Q/Qq 0 1.4 0.75 0.015 1.5 0.65 0.075 1.6 0.57 0.16 1.8 0.43 0.28 2.0 0.32 0.43 2.2 0.24 0.6 2.4 0.18 0.77 2.6 0.13 0.89 2.8 0.098 0.97 3.0 0.075 1 3.5 0.036 0.98 4.0 0.018 0.92 4.5 0.009 0.84 5.0 0.004

Representación gráfica del hidrograma unitario adimensional del SCS.


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a obtener la gráfica del hidrograma del

del Hidrograma unitario adimensional del SCS.

Representación gráfica del hidrograma unitario adimensional del SCS.


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5.- RESULTADOS

Los resultados del Hidrograma del S.C.S se presentan en el siguiente panel:

Figura 9. Resultados del hidrograma del SCS.

Como se puede observar (Fig. 9) se tiene los resultados para el número de la curva

(CN = 77) con su respectiva precipitación efectiva, caudal pico, los tiempos y

caudales del hidrograma; donde el tiempo (t) está dado en horas (h) , el caudal (Q) en

(m3/s) y la precipitación efectiva (mm). Estos resultados son:

RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN

EFECTO DEL USO DEL SUELO EN LA TORMENTA

HIDROGRAMA DEL S.C.S

CN = 77

Pe(mm)= 131

Qp(m³/s) = 256.927

t(h) Q(m³/s)

0 0

0.265 3.854


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0.53 19.27

0.795 41.108

1.061 71.94

1.326 110.479

1.591 154.156

1.856 197.834

2.121 228.665

2.386 249.219

2.651 256.927

2.916 251.788

3.182 236.373

3.447 215.819

3.712 192.695

3.977 167.003

4.242 146.448

4.772 110.479

5.303 82.217

5.833 61.662

6.363 46.247

6.893 33.401

7.424 25.179

7.954 19.27

9.28 9.249

10.605 4.625

11.931 2.312

13.257 1.028

6.- VARIACIÓN DEL NÚMERO DE LA CURVA (CN)

Si se requiere comparar la simulación de los hidrogramas y el efecto que produce el

cambio del Número de la curva (CN) en la tormenta. Se cambiara el valor del Número

de la curva (CN) en los datos de entrada:


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Figura 9. Variación del número de la curva (CN).

Luego de cambiar el valor del número de la curva (CN) se tendrá que hacer click en:

Se podrá realizar 5 simulaciones con los hidrogramas cambiando el número de la

curva (CN).

Al final tenemos los resultados para las 5 simulaciones:

Figura 10. Resultados para la 5 variaciones del número de la curva (CN).


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Los resultados que se muestran en el panel (Fig. 10) son:

BIBLIOGRAFÍA:

� http://web.usal.es/~javisan/hidro/temas/T070.pdf

� Hidrología en la Ingeniería, Germán Monsalve Sáenz (2006)

� http://ocw.upm.es/ingenieria-agroforestal/hidrologia-de-superficies-y-

conservacion-de-suelos/ocw-marta-pdf/Tema12.pdf

� http://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/6083/8/CAPITULO 3.-

CAUDAL.pdf

� Fundamentos de Hidrología de superficie, Aparicio(1992)

� Hidrología aplicada, Ven Te Chow, 1994.

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