Estudio hidrologico de una cuenca

UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUIECTURA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL HIDROLOGÍA

TAREA NO. 2 “CÁLCULO DE NIVEL MÁXIMO Y DEL NIVEL DE AGUAS MÁXIMAS EXTRAORDINARIAS (N.A.M.E) (N.A.M.E) DE LA CUENCA DEL RIO TALQUEZALAPA TALQUEZALAPA EN EL PUNTO DE INTERES INTERES CONFLUE CONFLUENCI NCIA A CON CON LA QUEBRAD QUEBRADA A EL CHUPADE CHUPADERO” RO”

CATEDRÁTICO: ING. EDWIN SANTIAGO ESCOBAR RIVAS GRUPO NO. 3 JAVIER REYES, OSCAR ORLANDO HEREDIA ZALDIVAR, ILEANA DEL CARMEN RIVAS QUEVEDO, SANTOS

JR11001 HZ07002 RQ06003

CIUDAD UNIVERSITARIA, 20 DE JUNIO DE 2014. 0

“CÁLCULO DE NIVEL MÁXIMO Y DEL NIVEL DE AGUAS MÁXIMAS EXTRAORDINARIAS (N.A.M.E) EN CUENCA DEL RIO TALQUEZALAPA EN EL PUNTO DE INTERES CONFLUENCIA CON LA QUEBRADA EL CHUPADERO”

IND37

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1.

OBJETIVOS................................................................. OBJETIVOS................................................................. ................................................................ .................................................................... .... 5

1.1 OBJETIVO GENERAL ...................... ................................ ...................... ....................... ..................... ...................... ....................... ..................... ...................... ....................... ..................... ...................... .............5 .5 1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS ....................... ................................. ...................... ....................... ..................... ...................... ........................ ..................... ..................... ........................ ..................... .............5 ....5

2.

ALCANCES Y LIMITACIONES. LIMITACIONES................................................................. ......................................................................................................... ......................................... 6

2.1 ALCANCES.......................... ALCANCES.................................... ...................... ....................... ..................... ...................... ........................ ..................... ..................... ........................ ..................... ..................... ........................6 ............6 2.2 LIMITACIONES ....................... ................................. ..................... ....................... ...................... ..................... ....................... ...................... ..................... ....................... ...................... ...................... ....................6 ........6

3.

MARCO TEORICO................................................................. TEORICO........................................................................................................................... .......................................................... 7

3.1

TIPOS DE LLUVIA EN EL SALVADOR SEGÚN LESSMAN....................... LESSMAN................................. ...................... ....................... ..................... ...................... ....................... ............7 .7

3.2

TIPOS DE ESTACIONES DEL AÑO EN EL SALVADOR. ............. ........................ ..................... ...................... ........................ ..................... ..................... ........................ ..............7 ..7

3.3 RELACIÓN LLUVIA-ESCORRENTÍA. ................. ............................. ..................... ..................... ........................ ...................... ..................... ....................... ...................... ..................... ..............8 ...8 3.3.1 PARAMETROS PARAMETROS QUE INTERVIENEN INTERVIENEN EN EL EL PROCESO PROCESO DE CONVERS CONVERSION ION DE LLUVIA LLUVIA A ESCURRIM ESCURRIMIENTO IENTO.. ......... .............8 ....8 3.3.2 Fases del Proceso Proceso Lluvia-Escurri Lluvia-Escurrimient miento. o. ........ ............ ........ ......... ......... ........ ......... ......... ........ ......... ......... ........ ......... .......... ......... ........ ........ ........ ......... ......... ........ ......... ......... ........8 ....8 3.3.3 Definición de Escorrentía. ............. .......................... ............................ ............................ ............................ ............................ .......................... ............................. ............................ ..................9 ......9 3.3.4 Flujos generados por la Escorrentía....................... Escorrentía...................................... ............................ .......................... ............................ ............................ ............................. ......................9 ......9 3.3.5 Componentes de la escorrentía. ............ ......................... ............................. ............................ ............................ ............................. .......................... ............................ ......................10 .......10 3.3.6 Hidrogramas.......................... Hidrogramas......................................... ............................ ............................. ............................ ......................... ............................. ............................. ............................ ........................11 .........11 3.3.7 Impacto Impacto humano humano sobre la escorrentí escorrentíaa superficial superficial ......... ............. ........ ......... ......... ........ ......... ......... ......... ......... ........ ........ ......... .......... ......... ........ ........ ......... ......... .......18 ...18 Lluvia Media en una Zona o C uenca Hidrografica. ........... 3.3.8 ........................ ............................. ............................ ............................ ............................. ....................18 .......18 3.4 TRÁNSITO DE AVENIDAS EN RIOS Y EMBALSES. .................. .............................. ...................... ..................... ....................... ...................... ..................... .......................19 ............19 3.4.1 definicion definicion de AVENIDA........ AVENIDA............ ........ ........ ........ ........ ......... ......... ........ ......... ......... ........ ......... ......... ......... ......... ........ ........ ......... ......... ........ ......... ......... ......... ......... ........ ........ ......... .......... ........19 ...19 3.4.2 FACTORES FACTORES QUE AFECTAN UNA AVENIDA MÁXIMA ........ ............ ........ ........ ........ ......... .......... ......... ........ ........ ........ ......... ......... ........ ......... ......... ........ ......... ......... .......20 ...20 3.4.3 La Importancia Importancia de la predetermi predeterminación nación de una avenida. ........ ............ ........ ........ ........ ......... .......... ......... ........ ........ ......... ......... ........ ........ ......... ......... ......... .......21 ..21 3.4.4 transito de avenidas en rios. ........... ........................ ............................. ............................. ............................ ............................ .......................... ............................ ............................ ..............21 .21 3.4.5 TRANSITO TRANSITO DE AVENIDAS AVENIDAS EN EMBALSES EMBALSES ......... ............. ........ ........ ......... ......... ......... ......... ........ ......... ......... ........ ........ ......... ......... ......... ......... ........ ......... ......... ........ ......... ......... ......22 ..22 3.4.6 vaso de almacenamien almacenamiento to o reservorios reservorios y sus principales principales componente componentes. s. ......... ............. ........ ......... ......... ........ ......... ......... ......... ......... ........ .......23 ...23 3.4.7 MÉTODO MÉTODO PARA EL CÁLCULO DE AVENIDAS. AVENIDAS. ......... ............. ........ ........ ......... ......... ......... ......... ........ ......... ......... ........ ........ ......... ......... ......... ......... ........ ......... ......... ........ ........25 ....25 3.5 metodos metodos aplicables aplicables para el CÁLCULO CÁLCULO del caudal caudal (EN UNA SECCION DE LA CUENCA). ........ ............ ........ ......... ......... ........ ......... ......... ......36 ..36 ECUACIÓN RACIONAL Q = CIA. CIA. ....................... ................................. ..................... ....................... ...................... ..................... ....................... ...................... ..................... ....................... ..................37 ......37 5.5.1 tiempo de concentracion ............ ......................... ............................ ............................ ............................. ............................ ......................... ............................. ............................. .......................38 ..........38 3.6 CURVAS INTENSIDAD INTENSIDAD – DURACIÓN DURACIÓN – FRECUENCIA FRECUENCIA ........ ............ ........ ........ ......... ......... ......... ......... ........ ........ ......... ......... ........ ......... ......... ........ ......... ......... ........ ......... ........40 ...40

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“CÁLCULO DE NIVEL MÁXIMO Y DEL NIVEL DE AGUAS MÁXIMAS EXTRAORDINARIAS (N.A.M.E) EN CUENCA DEL RIO TALQUEZALAPA EN EL PUNTO DE INTERES CONFLUENCIA CON LA QUEBRADA EL CHUPADERO” 3.7 COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA. ............ ......................... ............................ ............................ ............................. ............................ ......................... ............................. ............................. ................41 ...41

4. DESARROLLO DESARROLLO DEL DEL ESTUDIO ESTUDIO HIDROLOGICO HIDROLOGICO EN CUENCA CUENCA DE DE RIO TALQUEZALAPA TALQUEZALAPA,, CONFLUENCIA CONFLUENCIA CON LA QUEBRADA QUEBRADA EL CHUPADERO, CHUPADERO, CHALATENANGO, CHALATENANGO, EL SALVADOR................................................ 41 5.

MAPAS DE SUELOS, VEGETACIÓN VEGETACIÓN Y GEOLÓGICO................................. GEOLÓGICO......................................................................... ........................................ 44

5.1 tipos de suelos su elos presentes presen tes en el area de estudio. est udio. ...................... ................................ ...................... ....................... ..................... ...................... ....................... .....................44 ..........44 5.1.1 Clases pedologicas existentes en la zona de estudio. ............. .......................... ............................ ............................ ............................. ............................. ....................44 .......44 5.1.2 USO DE LOS SUELOS ............. .......................... ............................ ............................ ............................ ............................ .......................... ............................. ............................. ............................ .................45 ..45 5.2 vegetacion perteneciente al area ar ea de estudio. ........................ ................................. ..................... ........................ ..................... ..................... ........................ ..................... .............45 ....45 5.3 geologia pertenecienteal area de estudio.............................. estudio........................................ ..................... ....................... ...................... ..................... ....................... ...................... .............46 ...46 5.3.1 formaciones que integran la zona de estudio. ............. ......................... ............................ ............................. ............................ ............................ .......................... ...................47 ......47

6.

TIEMPO DE CONCENTRACIÓN CONCENTRACIÓN (FÓRMULAS). (FÓRMULAS)................................................................. ............................................................................... ............... 49

7.

TORMENTA TORMENTA DE DISEÑO (CURVAS IDF-CÁLCULO IDF-CÁLCULO DE LA INTENSIDAD INTENSIDAD MÁXIMA). MÁXIMA). ........................... 51

8.

COEFICIENTE COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA. ESCORRENTÍA. ................................................................ .................................................................................................. .................................. 60

9.

CÁLCULO DEL CAUDAL MÁXIMO (ECUACIÓN (ECUACIÓN RACIONAL). RACIONAL)............................................................ ........................................................... 62

10. CURVA DE DESCARGA NATURAL NATURAL DE LA SECCIÓN DE RIO TALQUEZALAPA, TALQUEZALAPA, CONFLUENCIA CONFLUENCIA CON LA QUEBRADA EL CHUPADERO, CHALATENANGO, CHALATENANGO, EL SALVADOR........................................................ 63 9.1

ANÁLISIS DE LA SECCIÓN DEL RIO........................ RIO.................................. ..................... ....................... ...................... ..................... ....................... ...................... ..................... ..................64 .......64

SELECCIÓNDELCOEFICIENTEDERUGOSIDAD. .................................................................................... 64 9.2

FACTOR GEOMÉTRICO VRS. FACTOR HIDRÁULICO HIDRÁULICO (MANNING)..................... (MANNING)................................. ....................... ....................... ...................... .................67 .......67

9.3

GRÁFICA DE LA CURVA DE DESCARGA................................ DESCARGA.......................................... ..................... ....................... ........................ ....................... ..................... ...................... .............68 .68

10 NIVEL DE AGUAS MÁXIMAS MÁXIMAS DE DISEÑO....................................................................................... 68 11 CONCLUSIONES. CONCLUSIONES................................................................. .......................................................................................................................... .......................................................... 69 12 RECOMENDACIONE RECOMENDACIONES. S. ................................................................ .................................................................................................................. .................................................. 70 13 BIBLIOGRAFÍA................................. BIBLIOGRAFÍA................................................................................................. ............................................................................................. ............................. 71 14 ANEXOS................................. ................................................................ ...................................................................................................... ...................................... 71

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3


INTRODUCCIÓN.

Es de suma importancia en la formación de todo ingeniero civil, y más aún en el planteamiento de obras de paso, el conocimiento directo de las condiciones topográficas del área a salvar y el comportamiento del cauce o rio sobre el cual se piensa proyectar, es por esta razón que en el presente estudio se recopila la información teórica necesaria para conocer dicho comportamiento, entre los conceptos y metodologías existentes orientados a este fin, hacemos énfasis en algunos de ellos y aparte explicamos cuales aplicaremos y por qué (de acuerdo a lo propuesto por la cátedra). Definiremos lo que es escorrentía, sus componentes, formas de analizarla, su comportamiento dependiendo de la cobertura vegetal y del uso de suelo de la zona.se explicara la realización y lectura de los hidrogramas, (que explican la relación lluvia escurrimiento y entre los cuales están el unitario, sintético y curvas S), así como los métodos para obtenerlos (método de CHOW, el método adimensional, hidrograma unitario triangular y curvas S). También debemos tener en cuenta el impacto humano sobre la escorrentía al momento de urbanizar, dado a que esta acción convierte las superficies de una región de permeables a impermeables a la vez que concentra las aguas en corrientes y drenajes, ocasionando otros problemas en las regiones donde se da esa concentración como el de tener que tratar con la erosión y la sedimentación, disminuye la recarga de aguas subterráneas y seca los pozos.

Con lo anteriormente expuesto en este apartado podemos decir que es muy importante familiarizarse con los métodos del cálculo de la lluvia media en una cuenca o zona hidrográfica, iniciamos la parte teórica, exponiendo los tipos de lluvia que se dan en El Salvador según Lessman.

En perspectiva podemos decir que en cuanto al agua que se precipita desde las nubes, de lluvia se convierte a escorrentía, de escorrentía pasa a formar caudales (es por eso que en este estudio se incluyen algunos métodos de la determinación de los caudales en cuencas), y el análisis de crecidas en los caudales de las mismas, conceptualizaremos más adelante lo que es una avenida, el tránsito de avenidas (sus métodos de cálculo y sus aplicaciones), así como los factores que la afectan, la importancia en su estudio (ya que estas causan efectos destructivos e inundaciones que afectan a las obras civiles) y medidas a tomar para contrarrestar estos fenómenos.

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1. OBJETIVOS. OBJETIVOS. 1.1 OBJETIVO OBJETIVO GENERAL GENERAL



Determinar el nivel máximo máximo y el nivel de aguas máximas (N.A.M.E) de la cuenca conformada por el Río Talquezalapa y sus afluentes tributarios, en el punto de interés confluencia con quebrada quebrada El El Chupader Chupadero, o, ubicada ubicada en en el municip municipio io de La Reina, Reina, Chalate Chalatenang nango, o, El Salvad Salvador; or; mediante un estudio hidrológico básico de la cuenca.

1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS



Calcular la intensidad de una tormenta de diseño para un periodo determinado de 35 años en la cuenca del Rio “Talquezalapa, “Talquezalapa, confluencia confluencia con quebrada El Chupadero”.



Obtener el coeficient coeficiente e “C” de escorrentía escorrentía de las distintas distintas áreas áreas de la cuenca del Rio “Talquezalapa, confluencia con quebrada El Chupadero”, sus respectivas pendientes y su respectivo caudal, al considerar el área de influencia de cada una de las estaciones, así como también obtener el coeficiente de escorrentía ponderado para la cuenca en su totalidad.



Determinar el caudal máximo de la cuenca del Rio “Talquezalapa, confluencia con quebrada El Chupadero”, siendo este uno de los parámetros de mayor importancia en el diseño de una obra de paso.



Estimar el nivel máximo de Aguas Extraordinarias de la cuenca del Rio “Talquezalapa, confluencia con quebrada El Chupadero”.



Clasificar Clasificar las distintas distintas áreas que conforman conforman la cuenca del Rio “Talquezalapa, “Talquezalapa, confluencia confluencia con quebrada El Chupadero” con base a los mapas geológicos, a la capacidad productiva de la tierra y a la clasificación de los suelos de Ven Te Chow, y de acuerdo a estas clasificaciones determinar el flujo de infiltración que se presenta en la cuenca.



Medir el tiempo de concentración de la cuenca del Rio “Talquezalapa, confluencia con quebrada El Chupadero”, haciendo uso de los diferentes modelos matemáticos existentes.

descarga de la cuenca del Rio “Talquezalapa, confluencia con quebrada El  Trazar la curva de descarga Chupadero” Chupadero” en el punto de interés. interés. 5


2. ALCANCES ALCANCES Y LIMITACIO LIMITACIONES. NES. 2.1 ALCANC ALCANCES ES



Estructurar Estructurar un documento que contenga contenga la información información teórica necesaria necesaria y fundamental para la realización de un estudio hidrológico básico de una cuenca en particular.



Indagar y reflexionar acerca del mejor método para la obtención del caudal máximo y el nivel de aguas máximas extraordinarias del cauce principal de nuestra cuenca en estudio.



Se definirán la cobertura vegetal, la geología y el tipo de suelo que conforman la cuenca en estudio a través de mapas impartidos por la cátedra y de esta manera definir la permeabilidad o impermeabilidad de cada una de las áreas de la cuenca para la definición del coeficiente de escorrentía.



Con lo antes expuesto se lograra conocer y detallar el comportamiento de la cuenca del Rio “Talquezalapa, “Talquezalapa, confluencia confluencia con con quebrada quebrada El Chupadero”, ya que esta varía en flujo flujo con con el tiempo (Nivele (Niveless máximos máximos y mínimos, mínimos, es es decir, crecidas crecidas durante la época de lluvia lluvia cuando cuando la cuenca recibe la mayor cantidad de agua que escurre del relieve circundante).

2.2 LIMITACIO LIMITACIONES NES mapas de usos de suelo y el mapa geológic geológico, o, debido a que estos estos no  La calidad de los mapas contaban con la resolución adecuada (en cuanto a la apreciación de detalles se refiere), esto dificulto mucho el trabajo de ubicar la cuenca de estudio en ellos.



El estudio hidrológico presentado es bastante teórico y poco empírico, ya que no poseemos los datos de las estaciones pluviométricas/meteorológicas (no describe la realidad de la cuenca, aunque el procedimiento sea el adecuado, esto es porque los datos utilizados no son los propios de la región, sino que son de otras regiones), para fines académicos se determinó la intensidad de precipitación en base a tres estaciones meteorológicas dadas y se distribuyeron de acuerdo a que cada una abarcara gran parte del área de la cuenca.

información descriptiva de la región región donde se encuentra  No se pudo obtener la suficiente información ubicada la cuenca, es decir la información al alcance respecto a los municipios donde se encuentra ubicada la cuenca es limitada y no se pudo obtener más información (profundizar en las características de la zona), dado a que no se efectuó la visita de campo, esto dado a cuestiones económicas y de seguridad. 6


3. MARCO TEORICO. TEORICO. 3.1 3.1

TIPO TIPOSS DE DE LLUV LLUVIA IA EN EL EL SAL SALVA VADO DOR R SEG SEGÚN ÚN LESS LESSMA MAN. N.

Según Lessman, los tipos de lluvia que se presentan en El Salvador, pueden clasificarse de manera siguiente: inestabilidad..  Chubascos ocasionados solo por los efectos de ondas de inestabilidad Su variación varía de 5 minutos hasta 2 horas con intensidad moderada produciendo cantidades de lluvia de hasta 50 mm. ondas de inestabilidad.  Chubascos ocasionados por el fortalecimiento de las ondas Estos se originan a causa de una advección de aire marítimo tropical o por zonas de inestabilidad desde el pacífico, pacífico, cuya duración duración es hasta de 8 horas con intensidad intensidades es moderadas moderadas a fuertes fuertes produciéndose hasta 100 mm y ocasionalmente 150 a 180 mm de lluvia.  Lluvias de temporal. Su duración es de 10 a 24 horas, su intensidad varía de débil a moderada extendida y continua, ocasionando hasta 150 mm de lluvia. Estas lluvias de temporal son producto de la incidencia de los huracanes en el país, y en algunos casos pueden presentarse con duraciones de 24 a 72 horas con intensidad débil a moderada extendida y continua, producen 100 a 300 mm de lluvia, ocasionalmente 500 a 600 mm raramente de 800 a 1000 mm.

3.2 3.2 TIPO TIPOSS DE ESTA ESTACI CION ONES ES DEL DEL AÑO AÑO EN EL SALV SALVAD ADOR OR.. Así puede definirse un comportamiento según la estación del año, que puede ser: 

Estación Seca y Estación transicional seca-lluviosa

A inicios de esta época las temperaturas disminuyen, entran al territorio nacional los frentes fríos y se producen vientos predominantemente del norte, con los cuales se propagan las enfermedades respiratorias y estomacales, y los árboles pueden ser derribados por los vientos generando daños. Luego a finales de la época las temperaturas se incrementan causando las sequías y los incendios forestales. Los frentes fríos son una característica especial del clima de Centro América, cuando los vientos nortes transportan transportan masas de aire fresco del ártico al trópico. Lo cual no se conoce que ocurra en otras partes tropicales de la tierra. Estación lluviosa y Estación transicional lluviosa-seca Se producen eventos que son consecuencia de la cantidad de lluvia acumulada producida por las tormentas tormentas y se detonan situaciones situaciones como inundaciones, inundaciones, marejadas marejadas y deslizamientos deslizamientos de tierra; tierra; aunque los detonantes de las marejadas y de los deslizamientos pueden ser tanto las tormentas como los sismos. Los registros de precipitación son más abundantes que los de escurrimiento y, 

7


además, no se afectan por cambios en la cuenca, como construcción de obras de almacenamiento y derivación, talas, urbanización, etc. Por ello, es conveniente contar con métodos que permitan determinar el escurrimiento en una cuenca mediante las características de la misma y la precipitación.

3.3 RELACIÓN RELACIÓN LLUVIA-ESCO LLUVIA-ESCORRENTÍ RRENTÍA. A. 3.3.1 3.3.1 PARAME PARAMETRO TROSS QUE QUE INTERVI INTERVIENEN ENEN EN EL PROCES PROCESO O DE CONVERS CONVERSION ION DE LLUVI LLUVIA A A ESCURRIMIENTO. Los principales parámetros que intervienen en el proceso de conversión de lluvia a escurrimiento son los siguientes:  Área de la cuenca  Altura total de precipitación  Características generales o promedio de la cuenca (forma, pendiente, vegetación, etc.)  Distribución de la lluvia en el tiempo  Distribución en el espacio de la lluvia y de las características de la cuenca. 3.3.2 3.3.2 FASES FASES DEL DEL PROC PROCESO ESO LLUVIA-E LLUVIA-ESCU SCURRI RRIMIEN MIENTO. TO. El proceso proceso lluvia-escur lluvia-escurrimien rimiento, to, presenta presenta caracter característica ísticass muy peculiare peculiares, s, describiendo describiendo a continuación las fases más relevantes: 1. La lluvia es interceptada parcialmente por la vegetación, principalmente por las ramas de los árboles, antes de llegar al suelo. 2. Al llegar la lluvia al suelo se presentan presentan dos fenómenos fenómenos simultáneo simultáneos: s: • La lluvia se infiltra infiltra en el terreno. terreno. • Comienza a mojarse la superficie, llenando las depresiones. 3. Los procesos anteriores continúan hasta formarse un tirante suficiente que rompa la tensión superficial. Este hecho sucede cuando la intensidad de la lluvia es mayor que la capacidad de infiltración del terreno. Se inicia el escurrimiento superficial. 4. Al ocurrir el escurrimiento escu rrimiento superficial se presentan varios procesos simultáneos: • El agua se infiltra con una velocidad variable (depende del grado de saturación del terreno, intensidad de la lluvia y volumen de agua almacenado sobre la superficie). • Las depresiones más grandes del terreno continúan llenándose. • Se produce el escurrimiento en el cual los tirantes y las velocidades varían en forma continua y son gobernados por las ecuaciones de continuidad y cantidad de movimiento. Este proceso es alimentado por la lluvia efectiva. 8


• Inicialmente Inicialmente el escurrimient escurrimiento o es en superficie superficie libre; libre; después, cuando cuando la capacidad capacidad de los conductores no es suficiente, el agua escurre a presión y en ocasiones puede derramarse. 5. El agua que llega a las cunetas se acumula en ellas, hasta que se forma un tirante suficiente y escurre hacia las coladeras. 6. El agua que llega a las coladeras ingresa al sistema de drenaje. 7. El escurrimiento en los colectores de drenaje está gobernado por las ecuaciones de continuidad y cantidad de movimiento. 3.3. 3.3.3 3 DEFIN DEFINIC ICIÓN IÓN DE ESC ESCOR ORREN RENTÍA TÍA.. La escorrentía se puede definir como la cantidad de agua de una tormenta que drena o escurre sobre la superficie del suelo. Cuando se produce, fluye a los cauces incrementando su volumen; a medida que llega agua de las partes más lejanas comienza suavemente a decrecer el caudal al poco tiempo de terminada la lluvia. Normalmente se considera como la precipitación menos la evapotranspiración real y la infiltración del sistema suelo. Según la teoría de Horton se forma cuando las precipitaciones superan la capacidad de infiltración del suelo. Esto sólo es aplicable en suelos de zonas áridas y de precipitaciones torrenciales. Esta deficiencia se corrige con la teoría de la saturación, aplicable a suelos de zonas de pluviosidad elevada y constante. Según dicha teoría, la escorrentía se formará cuando los compartimentos del suelo estén saturados de agua. Al fluir, la cantidad de escorrentía escorrentía puede verse verse reducida de varios modos: modos: una pequeña parte parte puede evaporarse; el agua puede almacenarse temporalmente en cuencas microtopográficas; y otra parte puede fluir inmediatamente sobre la superficie. La escorrentía superficial que permanece al final fluye en una corriente de agua como ríos, lagos, estuarios u océanos. 3.3. 3.3.4 4

FLUJ FLUJOS OS GENE GENERA RADO DOSS POR POR LA ESCO ESCORR RREN ENTÍ TÍA. A.

Entre los diferentes grupos de flujos de escorrentía que se generan tenemos: Flujo terrestre con exceso de infiltración Hay un exceso de infiltración cuando la tasa de precipitación en una superficie excede la tasa a la cual el agua puede infiltrarse en la tierra, y cualquier cuenca para almacenamiento está ya llena. A este proceso también se le llama flujo terrestre hortoniano (en honor de Robert E. Horton), o flujo terrestre insaturado. Se produce con más frecuencia en regiones áridas y semiáridas, donde las intensidades de precipitación son altas y la capacidad de infiltración del suelo es reducida debido a la impermeabilización de la superficie, superficie, o en áreas pavimentadas. 

9


Flujo terrestre con exceso de saturación Cuando el suelo está saturado y la cuenca de almacenamiento llena, la precipitación producirá inmediatamente una escorrentía superficial. El nivel precedente de humedad del suelo es un factor que afecta al tiempo que pasará hasta que el suelo se sature. Esta escorrentía se conoce también como flujo terrestre saturado. 

Flujo de retorno sub-superficial Después de que el agua se infiltra infiltra en el suelo en la porción en cuesta de una colina, el agua puede fluir lateralme lateralmente nte por el suelo, y ex-filtrarse ex-filtrarse (fluir (fluir fuera) cerca cerca de un canal. También También se le llama llama flujo interno. 

3.3. 3.3.5 5 COMP COMPON ONEN ENTES TES DE DE LA ESCOR ESCORREN RENTÍA TÍA.. La escorrentía está constituida por la sumatoria de tres componentes principales: Escurrimiento, flujo sub-superficial y agua subterránea.  El escurrimiento Es el agua que fluye por sobre la superficie del terreno hasta el cauce más cercano y sólo se produce en los eventos de lluvia. En un evento de lluvia, cuando la intensidad de la misma es superior a la tasa de infiltración, se produce un almacenamiento superficial que primero llena las depresiones del terreno, conformando el almacenamiento de retención. Luego que las depresiones se han llenado se inicia el almacenamiento detención, el cual genera el escurrimiento. Lo anterior es importante conocerlo ya que indica que la escorrentía no sólo depende de la infiltración sino del micro-relieve. La tasa de escurrimiento dependerá del volumen del almacenamiento de detención y de la pendiente y rugosidad del terreno. En cuencas de suelos muy permeables, de cobertura densa y de poca pendiente, el escurrimiento es muy pequeño, por el contrario, en suelos arcillosos y con poca cobertura el escurrimiento es mayor; lo anterior es de suma importancia conocerlo ya que la escorrentía es el principal factor en la erosión de los suelos.

Esquema sobre cantidades de escurrimiento dependiendo dependiendo de los tipos de suelos presentes en la zona.

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El flujo sub-superficial Está constituido por el flujo lateral desde la zona de humedad del suelo. Luego de la infiltración el agua en el suelo continúa moviéndose en función de los gradientes hídricos, especialmente el gradiente vertical y si se encuentra con una capa relativamente impermeable, se produce un flujo lateral el cual culmina con su intercepción por los cauces. El flujo sub-superficial es muy importante en cuencas con suelos permeables y estratificados. Junto con el escurrimiento conforma el llamado flujo rápido y que generalmente generalmente se considera como escorrentía directa. 

Flujo subterráneo. Está conformado por el agua que fluye desde el almacenamiento del agua subterránea hacia los cauces. Este ocurre cuando los cauces interceptan el agua subterránea, ya sea desde el nivel freático como de acuíferos más profundos. Este flujo es llamado flujo base o caudal base. El flujo base ocurre siempre que exista un almacenamiento subterráneo. El caudal mínimo de un cauce es llamado caudal de estiaje. 

Esquema sobre diferentes tipos de flujos y escorrentías presentes en el proceso de Lluvia-Escurrimiento.

3.3. 3.3.6 6 HIDR HIDROG OGR RAMAS AMAS.. Debido a que la cantidad y la calidad de información varia grandemente de un problema a otro y que no siempre se requiere la misma precisión en los resultados es que se han desarrollado una gran cantidad cantidad de métodos métodos,, para realizar realizar la relació relación n lluvia – escurrimient escurrimiento. o. Entre algunos algunos,, podemos podemos mencionar:  Hidrograma unitario Hidrograma sintético: sintético: Método Método de Chow.  Hidrograma  Hidrograma unitario triangular.  Hidrograma unitario adimensional.  Curvas S 11


El hidrograma hidrograma de una corriente, corriente, es la representaci representación ón gráfica de las variaciones variaciones del caudal con respecto al tiempo, arregladas en orden cronológico en un lugar dado de la corriente. El área bajo el hidrograma, es el volumen de agua que ha pasado por el punto de aforo, en el intervalo de tiempo expresado en el hidrograma. Es muy raro que un hidrograma presente un caudal sostenido y muy marcado, en la práctica la forma irregular de la cuenca, la heterogeneidad espacial y temporal de la lluvia, la influencia de las infiltraciones, etc. conducen a hidrogramas de uno o muchos picos (caudal (caudal máximo). Analizando el hidrograma correspondiente a una tormenta aislada se tiene lo siguiente: En la la fifigura inferior se ha ha repr epresenta ntado el hidro drograma corres correspon pondien diente te a una tormenta tormenta aislada y a una sucesión de ellas respectivamente. En el hietograma de la figura superior se distingue la precipitación que produce la infiltración, de la que produce escorrentía directa, ésta última se denomina precipitación en exceso, precipitación neta o efectiva.

Curva de concentración: concentración : Es la parte que corresponde al ascenso del hidrograma.  Pico del hidrograma: hidrograma : Es la zona que rodea al caudal máximo. descenso:  Curva de descenso: Es la zona correspondiente a la disminución progresiva del caudal.  Punto de inicio de la curva de agotamiento: Es el momento en que toda la escorrentía directa provocada por esas precipitaciones ya ha pasado. El agua aforada desde ese momento es escorrentía básica, que corresponde a escorrentía subterránea. 

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Curva de agotamiento: agotamiento : Es la parte del hidrograma hidrograma en que el caudal procede procede solamente solamente de la escorrentía escorrentía básica. básica. Es importante notar que la curva de agotamiento, comienza más alto que el punto de inicio del escurrimiento directo (punto de agotamiento agotamiento antes de la crecida), eso debido a que parte de la precipitación que se infiltró está ahora alimentando el cauce. En hidrología, es muy útil ubicar el punto de inicio de la curva de agotamiento a fin de determinar el caudal base y el caudal directo. 

Análisis Análisis de un Hidrograma: Hidrograma: El escurrimiento escurrimiento total total que pasa por un cauce, está compuesto compuesto de: Q = Qd + Qb Dónde: Q = escurrimiento o caudal total Qd = escurrimiento directo, producido por la precipitación Qb= Qb= flujo base, producido por aporte del agua subterránea

Representación de los caudales que conforman el escurrimiento superficial.

TIPOS DE HIDROGRAMAS. Hidrograma Unitario: El hidrograma unitario (HU ( HU ) de una cuenca, se define como el hidrograma de escurrimiento debido a una precipitaci precipitación ón con altura altura en exceso (hpe) hpe) unitaria unitaria (en mm, en cm, una pulg, etc.), etc.), repartida repartida uniformemente sobre la cuenca, con una intensidad constante durante un período específico de tiempo (duración en exceso de). de). 

El hidrograma unitario, es un hidrograma típico de la cuenca. Como las características fisiográficas de la cuenca (área, forma, pendiente, etc.) son relativamente constantes, cabe esperar una considerable similitud en la forma de los hidrogramas, correspondientes a precipitaciones de características similares (duración, intensidad, distribución, cantidad de escurrimiento, etc.). 13


Hipótesis en las que se basa el hidrograma unitario: El método del hidrograma unitario fue desarrollado originalmente por Sherman en 1932, y está basado en las siguientes hipótesis: a) Distribución uniforme. uniforme . La precipitación en exceso, tiene una distribución uniforme sobre la superficie de la cuenca y en toda su duración. Representación de la uniformidad y tiempo constante constante

b) Tiempo base constante. constante . Para una cuenca dada, la duración total de escurrimiento directo o tiempo base (tb (tb)) es la misma para todas las tormentas con la misma duración de lluvia efectiva, independientemente del volumen total escurrido. Todo hidrograma unitario está ligado a una duración en exceso (de (de). ). c) Linealidad o proporcionalidad . proporcionalidad . Las ordenadas de todos los hidrogramas de escurrimiento directo con el mismo tiempo base, son directamente proporcionales al volumen total de escurrimiento directo, es decir, al volumen total de lluvia efectiva. Como consecuencia, las ordenadas de dichos hidrogramas son proporcionales.

Esquema referente a la proporcionalidad proporcionalidad en hidrogramas

Hidrogramas Unitarios Sintéticos: Para usar el método del hidrograma unitario, siempre es necesario contar con al menos un hidrograma medido a la salida de la cuenca, además de los registros registros de precipitación. Sin embargo, la mayor parte de las cuencas, no cuentan con una estación hidrométrica o bien con los registros pluviográfico pluviográficoss necesarios necesarios.. Por ello, ello, es convenient convenientee contar con métodos métodos con los que se puedan puedan obtener hidrogramas hidrogramas unitarios unitarios usando únicamente únicamente datos de características características generales generales de la cuenca. Los hidrogramas unitarios así obtenidos se denominan sintéticos. sintéticos. 

Debido a su importancia, se ha desarrollado una gran cantidad de hidrogramas unitarios sintéticos; a continuación continuación se explicarán tres tres de ellos.

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MÉTODO DE CHOW Ven Te Chow desarrolló un método para el cálculo del caudal de pico de hidrogramas de diseño de alcantarillas y otras estructuras de drenaje pequeñas. Este método sólo proporciona el caudal de pico y es aplicable a cuencas no urbanas con un área menor de 25 km 2.El caudal pico Q p de un Hidrograma de escurrimiento directo puede expresarse como el producto de la altura de precipitación efectiva Pe por el caudal pico de un Hidrograma unitario q e así: Q p  qpp e El caudal pico del Hidrograma unitario, Q p, se expresa como una fracción del caudal de equilibrio para una lluvia con con intensidad I = 1 mm/de, así:  1mm  q p   A c Z d  e  Dónde: Z: Fracción mencionada que se denomina factor de reducción pico. Ac: Área Área Cuen Cuenca ca (km (km2) de: Duración Duración de exceso (horas) (horas) Se obtiene:  0.278 Ac   Z d e   ;

q p  

qp: (m3/s/mm).

Luego se obtiene obtiene para el caudal de pico Q p, la siguiente siguiente expresi expresión: ón:  0.278 P e Ac   Z d e  

Q p  

El factor de reducción de pico Z se calcula, según Chow, como una función del tiempo de retraso (Tiempo que transcurre del centro de masa de la precipitación al pico del Hidrograma) y de la duración duración en exceso exceso (de), así:  L  t r  0.005   S 

0.64

Dónde: L = Longitud Longitud del cauce principal principal (mts.) (mts.) S = Pendiente en porcentaje (%) tr= Tiempo de retraso (horas) Para aplicar éste método es muy conveniente tener los datos de precipitación en forma de curvas I-D-F. Así, Así, para el el periodo de retorno retorno adecuado al problema problema se se calcularían calcularían los picos correspondientes a varias duraciones y se escogería el mayor para el diseño.

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HIDROGRAMA UNITARIO TRIANGULAR. Mockus desarrolló un hidrograma unitario sintético de forma triangul triangular, ar, como se se muestra muestra en la figura, figura, que lo usa el SCS (Soil (Soil Conser Conservat vation ion Servic Service), e), el cual a pesar pesar de su simplicidad proporciona los parámetros fundamentales del hidrograma: caudal punta (Qp (Qp), ), tiempo base (tb (tb)) y el tiempo en que se produce la punta (tp). tp). Representa Representación ción gráfica gráfica de hidrogra hidrograma ma triangula triangular r

La expres expresión ión del caudal caudal punta punta Qp, Qp, se obtiene igualando: qp 

0.555A c

Dónde:

tb

Ac= Área de la cuenca en km2 t b

= Tiempo base en horas

q p

= Caudal de pico en m 3/s/mm

Del análisis de varios hidrogramas, Mockus concluyó que el tiempo base y el tiempo de pico relacionan mediante la expresión:

t p

se

t b  2.67t p t p 

d e 2

 t r

Dónde: d e

= duración en exceso

t t  0.6t c t r = Tiempo de retraso, retraso, el cual se estima estima mediante mediante el tiempo tiempo de concentración concentración c , así: así: r

La duración en exceso "d e" con la que se tiene mayor caudal de pico, se calcula de la siguiente manera: d e  2 t c

(Para cuencas grandes)

d e  t c

(Para cuencas pequeñas)

De lo anterior se obtiene obtiene la expresión para calcular el caudal pico:

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q p 

0.208 Ac t p

Donde : t p 

t c  0.6t c

HIDROGRAMAS UNITARIOS ADIMENSIONALES Este concepto se refiere a la forma del hidrograma, en la mayoría de los casos, es suficiente con las características de un Hidrograma unitario triangular para propósitos prácticos. Sin embargo, si la extensión de la curva de recesión del Hidrograma afecta el diseño, puede usarse un Hidrograma curvilíneo. Esquema grafico de un hidrograma adimensional.

Para obtener un Hidrograma unitario, para una cuenca en particular, basta con multiplicar las ordenadas por el caudal de pico q p 

0.208 Ac t p

y las abscisas abscisas por el tiempo tiempo de pico t p 

d e 2

 t r

Curvas “S”: El Hidrograma de escurrimiento directo que se produce produce con una torment tormentaa cuyo hietograma (Representación gráfica de la lluvia en donde se muestran las fluctuaciones de su intensidad en mm/h en funci función ón del del tiem tiempo po en en horas horas o días). días). Está formado formado por un número muy grande grande de barras, cada una con duración d e y altura altura de precipit precipitaci ación ón efectiv efectivaa hpe de intensidad intensidad en mm es llamado llamado Curva S. Representación gráfica de hidrogramas hidrogramas tipo S

Esta curva es un hidrograma hidrograma formado formado por la superposición superposición de un número de hidrogramas hidrogramas unitarios unitarios sufic uficie ient ntee par paraa lle llega garr al al gas gasto to de equi equili libr brio io;; es es dec decir ir:: Q e= lAc = [ lmm/de ]Ac Dónde: Q e= Gasto de equilibrio I= Intensidad de la lluvia Ac = Área de la cuenca de= Duración efectiva

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3.3. 3.3.7 7

IMPA IMPACT CTO O HUM HUMAN ANO O SOB SOBRE RE LA ESCO ESCORR RREN ENTÍ TÍA A SUPE SUPERF RFIC ICIA IALL

La urbanización aumenta la escorrentía superficial, al crear superficies más impermeables, como pavimento y edificios, que no permiten la filtración del agua hasta el acuífero. En vez de filtrarse al suelo, el agua es forzada directamente hacia corrientes o drenajes, donde la erosión y sedimentación pueden ser problemas importantes, incluso cuando no hay inundación. El aumento de escorrentía reduce la recarga de agua subterránea, bajando así la capa freática y empeorando las sequías, sobre todo para los agricultores y quienes dependen de pozos de agua. Cuando hay contaminantes antropogénicos disueltos o suspendidos en la escorrentía, el impacto humano se amplía. Esta carga de contaminantes puede alcanzar a diversas aguas receptoras como corrientes, ríos, lagos, estuarios y océanos, cambiando la química del agua en estos sistemas y en sus ecosistemas relacionados.

Escorrentías por los desechos y contaminantes, así como el efecto de la impermeabilización impermeabilización de los suelos, en la cantidad de escorrentía y aguas filtradas.

3.3.8 LLUVIA MEDIA EN UNA ZONA O CUENCA HIDROGRAFICA.

Método de los Polígonos de Thiessen Este método trata de tomar en consideración la eventual falta de uniformidad en la distribución de los pluviómetros, asignando como dominio 18


a cada uno de ellos un polígono convexo que lo rodea. Para el trazado de los polígonos, primero se debe trazar la denominada Red de Triángulos Irregulares (conocida como TIN por sus siglas inglesas de Triangular Irregular Network) la que se logra uniendo, con segmentos rectos, la posición de cada pluviógrafo con los otros pluviógrafos más cercanos. Posteriormente se trazan las mediatrices correspondientes a cada triángulo dibujado. En los polígonos externos se continúan estas mediatrices hasta el exterior del límite de la cuenca. En estos polígonos limítrofes se deberá considerar solamente el área interior a la zona, pero para su dibujo pueden tenerse en cuenta pluviómetros exteriores a ella. Si las lluvias, medidas por los pluviómetros G 1, G2, … , Gn en el intervalo de tiempo común considerado, son P 1, P 2, … ,Pn y las áreas respectivas de los dominios poligonales asignadas a cada uno son A1, A2, … ,An, la lluvia media será:

=

( ∙

) ∙ ( ∙ Á

) ∙ ( ∙

)

Los resultados son buenos en zonas llanas, con pluviometría de distribución bastante homogénea.

3.4 TRÁNSI TRÁNSITO TO DE AVENID AVENIDAS AS EN RIOS RIOS Y EMBA EMBALSE LSES. S. 3.4. 3.4.1 1 DEF DEFINIC INICIO ION N DE AVEN AVENID IDA A Es un cambio rápido del gasto que cruza un río o una presa. Dicho cambio es casi siempre debido a una tormenta. Originando con ello un hidrograma donde claramente está definido una rama ascendente, un pico y una rama descendente.Supongamos que en el extremo de un canal seco arrojamos un volumen de agua, el pequeño hidrograma generado será inicialmente más alto y de menor duración (posición A del dibujo), y a medida que el mismo volumen pasa por los puntos B y C y cada vez con un hidrograma hidrograma más aplastad aplastado. o. Suponemos Suponemos que no existe existe perdida perdida de volumen volumen (por infiltración o evaporación), de modo que el área comprendida en los tres hidrogramas será idéntica.

Esquema del tipo de avenida con respecto al tiempo

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Una avenida llega a su valor máximo, cuando al punto bajo estudio concurre el mayor número de partículas de agua, siendo éste número función del tiempo de duración de la lluvia, de la intensidad de la misma y de la configuración de la cuenca. 3.4. 3.4.2 2 FACT FACTOR ORES ES QUE QUE AFE AFECT CTAN AN UNA UNA AVENI AVENIDA DA MÁX MÁXIM IMA A Los factores que afectan las avenidas pueden clasificarse en dos grupos que son: - Factores Factores climátic climáticos os - Factor Factores es fisiog fisiográf ráfico icoss Factores climáticos Son aquellos que dependen de condiciones meteorológicas, especialmente de la precipitación. Entre éstos factores podemos mencionar: 

Intensidad de la precipitación: Mientras más intensa sea una lluvia se producirá una avenida mayor y viceversa. y viceversa. Duración de la precipitación: Una lluvia que duró más tiempo que otra, producirá una avenida mayor, siempre que la duración sea igual o menor al tiempo de concentración de la cuenca. Distribución espacial de la precipitación en la cuenca: Esto se refiere a la cantidad de precipitación, así como a su concentración dentro del espacio físico denominado cuenca. Dirección del movimiento de la precipitación: Si la lluvia se dirige al punto estudio más bajo, la avenida será mayor. Precipitaciones anteriores: anteriores : Si ha llovido llovido mucho mucho anteri anteriorm orment ente, e, la humedad humedad del suelo suelo será será mayor, mayor, la Infiltración será menor y, por lo tanto, la avenida será mayor. Factores fisiográficos. Son aquellos que dependen de las características físicas de la cuenca bajo estudio. Entre éstos factores podemos mencionar: 

Extensión de la cuenca: A mayor extensión del área tributaria, las avenidas tenderán a ser mayores por el efecto físico del área. Forma de la cuenca: Si la forma de la cuenca tiende a ser circular, las avenidas serán mayores que si la cuenca tendiera a una forma alargada. Pendiente de las vertientes: Esto está en relación directa con la velocidad de propagación de la crecida, a mayor pendiente, el agua escurre más rápido, y la infiltración será menor produciéndose mayores avenidas que si la pendiente de las vertientes fuera menor. 20


Uso de la tierra: En terrenos cultivados o en áreas construidas, la tierra está en condiciones no naturales puesto que en las áreas urbanas hay un aumento de áreas impermeables y en las áreas cultivadas con mal manejo generalmente se reduce la infiltración y ocurre un aumento de los volúmenes de escorrentía superficial, lo que produce mayores avenidas. Permeabilidad del suelo: Este es un elemento que está en relación directa con la facilidad o dificultad del suelo para retener o soltar agua. 3.4.3 3.4.3 LA IMPORT IMPORTANC ANCIA IA DE DE LA PREDETER PREDETERMIN MINACIÓ ACIÓN N DE UNA AVENIDA. AVENIDA. Es evidente evidente la importancia importancia que se se tiene en en la predetermina predeterminación ción de las avenidas, avenidas, ya que son muy muy conocidos los efectos destructivos que causan al inundar, grandes extensiones cultivadas, áreas construidas u obras hidráulicas, produciendo grandes pérdidas en bienes materiales y que a su vez provocan la muerte de personas. Entre las obras cuyo diseño depende de la influencia de una avenida, podemos mencionar: Puentes, depósitos de almacenamiento de agua, presas, desagües de poblaciones, drenajes de carreteras, canales, alcantarillas, vertederos, protectores de avenidas. avenid as. etc. Las crecidas pueden ser agrupadas en consideración a las causas que las producen, en tres clases: - Crecidas Crecidas por lluvias. lluvias. - Crecida Crecidass por fusión fusión de niev nieve. e. - Crecidas Crecidas por almacenamiento almacenamiento y fusión fusión. 3.4. 3.4.4 4 TRAN TRANSI SITO TO DE AVEN AVENID IDAS AS EN RIOS RIOS.. El tránsito de avenidas tiene por objetivo principal obtener el hidrograma de salida de una presa a partir de proporcionarle su hidrograma de entrada. Este procedimiento resulta de gran gran utilidad, ya que algunas de sus aplicaciones son: a- Conocer Conocer los nivel niveles es el rio rio y el volum volumen en de agua agua que deberá deberá pasa pasarr por la obra obra de exce excedenc dencia ia ante una elevación elevación del vaso, y saber si la operación de las compuertas compuertas del vertedero vertedero son adecuadas o no para que cuando se presente una avenida no ponga en riesgo la presa, los los bienes materiales o las vidas humanas aguas abajo. b- Dimensionar Dimensionar la obra obra de excedencias, excedencias, que será será la encargada encargada de conducir conducir el volumen volumen de agua que sobrepase la capacidad de almacenamiento del vaso c- Calcular el el NAME (Nivel (Nivel de Aguas Máximas Máximas Extraordinari Extraordinarias) as) y dimensi dimensionar onar la obra de desvió.

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Pero en si en el tránsito de avenidas se trata de conocer cómo evoluciona un hidrograma a medida que discur discurre re a lo lo larg largo o de un cauce cauce o a trav través és de un un depós depósit ito o o embal embalse se.. Tambi También én se se habla habla de transito de avenidas, o se utiliza la expresión expresión transitar avenidas.

Esquema sobre las generalizaciones realizadas para el tránsito de avenidas en Ríos.

3.4. 3.4.5 5 TRAN TRANSI SITO TO DE AVE AVENI NIDAS DAS EN EMBA EMBALS LSES ES Un aumento en en el caudal de entrada al depósito depósito implica implica un aumento en el caudal de salida pero pero atenuado por el depósito. Normalmente, el sitio donde se miden los escurrimientos o donde se encuentra una presa para control de inundaciones se localiza varios kilómetros aguas arriba del punto donde las avenidas pueden causar daños, debido a las condiciones topográficas y geológicas que deben existir para construir una presa o las que debe reunir el sitio para instalar una estación hidrométrica. Es necesario por ello contar con métodos que permitan conocer la variación de un hidrograma al recorrer un tramo de cauce, para poder determinar el efecto de presas reguladoras en tramos aguas abajo, para diseñar bordos de protección contra inundaciones, etc. la simulación de la variación de un hidrograma al recorrer un cauce se conoce como tránsito de avenidas en embalses. Este problema es similar al tránsito de avenidas en ríos en el sentido de que el río mismo es también también una especie de almacenamient almacenamiento o alargado y de que la solución solución se da por medio de la ecuación de continuidad y alguna relación entre almacenamiento y gasto de salida. Sin embargo, aquí aparecen algunas dificultades adicionales como: a) Con frecuencia frecuencia no se tienen planos topográfico topográficoss precisos precisos del tramo tramo y la relación relación descargasdescargasvolúmenes no se conoce. b) Casi siempre siempre se tienen entradas entradas a lo largo largo del tramo, tramo, adicionales adicionales a las de la sección sección aguas arriba, que no son conocidas. 22


c) El nivel de la superficie superficie libre libre del agua no es horizont horizontal, al, como como sucede sucede en el el caso de vasos, vasos, lo que implica que un mismo tirante en el extremo final del tramo se puede formar para diferentes gastos de salida.

Esquema del Tránsito de avenidas en Embalses.

3.4.6 3.4.6 VASO VASO DE ALMAC ALMACENA ENAMIE MIENTO NTO O RESERV RESERVORI ORIOS OS Y SUS PRINCI PRINCIPALE PALESS COMPON COMPONENT ENTES. ES. Un vaso de almacenamiento sirve para regular los escurrimientos de un río, es decir, para almacenar el volumen de agua que escurre en exceso en las temporadas de lluvia para posteriorme posteriormente nte usarlo usarlo en las épocas de sequía, sequía, cuando los escurrim escurrimientos ientos son son escasos. escasos. Es necesario, entonces, almacenar el volumen sobrante para poder satisfacer la demanda cuando el escurrimiento en el río no es suficiente, para lo cual se requiere un vaso de almacenamiento.

Un vaso de almacenamiento almacenamiento puede tener uno o varios de los siguientes propósitos: a) Irrigación. b) Generación Generación de energía eléctrica. eléctrica. c) Control Control de avenidas. avenidas. d) Abastecimiento de agua potable. e) Navegac Navegación. ión. l) Acuacultura. g) Recrea Recreación ción.. h) Retención Retención de sedimentos. sedimentos.

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El NAMINO (nivel de aguas mínimas de operación) es el nivel más bajo bajo con el que puede operar operar la presa presa.. El volumen muerto es el que queda abajo del NAMINO o NAMIN; es un volumen del que no se puede disponer. El volumen volumen de azolves azolves es el que queda abajo abajo del nivel nivel de la toma toma y se se reserva reserva para recibir recibir el acarreo de sólidos sólidos por el río durante la vida vida útil de la la presa. Es conveniente conveniente hacer hacer notar que que el depósito depósito de sedimentos sedimentos en una presa no se se produce con con un nivel horizonta horizontall sino que los los sedimentos se reparten a lo largo del embalse, teniéndose los más gruesos al principio del mismo y los más finos cerca de la cortina. De hecho, en algunos casos existe movimiento de los sedimentos depositados dentro del vaso, fenómeno que se conoce como corriente de densidad. La operación de la presa se lleva a cabo entre entre el NAMINO NAMINO o NAMIN NAMIN y el NAMO (nivel de aguas máximas ordinarias o de operación). El NAMO es el máximo nivel con que puede operar la presa para satisfacer las demandas; cuando el vertedor de excedencias (estructura que sirve para desalojar los volúmenes excedentes de agua que pueden poner en peligro la seguridad de la obra) no es controlado por compuertas, el NAMO coincide con su cresta o punto más alto del vertedor. En el caso de que la descarga por el vertedor esté controlada, el NAMO puede estar por arriba de la cresta e incluso puede cambiar a lo largo del año. Así, en época de estiaje estiaje es posible fijar un NAMO mayor que en época de avenidas, pues la probabilidad de que se presente una avenida en la primera época es menor que en la segunda. El volumen que se almacena almacena entre el NAMO y el NAMIN o NAMINO se llama llama volumen o capacidad útil y útil y es con el que se satisfacen las demandas de agua.

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El NAM NAME (nivel de aguas máximas extraordinarias) es el nivel más alto que debe alcanzar el agua en el vaso bajo cualquier condición. El volumen que queda entre este nivel y el NAMO, llamado superalmacenamiento, sirve para controlar las avenidas que se presentan cuando el nivel en el vaso está cercano al NAMO. El espacio que queda entre el NAME y la máxima elevación de la cortina (corona) se denomina bordo libre y está destinado a contener el oleaje y la marea producidos por el viento, así como a compensar las reducciones en la altura de la cortina provocadas por sus asentamientos. 3.4.7 3.4.7 MÉTODO MÉTODO PARA PARA EL EL CÁLC CÁLCULO ULO DE AVEN AVENIDAS IDAS.. Son varios los problemas que pueden ocasionar las Crecidas Máximas, entre ellos pueden citarse citarse las inundaciones, inundaciones, la socavación socavación en pilas de puentes, puentes, y el arrastre arrastre de sedimentos. sedimentos. Las obras hidráulicas empleadas para controlar las Avenidas Máximas, no se orientan Únicamente a salvar obstáculos en una carretera, a la protección de complejos habitacionales, etc. sino que también a la recuperación de tierras que se inundan continuamente, para que sean utilizadas en la agricultura. Desde un punto de vista técnico económico económico la correcta estimación de los caudales de máxima crecida, es cada vez más importante para dimensionar correctamente sistemas de desagües de obras Civiles y reducir o evitar daños en cauces fluviales, zonas regables núcleos urbanos. La existencia de un gran número de procedimientos de cálculo de crecidas sin que ninguno de ellos se haya haya adop adopta tado do uná unáni nime meme ment nte, e, indi indica ca la mag magni nitu tud d y compl complej ejid idad ad del del prob proble lema ma.. Esto Esto es es consecuencia de la insuficiente extensión de las series hidrológicas utilizables, falta de garantías y regularidad de valores extremos etc. Debido a esta complejidad que resulta, no solo es recomendable sino absolutamente necesario el estudio del problema por distintos métodos:

   

Método Empírico. Método Estadístico. Métodos Métodos Hidrológico Hidrológicoss o Hidrometeor Hidrometeorológi ológicos. cos. Método de Correlación Hidrológica y Modelos.

Método Empírico: Los métodos empíricos son procedimientos que se basan en informaciones generales que se obtienen obtienen de corrientes corrientes de agua ya ya estudiadas, estudiadas, ya sea de las mismas mismas cuencas cuencas o de otras. otras. Son aplicables solamente a cuencas cuyas características son similares a las que sirvieron para deducirlos y aún en este caso deben aplicarse con mucho cuidado, la ventaja de estos métodos es que son de fácil y rápida aplicación. Algunos de estos estos métodos son son los siguientes:

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AVENIDAS HISTÓRICAS: Este método de predeterminación de avenidas consta de dos pasos que son: La determinación de la máxima altura de agua alcanzada por una corriente en el pasado, se logra por uno o varios de los siguientes procedimientos:  Buscar señales que han dejado grandes avenidas, Determinación de la altura generalmente son obras construidas en el río: Puentes, muros, de agua máxima alcanzada etc. por la corriente.  Preguntando a los habitantes del lugar sobre las mayores alturas de las cuales tengan referencia.  Buscar en archivos o crónicas locales, algún dato referente a grandes avenidas pasadas. Estimación de la avenida máxima ob observada y Estimación de la avenida máxima posible.

Para estimar estimar la máxima avenida posible posible en el futuro, se toma toma la avenida máxima observada y se le afecta de un factor de seguridad cuyo valor depende de la confianza que se les tenga a los datos obtenidos, de la amplitud de los períodos considerados y de la variación del régimen de agua.

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FORMULAS EMPÍRICAS Las fórmulas empíricas surgieron de la necesidad de estimar avenidas de ríos donde, prácticamente, no se tenían el número de datos suficientes para efectuar un cálculo de confianza y donde se podían aplicar con un buen margen margen de seguridad, sin poner en peligro las vidas humanas ni aumentar excesivamente los costos de ingeniería civil. Estas fórmulas están en función de las principales características de las cuencas y tienen coeficientes que toman en cuenta las demás características. Con el objeto de facilitar el estudio, las fórmulas se dividen según el factor que toman en consideración así: 

Fórmulas en función del área de la cuenca

FÓRMULAS DE LAS CURVAS ENVOLVENTES: Fórmula de Fanning: Fórmula de DIckInS: Fórmula de Ryves: Fórmula de Valentini: Fórmula de Ganguille Fórmula de Gutmann: Fórmula de Santi:

Q = CA Q = 2.5A5 6 Q = 6.9 6.9A A3/4 Q = 8.5A2/3 Q = 27 A Q =25/(5+A) Q = 2832A/ (96+A)

33  T  100 años  C50  T  500 años 60  T  1000 años 

Q(m3 /s)  CA1/2  A  1000Km2

Fórmula de Creager (simplificada):

A  0.05 Q(m 3 /s)  0.55CA  C  30

Fórmula de Scimeni: Fórmula de Forti:

Q(m3 /s)  CA 2/3  A  1000Km2

 600   1  A  1000Km 2  A  10 

q(m 3 /s/Km 2 )  

 500   0.5   A  125 

q(m 3 /s/Km 2 )  3.25 

 A  1000Km 2

Fórmula de Zapata: Fórmula de Kuickling:

Q(m3 /s)  21A0.6

 1.246   0.22 A ordinarias  A  440   3.596  Q(m3 /s)    0.08 A extraordin arias  A  958  Q(m3 /s)  

27

“CÁLCULO DE NIVEL MÁXIMO Y DEL NIVEL DE AGUAS MÁXIMAS EXTRAORDINARIAS (N.A.M.E) EN CUENCA DEL RIO TALQUEZALAPA EN EL PUNTO DE INTERES CONFLUENCIA CON LA QUEBRADA EL CHUPADERO” 



Fórmulas en función de varios factores de la cuenca. Formula de Possenti:

Q = Hm/L(Am+Ap/3)

Fórmula de Paladini:

Q =  (1/0.0804) HmA

Fórmulas en función de la frecuencia de las avenidas. Fórmula de Fuller:

Q (T) = Q 1 (1+0.8 Iog T) (1+(2.66/ A 0.3))

Las fórmulas fórmulas empíricas no se deben usar a menos que no sé tenga otra forma forma de predeterminar predeterminar una avenida. Su aplicación ha dado lugar en muchos casos a sub-evaluaciones de caudales que han provocado accidentes serios. Aunque son expuestas estas ecuaciones para la determinación del cálculo de caudales Métodos estadísticos: La avenida de diseño para el vertedor de una presa es un evento que tal vez no se ha presentado jamás, o al menos no en el periodo de datos disponible, pero que es necesario conocer para determinar las dimensiones de la obra. La complejidad de los procesos físicos que tienen lugar en la generación de esta avenida hace, en la mayoría de los casos, imposible una estimación confiable de la misma por métodos basados en las leyes de la mecánica o la física, sea porque estos métodos son insuficientes, sea porque el modelo matemático resultante sería exageradamente grande, complicado y difícil de manejar. El método método estadístico estadístico es es el camino camino obligado obligado en la solució solución n de los problemas problemas.. En particular, particular, la la probabilidad probabilidad y la estadíst estadística ica juegan juegan un papel de primer orden orden en el análisis análisis hidrológico. hidrológico. En esta parte del trabajo se dará una introducción al análisis estadístico en hidrología. Para ello se estudiarán las principales funciones de distribución de probabilidad usadas en hidrología y por último, se analizarán los límites de aplicabilidad de las diferentes funciones.

FUNCIONES DE DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD USADAS EN HIDROLOGIA. Una vez que se asigna un periodo de retorno al caudal de diseño de la obra en cuestión generalmente es necesario, para conocer dicho caudal de diseño, hacer extrapolaciones a partir de los caudales máximos anuales registrados, pues rara vez este periodo es menor al periodo de datos. Entre las funciones de distribución de probabilidad usadas en hidrología se estudian las siguientes: 28


NORMAL. La función Normal es el modelo más utilizado y con mayor importancia en el campo de la estadística (Varas y Bois, 1998). Sin embargo, su uso es muy limitado en hidrología, dado que las variables raramente se comportan de esta forma. Linsley et al., (1988) señalan que el uso de esta función, en términos hidrológicos, debe reducirse a zonas húmedas donde el valor medio es alto, no siendo recomendable para valores extremos, son generalmente apropiadas para variables aleatorias que cubren todo el rango de valores de los resultados posibles del experimento bajo análisis. Por ejemplo los volúmenes de escurrimiento mensual en un río. Función de distribución de probabilidad normal: x: Variable aleatoria. µ: Media de la población. σ: Desviación Desviación estándar de la población.

Para resolver esta función se recurren a métodos numéricos para evaluarla, y para hacer esto más sencillo se le ha asignado una variable estandarizada, cuya expresión es la siguiente:

La cual está normalmente distribuida con media cero y desviación estándar unitaria. Así, la función principal queda como: LOGARÍTMICO-NORMAL. Las variables físicas de interés en Hidrología (precipitación, caudal, evaporación y otras) son generalmente positivas, por lo cual es usual que presenten distribuciones asimétricas. Así, se ha propuesto aplicar una transformación logarítmica (Varas y Bois, 1998), donde Y = Ln X, está normalmente distribuida; luego X está distribuida en forma Normal, y su función de densidad de probabilidad es: Donde los parámetros de la función son α y β, que son la media y la desviación estándar de los logaritmos de la variable aleatoria, y están definidos como sigue:

Luego la función de (Donde e corresponde a la

distribución de probabilidad constante de Neper).

es:

29


Al igual que en la distribución normal, se le asigna a "z" los siguientes valores: Estudios realizados por Poblete et al., (2002), identifican a la función Log-Normal, entre otras funciones, como la que presenta mejor bondad de ajuste a series de caudales anuales, por sobre un 90% para el test de Kolmogorov-Smirnov y ji cuadrado. PEARSON III. Chow et al., (1994), señalan que esta distribución posee una gran flexibilidad y diversidad de forma, dependiendo de los valores de sus parámetros, asimilando su utilización para precipitaciones o caudales máximos anuales. La función de densidad de probabilidad Pearson III se define como: Donde α, β, δ son los par ámetros de la función y Γ(β) es la función de Gamma. Los parámetros α, β, δ se evalúan a partir de n datos medidos. Asimismo los parámetros de la distribución pueden ser estimados en función del promedio ( x ) y de la desviación estándar (S) de la muestra, por medio de las siguientes expresiones: Dónde: γ : Coeficiente Coeficiente de sesgo sesgo e : Constante de Neper El coeficiente de sesgo, se define como, modelo es:

La fu función de de distribución de de este

Entonces, sustituyendo se alcanza la siguiente expresión:

Finalmente la ecuación queda como:

Siendo la anterior anterior una función ji cuadrada cuadrada con 2β 1 grados de libertad libertad y χ2= 2y:

La relación de Pearson Pearson tipo III III es la que mejor representa representa a la serie de caudales caudales mínimos mínimos intermitentes, donde se presentan descargas con valores cero. Así mismo las series de caudales mínimos permanentes permanentes se ven reflejadas reflejadas en la Función Función Logaritmo-N Logaritmo-Normal ormal de tres tres para metros. metros. 30


Para ajustar distribuciones de tres parámetros, se se necesita estimar el coeficiente de asimetría de la distribución; para ello es necesario disponer de una serie con longitud de registros larga, mayor de 50 años, (Kite, 1988). Las distribuciones con dos parámetros, son usualmente preferidas cuando se dispone de pocos datos, ya que reducen la varianza de la muestra, (Ashkar et al, 1993). GUMBEL. Las funciones funciones Gumbel se desarrollar desarrollaron on para el análisis de los los valores extremo extremoss de dichos resultados como los caudales máximos o mínimos anuales. La función Pearson ocupa un lugar intermedio. Según Aparicio, 1997, si se tienen N muestras, cada una de las cuales contienen n eventos y si se selecciona el máximo de x de los n eventos de cada muestra, es posible demostrar que, a medida que n aumenta, la función de distribución de probabilidad de x tiende a:

Dónde: χ: Representa el valor a asumir por la variable aleatoria e: Constante de Neper. Los parámetros de la distribución de una muestra de tamaño infinito, tienden a los siguientes valores, en base a la media aritmética y la desviación estándar de la muestra:

Las funciones anteriores, aun cuando son las más comúnmente usadas en la hidrología aplicada, no son todas, pues el enfoque de este trabajo no es exhaustivo. No obstante, se presentan las bases necesarias necesarias para estudiar estudiar cualquier función función de distribución distribución de probabilidad, probabilidad, aunque estas estas solo sirvan como un referente de lo extenso del trabajo de la hidrología, pero no serán retomados estos métodos en el análisis de nuestra cuenca. Métodos hidrológicos o Hidrometeorológicos. Los métodos Hidrometeorológicos son son aquellos que permiten predeterminar avenidas, analizando datos de lluvia y algunas caracterís características ticas físicas físicas de la cuenca; su aplicación aplicación sólo se puede hacer cuando sé ha adquirido previamente, ya sea experimentalmente o por análisis de casos análogos. Un buen conocimiento de la distribución de los grandes aguaceros precipitados en la cuenca para poder determinar la intensidad que produce la avenida máxima, así como la probabilidad de ocurrencia, tanto del aguacero como de la avenida que produce. Se basan en la ecuación de continuidad 31


Dónde: Ve= Volumen de entrada Vs= Volume Volumen n de salida salida Δt= Intervalo de tiempo

Dividiendo entre Δt:

Dónde: Qe= Caudal de entrada Qs= Caudal de salida

O lo que es lo mismo:

Dónde: I= Caudal Caudal de entrada entrada medio medio (durante (durante Δt) O= Caudal de salida medio (durante Δt) ΔS= (S2- S1)= Incremento Incremento en almacenamient almacenamiento o en el tiempo Δt. Para calcular calcular con exactit exactitud ud los caudales caudales medios medios de cada Δt se debe dispone disponerr de un hidrogram hidrogramaa continuo. continuo. La mayor parte parte de veces solamente solamente conocemos conocemos un dato de caudal por cada Δt Para calcular los caudales de dos Δt consecutivos se usa la expresi ón:

Métodos hidráulicos Además de de la ecuación ecuación de la continuidad continuidad utilizan utilizan las ecuaciones ecuaciones del del movimiento movimiento del del fluido, de modo que para causes o canales en régimen no permanente se utilizan ecuaciones diferenciales. Todos los los modelos modelos utilizados utilizados en hidrología hidrología superficial superficial incluyen incluyen el cálculo cálculo de tránsito tránsito de hidrogramas, no obstante siempre conviene saber realizar a mano, aunque sea para casos sencillos.

METODO DE MUSKINGUM.

1


Entre los los métodos métodos hidrológico hidrológicos, s, el más utilizado utilizado es el método método de Muskingum Muskingum,, que dice que el alma almacen cenam amie iento nto S en en un un tra tramo mo del cauce cauce puede puede desco descomp mpon oner erse se en dos parte partes, s, el almacenamiento almacenamiento en en prisma que sería proporcional proporcional al caudal caudal de salida (O) y al almacenamiento almacenamiento en cuña entre el caudal de entrada entrada y el de salida (I-O), ya que cuando mayor sea esa diferencia diferencia más pronunciada será la cuña:

= . ñ = . .( − )

Sumando las dos expresiones se tiene:

= [

+( − ) ]

En donde: S = almacenamiento en el tramo considerado I = caudal de entrada en ese tramo O= caudal de salida de ese tramo K,X = co c onstantes pa para es ese tr tramo de de cause Aplicamos la ecuación anterior a dos incrementos de tiempos consecutivos y tenemos:

= [ = [

+( − ) ] +( − ) ]

Y sustituimos las dos ecuaciones anteriores en la ecuación (1) y tenemos que:

=

+

+

En donde donde:: I1,I2= caudales de entrada en dos instrumentos de tiempo sucesivo O1,O2 = caudales de salida en los mismos instrumentos de tiempo

= (− = ( = ( −

+ 0. 5 ∆ ) + 0.5 0.5 ∆ )

( −

( −

− 0.5 ∆ )

( −

+ 0. 5 ∆ ) + 0.5 ∆ ) + 0.5 ∆ )

K, X son constantes constantes de cada cada tramo de cause. cause. K, puede asimilarse al tiempo de recorrido de la onda de un extremo a otro del tramo estudiado, debemos utilizar las misma unidades que para ∆ t, ya sea horas o días, el ∆ t elegido debe estar entre K y 2K, o entre K y K73, dentro de estos márgenes cuanto menor se a el ∆ t mayor es la precisión del método.

35


Por su parte X es una constante que en teoría puede estar entre 0 y 0.5 pero normalmente vale 0.2 o 0.3 en primera aproximación suele tomarse 0.2, junto con el valor de K de ella va a depender la mayor o menor amortiguación del hidrograma a lo largo del tramo del cauce. MÉTODO DE MUSKINGUM – CUNGE. Cunge combino métodos hidráulicos con las simplicidad del método de Muskingum, calcula las dos constantes constantes utilizadas utilizadas en el método de Muskingum Muskingum K y X, mediante parámetro parámetross hidráulicos hidráulicos del cauce.

=

∆

=

1−

∆

En donde: ∆x = longitud del tramo del cauce considerado. C = celeridad = velocidad media en m m= ap aproximadamente 5/ 5/3, pa para cauces naturales am amplios Q= caudal B = ancho ancho del cauce. cauce. La correcta aplicación de este método requiere elegir correctamente el ∆ t y el ∆x, para ello se dividirá el tramo de estudio en sub tramos, de modo que el caudal de salida de uno de ellos será el caudal de entrada del siguiente. 3.5 METODOS METODOS APLICA APLICABL BL PARA PARA EL CÁLCUL CÁLCULO O DEL CAUDAL CAUDAL (EN UNA SECCION SECCION DE LA LA CUENC CUENCA). A). MÉTODO DE LAS ISÓCRONAS. Para desarrollar éste método método hay que tomar tomar en cuenta dos variables importantes: Intensidad de la precipitación precipitación y la Velocidad de propagación propagación de la onda de crecidas, ésta ésta última suele suele suponerse suponerse constante e independiente de la intensidad, para la fijación de los valores de la velocidad de propagación de la onda, se utilizan datos directos o son estimados por fórmulas empíricas, métodos estadísticos o por comparación con otras cuencas cu encas con características similares. En cuanto a la duración de la lluvia, los valores máximos de crecidas corresponden a eventos lluviosos cuya duración sea del orden del tiempo de concentración. Se suele hacer además la hipótesis de que las lluvias más desfavorables pueden ocurrir en cualquier zona de una región y que las crecidas se propagan con velocidad constante a lo largo de los cauces. Para aplicar el método método de las Isócronas es necesario descomponer la superficie de la cuenca en un cierto número de sectores, limitado por líneas (isócronas) en las que una gota de agua tarda en llegar tiempos sucesivos de valor t, 2t, 3t; siendo t la unidad de tiempo considerada.

36


El intervalo de tiempo de separación entre Isócronas debe calcularse para que el número de zonas delimitadas sea cinco, como mínimo. Una vez fijado el intervalo, se definen o calculan las longitudes de los cauces principales y el mayor número de cauces secundarios, hasta obtener el número suficiente suficiente de puntos para encajar las curvas Isócronas, Isócronas, que se trazan con los siguientes siguientes criterios:  Las Isócronas cortan ortogonalmente a los cauces, presentando su concavidad hacia aguas abajo. 

Las Isócronas cortan a las divisorias, formando ángulo agudo hacia aguas arriba.



Si una Isócrona llega a una divisoria parcial o total, sigue por la divisoria hasta encontrar la misma Isócrona de la cuenca contigua.

ECUACIÓN RACIONAL

Q = CIA.

Es posible posible que sea sea el modelo modelo más antiguo antiguo de la relación relación lluvia escurrim escurrimiento, iento, su origen origen se remonta remonta entre 1851 y 1889, este modelo toma en cuenta además del área de la cuenca la altura o intensidad de precipitación y hoy en día todavía muy utilizado particularmente en el desagüe urbano. Supongamos Supongamos que una cuenca impermeable impermeable se hace caer uniformemente uniformemente una lluvia de intensidad constante durante un largo tiempo, al principio el caudal que sale de la cuenca será creciente con el tiempo, pero llegara un momento en que se alcance un punto de equilibrio es decir que el volumen que entra a la cuenca por unidad de tiempo por la lluvia sea el mismo que el caudal de salida de la cuenca. En una cuenca no impermeable solo una parte de la lluvia con intensidad I escurre directamente hasta la salida, si se acepta que durante la lluvia o al menos una vez que se ha establecido el caudal de equilibrio no cambia la capacidad de infiltración de la cuenca y se puede definir la ecuación racional como :

=

3.6

En donde: Q=Caudal máximo en la sección de cálculo. C= Coeficiente Coeficiente de escorrentía escorrentía medio ponderado ponderado de la cuenca. A= Área total de la cuenca vertiente en la sección de cálculo. 37


I= Intensidad media máxima para una duración igual al tiempo de concentración, de la sección de cálculo. La expresión sería correcta en la hipótesis ideal de escorrentía uniforme, pero en los casos reales infravalora el caudal y la constante debe ser del orden orden de 3, en lugar de 3.6. Su principal defecto es considerar constante el coeficiente de escorrentía C de cada cuenca, cuando, en realidad, debe crecer con el período de retorno. Tal hipótesis sólo es admisible a grandes rasgos en cuencas muy impermeables (Por muy pequeños), como son las áreas pavimentadas, para las cuales se concibió inicial-mente. Este método el más antiguo de todos los de su género, y padre padre de la mayoría de ellos. ellos. 5.5.1 TIEMPO DE CONCENTR CONCENTRACION ACION Es el tiempo que trascurre desde el inicio de la lluvia y el establecimiento del caudal en equilibrio, y equivale al tiempo tiempo que tarda tarda el agua en transitar transitar desde el punto punto más alejado hasta la salida salida de la cuenca. Naturalmente Naturalmente el tiempo tiempo de concentración concentración depende de la longitud longitud máxima que debe recorrer el agua hasta la salida de la cuenca y de la velocidad que adquiere en promedio dentro de la misma.La determinación del tiempo de concentración se realiza con ayuda de tablas o ecuaciones ecuaciones empíricas, empíricas, siendo siendo las más utilizadasy utilizadasy conocidas conocidas para dicho cálculo, cálculo, que no involucra involucran n la velocidad media del cauce principal las ecuaciones ecuaciones de Giandotti, Giandotti, Kirpich, Kirpich, Passinni Passinni y California California Highways Highways and publicways.

GIANDOTTI

=

. √ . √

FORMULA DE “California Highways and public ways”

= 0.95

.

Siempre que L/3.600 ≥ Tc ≥ (L/3.600 +1,5) Dónde: Dónde: Tc= tiempo de concentración (horas) Tc= tiempo de concentración (horas) A= área de la cuenca (km2) A= área de la cuenca (km2) L= longitud del cauce principal (km) L= longitud del cauce principal (km) H= elevación media de la cuenca o diferencia de H= elevación media de la cuenca o diferencia de nivel principal (m) nivel principal (m)

38


KIRPICH

=

0.87

PASSINI .

(

=

) .

Siendo 0,04≤ 0,04≤ a

≤0,13 Dónde: Tc= tiempo de concentración (horas) i= pendiente media del cauce principal (%) A= área de la cuenca (km2) L= longitud del cauce principal (km)

Dónde: Tc= tiempo de concentración (horas) L= longitud máxima a la salida (m) H= elevación media de la cuenca o diferencia de nivel principal (m)

a= alejamiento medio

= √

METODO CALIFORNIANO. Es el recomendado por la California División of Highways. Su fórmula de cálculo es la racional y sus peculiaridades estriban en las instrucciones para la obtención de los distintos factores de la misma. Se refiere únicamente a períodos de retorno del orden de cincuenta o cien años, y por ello es aceptable la constancia de C para cada cuenca. Dicho valor lo fija en función de la naturaleza y tipo de cultivo del suelo. Si se pretende que su validez sea general, y no limitada al estado de California, se le puede puede reprochar reprochar que que no a cusa la influencia influencia del clima. clima. El tiempo tiempo de concentra concentración ción lo calcula por la ley de Kirpich y, por ello, se la conoce con el nombre de fórmula californiana. Propone una ley intensidad-duración:

÷

=

.

÷

Dónde: I, I1 =son intensidades de lluvia. D= duración. P1= es la máxima precipitación horaria de ese período, en la cuenca considerada. METODO DE VEN TE CHOW. Transforma las leyes habituales “intensidad de precipitación-duración” en otras “intensidad de lluvia neta-duración, mediante las curvas ya mencionadas del Soil Conservation Service, y así elude el cálculo de C. Esta operación se realiza en una estación pluviométrica de la zona elegida como base y se repite para diversos valores de P 0, es decir, con curvas de la familia del Soil Conservation Service correspondientes a distintos suelos. El factor X, así deducido, equivale al C* I. de la fórmula racional. Al aplicarlo a cuencas distantes de la estación base variarán las máximas precipitaciones, y con ellas las escorrentías. Para tenerlo en cuenta se introduce un factor corrector Y específico de cada sub-zona del territorio. No acepta, “a priori” que la duración de lluvia neta condicionante del 39


caudal punta tenga que ser la del tiempo de concentración, y tantea en los cálculos distintos lapsos de tiempo. A igualdad igualdad de las demás circunstanci circunstancias, as, la punta de caudal debida a una intensidad intensidad de lluvia neta dada, crece con su duración hasta D = T C en que se estabiliza. El factor Z, deducido experimentalmente, tiene en cuenta esa influencia. Resulta así la fórmula:

=

3.6

3.5.2 METODO ODO RU RUSO. El método racional ruso recibe el nombre de Protodiakonov y su fórmula es:

=

(

− ) 3.6

Siendo: K =Coeficiente climático. f =intensidad de infiltración del agua. Si, de acuerdo con con su definición, definición, se sustituye sustituye f por I-CI=I (1-C). (1-C).

=

( − + ) 3.6

Cuya Única novedad novedad es la del coeficient coeficientee climático climático (K - l), que parecería parecería más lógico que figuras figurasee en la fórmula como factor y no como sumando fijo del coeficiente de escorrentía. e scorrentía. No se dispone de información sobre la forma de determinar K, ni f, o C. 3.6 3.6 CURV CURVAS AS INT INTEN ENSI SIDA DAD D – DURA DURACI CIÓN ÓN – FREC FRECUE UENC NCIA IA Proporcionan datos de precipitación para fines hidrológicos, tales como la conservación del suelo contra la erosión, análisis de máximas crecidas y en diseño de obras hidráulicas, como: Puentes, bóvedas, aliviaderos, desagües, desagües, etc.; que precisan información relativa a cantidad de lluvia de varias frecuencias y para duraciones específicas. La relación entre intensidad, duración, frecuencia en cualquier lugar puede determinarse a partir de los análisis de los registros de lluvia de esa estación. estación. El número de años en que, en promedio, promedio, se presenta presenta un evento, se llama período período de retorno, intervalo de recurrencia o simplemente frecuencia. Para asignar períodos de retorno a una serie de datos conviene usar la siguiente fórmula:

=

+

%

Dónde: m = Número de orden en una lista de menor a mayor de los datos n = Número de datos 40


T = Período de retorno. Para la determinación de las curvas I-D-F, los datos de intensidad se presentan por duración y año, se ordenan dichos datos en orden de magnitud decreciente, es decir, de menor a mayor, se calcula la frecuencia o probabilidad probabilidad de ocurrencia ocurrencia y posteriormente posteriormente se grafican grafican éstos valores valores en papel probabilístico Gumbel tipo 1. Finalmente los datos de intensidad de diseño se grafican en papel semilogarítmico contra la duración de las tormentas en minutos.

3.7 COEFICIENTE COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA. ESCORRENTÍA. Es un factor que puede emplearse para encontrar correlación entre dos cuencas hidrográficas, es la determinación del coeficiente de escorrentía que representa directamente la relación que existe entre las condiciones de lluvia y los caudales de la cuenca. Se calculan los caudales medios anuales, a partir de la información obtenida de los pluviómetros. Estos se trasladan a mm de altura, equivalentes sobre el área drenada hasta la sección de aforo. El coef coefic icie ient ntee de esco escorr rren entí tíaa se obti obtien enee de la expr expres esió ión n sig sigui uien ente te::

C = Q t/Pt

Dónde: Q t: Caudal total anual (mm) Pt: Precipitación total anual (mm)

4. DESARROLLO DEL ESTUDIO HIDROLOGICO HIDROLOGICO EN CUENCA DE RIO RIO TALQUEZALAPA, CONFLUENCIA CON LA QUEBRADA EL CHUPADERO, CHALATENANGO, EL SALVADOR. Para el desarrollo de un adecuado estudio hidrológico, referente al cálculo de caudales máximos, niveles máximos y nivel de aguas máximas máximas extraordinarias, se debe de seguir una serie de pasos o procesos que contribuirán al mejor desempeño en la determinación de los parámetros referentes al estudio hidrológico de la Cuenca Rio Talquezalapa, confluencia con Quebrada El Chupadero, Chalatenango, El Salvador. 41


1. En la práctica se compran compran los cuadrantes cuadrantes que contienen contienen la cuenca a ser estudiada, estudiada, a escala 1:50,000, 1:50,000, se marca la posición posición aproximada aproximada o con coordenadas coordenadas de la Obra de Paso (Punto (Punto de Interés) para determinar las posibles Estaciones Climatológicas, cuya información puede ser utilizada en el proyecto, el punto de interés determinado para nuestra cuenca es la confluencia con quebrada el Chupadero. 2. Luego se procede a ir al Instituto Geográfico Geográfico Nacional-Centro Nacional-Centro Nacional Nacional de Registros a solicitar solicitar los Cuadrantes y las Restituciones que sean necesarios para el Estudio Hidrológico. La Escala de los planos puede ser de 1: 25,000 ó 1: 50,000 (Recomendable), dependiendo del tamaño de la cuenca. 3. En el mapa cartográfico cartográfico con curvas de nivel que contenga contenga claramente claramente en trazos azules azules los ríos de El Salvador, se ubica la Obra de Paso (Punto de Interés) en forma exacta utilizando Coordenadas Geodésicas y se traza el parteaguas siguiendo las mayores elevaciones topográficas que circundan el área de recogimiento de la cuenca. 4. Se debe de ir al MARN (Observatorio Ambiental), con “Servicio al Cliente” a solicitar solicitar los datos de Intensidades Intensidades Máximas Máximas Absolutas de Precipitación Precipitación y de Cantidad de Precipitación Precipitación de todas las Estaciones marcadas en el paso anterior. Los datos del MARN tienen un costo, por lo que es mejor preguntar preguntar primero primero su precio para para evaluar comprar comprar solo solo los necesarios. necesarios. En nuestro caso caso por facilidad académica se nos proporcionó los datos de tres estaciones pluviométricas, que han sido colocadas estratégicamente para poder utilizar la metodología de triangulación de Thiessen, Thiessen, en el cálculo de la precipitación precipitación media de la cuenca. 5. Ubicar el punto de cruce entre entre el proyecto proyecto y el río, en donde se ubique o se ubicará la bóveda, bóveda, puente u obra hidráulica. Este punto se le llamará: Punto de control o de Interés. Para nuestro caso el punto de punto de interés es confluencia con Quebrada El Chupadero, y se estima una obra de paso, por lo cual el periodo de retorno para fines académicos a utilizar será de 35 años. 6. Trazar el Parteaguas Parteaguas de la cuenca, calcular calcular y sacar un resumen resumen de las Características Características físicas físicas y de comparación de la cuenca en estudio, no olvidando listar los Municipios, caseríos, cantones, vías de comunicación, etc, que puedan tener influencia y se interrelacionen con el área de recogimiento recogimiento de la cuenca. Estas característ características icas tanto físicas físicas como de comparación comparación para la cuenca de Rio Talquezalapa fueron calculadas con anterioridad en estudio hidrológico básico realizado en la cátedra. 7. Calcular el área de la cuenca cuenca en en Km2, con un Planímetro Planímetro o con el método método más convenient convenientee y exacto, pudiendo pudiendo ser AUTOCAD, AUTOCAD, si hay posibilidad posibilidades es de digitalizar digitalizar la cuenca. cuenca. Para nuestro nuestro caso los cálculos de áreas en la cuenca son mediante el software AutoCAD. 42


8. Ubicar todas las Estacion Estaciones es Climatológica Climatológicass circundantes circundantes a la cuenca; en el caso de que no hayan estaciones cercanas, no olvidar que la que se puede utilizar no puede estar alejada a más de 20 kilómetros kilómetros de la Cuenca. Como actividad actividad académica académica las estaciones proporcio proporcionadas nadas estará estará ubicadas en el cuadrante respetando la distancia máxima de lejanía que son 20 kilómetros de la Cuenca. 9. Medir la la Longitud Longitud del Cauce principal principal o Cauce más largo, largo, utilizando utilizando un Curvímetro. Curvímetro. 10. Preliminarmen Preliminarmente te se puede puede calcular la la elevación elevación media de la la cuenca. 11. Calcular Calcular el tiempo tiempo de concentra concentración ción de la cuenca por por medio de la fórmula fórmula de KIRPICH, KIRPICH, formula formula sugerida sugerida en la cátedra, cátedra, pero en la realidad realidad esto dependerá dependerá del del tipo de cuenca a analizar analizar y los los parámetros parámetros con los que se cuente para su análisis. análisis. 12. Determinar Determinar el método para para el cálculo del caudal, considerando considerando el siguiente siguiente criterio: criterio: Si tc> 5 min entonces utilizar utilizar la Fórmula Fórmula Racional. Racional. Si tc< 5 min entonces utilizar el método de las Isócronas u otro. Pero para efectos académicos se utilizó la formula Racional en el estudio hidrológico. 13. Ya que se ha establecido establecido La Formula Formula Racional, Racional, como como la que será utilizada utilizada en el estudio estudio se debe de clasificar en forma descendente los datos de Intensidades Máximas Absolutas de lluvia de las Estaciones Pluviográficas usadas, que estén en el rango de Duración igual que el Tiempo de Concentración. 14. Calcular la Frecuencia Frecuencia Empírica Empírica (fm) utilizando utilizando la fórmula fórmula de Weibull 15. Graficar los datos de Intensidad-Frecuencia en una hoja de Probabilidades Tipo GUMBELL III (Arimético), y trazar las rectas que más se aproximen a la distribución ó dispersión de puntos. 16. Calcular por algún algún método estadísti estadístico co ó buscar en tablas el Período de Retorno Retorno más adecuado adecuado para el evento de Diseño. Para efectos de Didácticos en la cátedra se determinó un periodo de retorno de 35 años. 17. Con el Período de Retorno Retorno del evento de Diseño, bajar una línea vertical hasta interceptar todas las rectas graficadas en papel Tipo GUMBELL III y proyectarlas hasta el eje de Intensidades. Anotar las lecturas en un cuadro aparte, los datos serán de Intensidad-Duración. 18. Graficar Graficar en Papel doble-logaritm doble-logaritmico ico o semilogari semilogaritmico, tmico, de preferencia preferencia de de 3 ciclos, las lecturas lecturas del cuadro anterior. Esta gráfica se llama: Intensidad-Duración-Período de Retorno (Frecuencia). 43


19. Ubicar el Tiempo de Concentración en el eje de las Duraciones e interceptar la gráfica de Intensidad-Duración-Período de Retorno con el Tiempo de Concentración de la cuenca (igualado a la Duración de la Lluvia de diseño), proyectarlo al eje de las Intensidades, leer el dato de Intensidad de Diseño. 20. En el mapa geológico (Tipo de suelo y rocas) rocas) se ubica la cuenca según las coordenadas del cuadrante para determinar el grado de permeabilidad del suelo; se debe definir si es: IMPERMEABLE, SEMI-PERMEABLE ó PERMEABLE. 21. En el mapa de Capacidad Capacidad Productiva Productiva del Suelo se define define el tipo de cultivo cultivo para determi determinar nar la Densidad de Cobertura Vegetal. Con esto se define el número de la línea en el nomograma de Ven Te Chow (son 5 tipos de Cobertura Cobertura vegetal). vegetal). 22. Determinar Determinar el intervalo intervalo de las curvas curvas de nivel para medir medir su longitud longitud en el cuadrante, cuadrante, si hay 7 curvas ó más a cada 100 mts., usar este intervalo de curva; pero si hay menos de 7 a cada 100 mts usar curvas curvas a cada 40 metros. metros. 23. Entrar en el Nomograma de Ven Te Te Chow para el cálculo del Coeficiente de Escorrentía con con la permeabilidad del suelo, el número de la línea según el tipo de cobertura vegetal y la Pendiente de la cuenca, luego se proyecta hacia arriba para determinar el Coeficiente de Escorrentía (C). 24. Calcular el Caudal Máximo que pasará por el punto de interés debido a la lluvia de diseño, por medio de la fórmula Racional. 25. Sumar los caudales caudales obtenidos obtenidos de cada uno de los sectores sectores que resultaron resultaron de separar la geología, geología, la vegetación, la pendiente y la intensidad que se encontró por Thiessen.

5. MAPAS DE SUELOS, VEGETACIÓN Y GEOLÓGICO. GEOLÓGICO. 5.1 TIPOS DE DE SUELOS PRESENTES PRESENTES EN EN EL AREA DE DE ESTUDIO. ESTUDIO. 5.1.1 CLASES PEDOLO PEDOLOGICAS GICAS EXISTENTES EXISTENTES EN LA LA ZONA DE ESTUDIO. ESTUDIO. LATOSOLES ARCILLOSOS ACIDOS. (SEMIPERMEABLES) Son suelos similares similares a los Latosoles Latosoles arcillo arcillo rojizos, rojizos, pero más profundos, profundos, antiguos antiguos y de mayor acidez; por lo tanto tanto más empobrecidos empobrecidos en nutrient nutrientes. es. Se localizan localizan en la zona zona norte norte y en tierras altas y 44


montañosas. Su capacidad de producción es de moderada a baja, requieren de altas fertilizaciones. Su principal uso es para reforestación. LATOSOLES LATOSOLES ARCILLO ARCILLO ROJIZOS. ROJIZOS. (SEMIPERMEABL (SEMIPERMEABLES) ES) Suelos arcillos arcillosos os de color color rojizo en lomas lomas y montañas. montañas. Son bien desarrollados desarrollados con con estructura estructura en forma de bloques bloques con con un color generalmente generalmente rojo aunque aunque algunas algunas veces se encuentran encuentran amarillentos amarillentos o cafesoso. cafesoso. Esta coloración coloración se debe principalment principalmentee a la presencia de minerales de hierro de distintos distintos tipos tipos y grados de oxidación. La textura textura superficial superficial es franco arcillosa arcillosa y el subsuelo arcilloso. La profundidad promedio es de un metro aunque en algunos sitios se observa afloración afloración de roca roca debido a los procesos procesos de erosión. erosión. La fertilidad fertilidad puede ser alta alta en terrenos terrenos protegidos pudiendo se utilizar maquinaria agrícola cuando la pendiente es moderada. Son suelos aptos para casi todos los cultivos. LITOSOLES. (PERMEABLES) Suelos de muy poca profundidad profundidad sobre sobre roca pura, son suelos suelos muy complejos. complejos. La mayoría mayoría son suelos cuyos horizontes superficiales han sido truncados a causa de una severa erosión laminar o sea que la erosión erosión ocurre ocurre en láminas y no no en forma de cárcavas cárcavas,, son Suelos arcillos arcillosos os como los los latosol latosoles es pero pero muy muy superf superfici iciale ales. s. Las Las textura texturass varían varían de grue gruesa, sa, arenas arenas y gravas gravas hast hastaa muy pedregosos pedregosos sobre la roca roca dura. El uso potencial potencial es muy pobre de bajo rendimiento. rendimiento. Sin embargo embargo en algunos lugares muy pedregosos por la gran cantidad de piedras reduce la erosión, por lo cual pudieran generar generar buenos buenos rendimientos rendimientos por mata mata si el cultivo cultivo se hace hace con chuzo.

5.1.2 USO DE LOS LOS SUELOS SUELOS PASTO Y GRANOS BASICOS.

BOSQUES NATURALES.

5.2 VEGETACION PERTENECIENTE PERTENECIENTE AL AREA DE ESTUDIO.

Selva lluviosa, jungla o bosque lluvioso tropical a los bosques densos con gran diversidad biológica, vegetación de hoja ancha (tipo frondosa) y, por lo general, con dosel cerrado, sotobosque biodiverso y varios “pisos”, “estratos” o “niveles” de vegetación: desde árboles que pueden superar los 30 metros en los pisos altos hasta los musgos y helechos al ras del suelo, al cual difícilmente llega la luz solar (por este motivo también abundan los hongos).

45


Selva perennifoli perennifolia, a, siempre verde, pluvial, pluvial, ombrófila, ombrófila, perhúmeda perhúmeda o muy húmeda. El término término perennifolio alude a la vegetación de hoja ancha perenne, (permanente o siempreviva), propio de los climas que son lluviosos durante todo el año, diferente de los bosques perennifolios templados que suelen ser de coníferas. Puede haber una breve estación seca, pero en ella no más del 25 % de árboles pierde pierde su follaje. follaje. En general general se considera considera que una selva es perhúme perhúmeda da cuando sus precipitaciones están por sobre los 4000 mm anuales en una selva tropical, o sobre 2000 mm en una selva subtrop subtropical ical o montaña.

Chaparral Chaparral es el nombre que reciben reciben varias comunidad comunidades es ecológicas ecológicas de especies leñosas leñosas de pequeño porte, arbustos, caracterizadas por especies pertenecientes a las quercíneas, los brezales, juniperus, ramnáceas, proteáceas, bulbosas, arecáceas y otras.

Tipos de vegetaciones existentes en la cuenca Rio Talquezalapa, confluencia en quebrada el chupadero. chupadero.

5.3 GEOLOGIA GEOLOGIA PERTENECIENT PERTENECIENTEAL EAL AREA DE DE ESTUDIO. ESTUDIO. Hay tres clases de fenómenos naturales que determinan la geología del área de estudio: procesos tectónicos, fenómenos volcánicos o ígneos, y procesos erosivos. Los dos primeros se han sucedido en forma alternada o simultánea y el tercero ha tenido lugar a lo largo de períodos de calma que han sobrevenido a los procesos tectónicos y volcánicos. volcáni cos.

46


A finales del Mioceno se produce un fallamiento regional en Centro América con dirección general general E-O, que origina la depresión de Nicaragua y que atraviesa a El Salvador en la misma dirección.En la depresión antes mencionada se localiza en la mayor parte del área en estudio, Río Lempa hasta el Valle de Zapotitán Zapotitán (situado (situado al Sur de Santa Santa Ana y al pie de la Caldera de Coatepeque Coatepeque). ). Por movimientos tectónicos durante el Plioceno Superior se forma la fosa interior a lo largo del sistema O NO-ES E, con desplazamientos verticales de las principales fallas que van desde los 600 a 1000 m, siendo la de mayor desplazamiento la que separa la montaña frontera (norte del Río Lempa) del valle interior.

5.3.1 FORMACIONES QUE INTEGRAN LA ZONA ZONA DE ESTUDIO.

TIPO DE FORMACION La Formación San Salvador , de edad desde el Pleistoceno hasta el Cuaternario Reciente, está constituida por un manto de tobas poco compactas y piroclásticos sueltos que descansan sobre lavas andesíticas y basálticas muy fracturadas, con intercalaciones de escorias y lapilli.

MIEMBRO PERTENECIENTE A LA ZONA DE ESTUDIO.

Miembro Q’f

Se define como depósitos sedimentarios del cuaternario, constituidos principalmente por intercalaciones de rocas piroclásticas, depósitos de estuario, barras costeras, conos de deyección, depósitos coluviales, arenas, gravas, etc.

Miembro c1 La Formación Cuscatlán, Cuscatlán, de edad Pleistoceno Inferior, está constituida por tobas líticas compactas y lavas descompuestas, descansa discorde sobre estratos de la Formación El Bálsamo.

Se define como piroclastitas ácidas y epiclastitas volcánicas, formadas por unidades sedimentarias como volcánicas. Los materiales que se encuentran comprenden depósitos de diatomitas en la parte inferior y estratos lacustres arenosos de 2 a 5 m en la parte superior. La Formación Chalatenango, Chalatenango , del Miembro ch1 periodo Oligoceno-Mioceno, del

47


Terciario es una de las formaciones más antiguas que se encuentran, está constituida por efusivas ácidas y piroclastitas ácidas, ignimbritas y epiclastitas volcánicas localmente efusivas.

Se define como rocas piroclastitas ácidas, ignimbritas, epiclastitas volcánicas, localmente efusivas acidas intercaladas. Se encuentran tobas piroclásticas multicolores, duras, con cuarzo y biotita, siendo estas anteriores a las tobas blancas. Miembro ch2

Se define como efusivas ácidas, piroclastitas ácidas subordinadas, siendo esta la más joven de la formación. El material que se encuentra es equivalente a las Rocas Volcánicas siendo estas una secuencia de tobas andesíticas con cristales de feldespato idiomórfico. La Formación Morazán, Morazán, del período Paleoceno-Eleoceno del Terciario es sin duda alguna la formación más antigua que se encuentra en el área de estudio, se encuentra constituida por piroclastitas intermedias hasta piroclastitas ácidas, efusivas ácidas e ignimbritas, localmente piroclásticas; En esta formación se han agrupado los materiales correspondientes al período Paleoceno, Eocenoy Olioceno, siendo estos de origen volcánicos, los cuales tuvieron un enfriamiento extremadamente rápido, los materiales que la componen son lavas básicas e intermedias a ácidas cubiertas por piroclásticos consolidados, siendo ésta la formación más antigua que se encuentra en el país.

Miembro m2’a

Se define como rocas efusivas intermedias hasta intermedias-ácidas, piroclastitas subordinadas. Los materiales que se encuentran en este sector son andesitas de augita profundamente meteorizadas, aglomerados, tobas brechosas, plegadas y ligeramente inclinadas por callamiento normal.

Miembro m2’b.

Está compuesto por piroclastitas intermedias hasta hasta intermedias ácidas, epiclastitas volcánicas, efusivas subordinadas.

48


Tipos de vegetaciones existentes en la cuenca Rio Talquezalapa, confluencia en quebrada el chupadero.

6. TIEMPO DE CONCENTRACIÓN CONCENTRACIÓN (FÓRMULAS). S A C I S Í F S A C I T S I R E T C A R A C

CARACTERÍSTICAS

V A LO R

Área Perímetro Longitud del cauce más largo Pendiente media de la cuenca Pendiente media del cauce más largo. Método de igualar áreas Elevación Elevación media de la cuenca. cuenca. Método ponderado.

= 61.067 = 38.39 = 15.669 = 38.1 38.1 % = 13.57% 13.57% = 654.93

49

GIANDOTTI

KIRPICH

4√ +1.5 = 0.8√ 0.8√ 4√ 61.067 61.067 + 1.5(15.669) = 0.8√ 0.8√ 654.93 654.93 54.761651 = 20.473280 = 2.6748 ℎ = 160.49 Dónde: Tc= tiempo de concentración (horas) A= área de la cuenca (km2) L= longitud del cauce principal (km) H= elevación media de la cuenca o diferencia de nivel principal (m)

FORMULA DE “California Highways and public ways”

= 0.95

.

15.669 654.93 = 0.95( 0.95(5.873933) 5.873933) = 0.95(1.977141) = 1.8783 ℎ = 112.70

=

0.87(15.669) = 654.93 3346.902757 = 654.93 = (5.110321) . = 1.8739 ℎ = .

= 0.95

.

Dónde: Tc= tiempo de concentración (horas) A= área de la cuenca (km2) L= longitud del cauce principal (km) H= elevación media de la cuenca o diferencia de nivel principal (m)

.

.

Tiempo de concentración a utilizar en el desarrollo del Reporte. Dónde: Tc= tiempo de concentración (horas) L= longitud máxima a la salida (m) H= elevación elevación media de la cuenca cuenca o diferencia diferencia de nivel principal (m) PASSINI

= √ ⇒ √ =

.

.

0.87

(

. .

⇒2.0051

) .

((61.067)(15.669)) (61.067)(15.669)) (654.93) . = 0.7721 ℎ = 46.32 = 2.0051

Dónde: Tc= tiempo de concentración (horas) i= pendiente media del cauce principal (%) A= área de la cuenca (km2) L= longitud del cauce principal (km) a= alejamiento medio

= √

50


7. TORMENTA DE DISEÑO (CURVAS IDF-CÁLCULO DE LA INTENSIDAD MÁXIMA). MÁXIMA). INTENSIDAD DE PRECIPITACION MAXIMA ANUAL (ABSOLUTA) En mm/minuto para diferentes períodos. ESTACION: IZALCO LATI LATITU TUD: D: 13° 13° 45. 45.7' LONG LONGIT ITUD UD:: 89° 89° 42.3 42.3'' ELEVACION: ELEVACION: 390 m.s.n.m. m.s.n.m. AÑO

5

10

15

20

30

45

60

INDICE: T- 3

90

120 150

18 180

240

36 360

1965

1,60 1,5 1,54 1,3 1,37 1,20

1,02

0,82

0,68 0,14 0,1 0,12 0,1 0,11 0,10

0,08 0,08

1966

2,14 2,0 2,05 2,0 2,03 2,02

1,53

1,14

0,86 0,56 0,3 0,34 0,2 0,29 0,25

0,19 0,14

1967

2,25 1,8 1,87 1,7 1,75 1,56

1,38

1,08

0,90 0,65 0,5 0,58 0,4 0,49 0,42

0,33 0,17

1968

3,24 2,4 2,43 2,0 2,02 2,02

1,45

1,68

0,88 0,60 0,4 0,45 0,4 0,40 0,37

0,28 0,09

1969

3,08 2,3 2,33 2,0 2,01 1,71

1,40

1,38

1,12 0,79 0,5 0,53 0,4 0,40 0,26

0,23 0,20

1970

3,06 2,2 2,24 1,9 1,90 1,62

1,33

1,09

0,86 0,81 0,4 0,48 0,4 0,40 0,35

0,27 0,22

1971

3,92 2,9 2,98 2,6 2,65 2,34

1,82

1,26

0,71 0,50 0,4 0,40 0,3 0,32 0,23

0,23 0,13

1972

3,26 2,4 2,46 2,1 2,11 1,90

1,54

1,21

1,00 0,74 0,3 0,39 0,3 0,32 0,18

0,15 0,13

1973

2,52 2,2 2,25 2,1 2,16 2,07

1,84

1,47

1,26 0,99 0,7 0,79 0,6 0,66 0,56

0,31 0,23

1974

2,86 2,2 2,29 2,1 2,10 1,68

1,37

1,06

0,91 0,66 0,5 0,59 0,4 0,49 0,41

0,32 0,25

1975

2,86 2,0 2,00 1,7 1,73 1,60

1,24

1,12

0,96 0,74 0,4 0,41 0,3 0,33 0,28

0,21 0,17

1976

2,04 1,5 1,55 1,2 1,29 1,14

0,90

0,69

0,58 0,40 0,3 0,33 0,2 0,27 0,24

0,18 0,12

1977

3,16 2,5 2,55 1,9 1,97 1,92

1,65

1,31

1,02 0,69 0,5 0,52 0,4 0,42 0,36

0,28 0,17

1978

2,82 1,9 1,94 1,5 1,56 1,31

1,08

0,85

0,55 0,63 0,4 0,48 0,3 0,39 0,32

0,24 0,16

1979

3,80 2,6 2,65 1,9 1,97 1,87

1,40

1,09

0,86 0,63 0,4 0,49 0,4 0,40 0,35

0,27 0,18

1980

3,38 2,1 2,13 1,7 1,70 1,45

1,20

0,95

0,95 0,69 0,5 0,52 0,4 0,42 0,35

0,23 0,15

1981

3,80 2,6 2,66 1,9 1,95 1,64

1,34

1,09

1,05 0,96 0,7 0,73 0,5 0,59 0,50

0,39 0,21

1982

2,54 1,9 1,92 1,5 1,58 1,41

1,10

0,87

0,67 0,47 0,3 0,38 0,3 0,32 0,27

0,20 0,14

PROM. ROM. 2, 2,91 2,2 2,21 1,8 1,88 1,69

1,37

1,12

0,88 0,65 0,47 0,3 0,39 0,32

0,24 0,16

0,64 0,3 0,38 0,3 0,32 0,32

0,26

0,24

0,19 0,20 0,1 0,15 0,1 0,12 0,11

0,07 0,05

MAX. MAX. 3,92 2,9 2,98 2,6 2,65 2,34

1,84

1,68

1,26 0,99 0,7 0,79 0,6 0,66 0,56

0,39 0,25

MIN. MIN.

0,90

0,69

0,55 0,14 0,1 0,12 0,1 0,11 0,10

0,08 0,08

DS.

1,60 1,5 1,54 1,2 1,29 1,14

51


ORDE ORDEN N 90 FREC FRECUE UENC NCIA IA 120 120 FREC FRECUE UENC NCIA IA 1

0.14

5.26

0.12

5.26

2

0.40

10.53

0.33

10.53

3

0.47

15.79

0.34

15.79

4

0.50

21.05

0.38

21.05

5

0.56

26.32

0.39

26.32

6

0.60

31.58

0.40

31.58

7

0.63

36.84

0.41

36.84

8

0.63

42.11

0.45

42.11

9

0.65

47.37

0.48

47.37

10

0.66

52.63

0.48

52.63

11

0.69

57.89

0.49

57.89

12

0.69

63.16

0.52

63.16

13

0.74

68.42

0.52

68.42

14

0.74

73.68

0.53

73.68

15

0.79

78.95

0.58

78.95

16

0.81

84.21

0.59

84.21

17

0.96

89.47

0.73

89.47

52


INTENSIDAD DE PRECIPITACION MAXIMA ANUAL (ABSOLUTA) En mm/minuto para diferentes períodos. ESTA ESTACI CION ON:: NUEV NUEVA A CONC CONCEP EPCI CION ON LATI LATITU TUD: D: 14° 14° 07. 07.5' LONG LONGIT ITUD UD:: 89° 89° 17.4 17.4'' ELEVACION: ELEVACION: 320 m.s.n.m. m.s.n.m. AÑO

5

10

15

20

30

45

60

90

INDI INDICE CE:: G- 3

120

15 150

180

24 240 360

1967

2,04 2, 2,06 1, 1,74 2,02

1,73

1,40

1,09

0,82

0,38 0,32

0,29 0,22 0, 0,16

1968

2,08 1, 1,90 1, 1,82 1,61

1,12

0,77

0,45

0,45

0,44 0,39

0,35 0,28 0, 0,25

1969

2,46 2, 2,08 1, 1,86 1,61

1,49

1,15

0,92

0,64

0,50 0,42

0,25 0,18 0, 0,16

1970

2,34 2, 2,06 1, 1,91 1,78

1,74

1,46

1,25

0,85

0,70 0,58

0,49 0,39 0, 0,32

1971

2,02 1, 1,90 1, 1,89 1,86

1,65

1,31

1,06

0,77

0,38 0,38

0,27 0,21 0, 0,15

1972

2,20 1, 1,94 1, 1,69 1,46

1,12

0,79

0,75

0,55

0,43 0,29

0,25 0,20 0, 0,14

1973

2,16 2, 2,05 1, 1,73 1,56

1,25

0,98

0,86

0,68

0,56 0,48

0,42 0,34 0, 0,31

1974

2,04 1, 1,92 1, 1,81 1,70

1,24

0,98

0,81

0,58

0,45 0,36

0,30 0,24 0, 0,16

1975

2,02 2, 2,02 1, 1,89 1,62

1,42

1,12

0,92

0,63

0,48 0,40

0,34 0,28 0, 0,18

1976

2,04 1, 1,92 1, 1,55 1,31

1,08

0,87

0,74

0,54

0,43 0,37

0,33 0,27 0, 0,14

1977

2,04 1, 1,82 1, 1,58 1,33

1,23

1,00

0,96

0,75

0,57 0,46

0,38 0,29 0, 0,23

1978

2,20 2, 2,01 1, 1,67 1,48

1,29

1,08

0,88

0,62

0,48 0,40

0,34 0,26 0, 0,21

1979

2,90 2, 2,47 2, 2,32 2,04

1,54

1,11

0,88

0,59

0,45 0,36

0,30 0,14 0, 0,12

1980

2,07 1, 1,94 1, 1,67 1,30

0,98

0,67

0,58

0,49

0,38 0,31

0,26 0,19 0, 0,01

1981

4,74 3, 3,82 2, 2,81 2,44

1,90

1,74

1,39

1,15

0,90 0,76

0,64 0,48 0, 0,21

1982

3,68 2, 2,49 1, 1,99 1,85

1,58

1,24

0,98

0,66

0,43 0,35

0,32 0,28 0, 0,22

1983

4,00 3, 3,95 2, 2,77 2,22

1,57

1,08

0,81

0,49

0,39 0,32

0,27 0,21 0, 0,20

1984

3,42 2, 2,60 2, 2,21 1,90

1,40

0,97

0,77

0,52

0,40 0,32

0,27 0,23 0, 0,17

PROM. 2,5 2,58 2,2 2,28 1,9 1,94 1,73

1,41

1,10

0,89

0,65

0,49 0,40

0,34 0,26 0,1 0,19

0,82 0, 0,63 0, 0,37 0,32

0,26

0,27

0,22

0,17

0,13 0,11

0,10 0,08 0, 0,07

MAX. 4,74 3,9 3,95 2,8 2,81 2,44

1,90

1,74

1,39

1,15

0,90 0,76

0,64 0,48 0,3 0,32

MIN.

0,98

0,67

0,45

0,45

0,38 0,29

0,25 0,14 0, 0,01

DS.

2,02 1, 1,82 1, 1,55 1,30

53


ORDE ORDEN N 90 FREC FRECUE UENC NCIA IA 120 120 FREC FRECUE UENC NCIA IA 1

0.45

5.26

0.38

5.26

2

0.49

10.53

0.38

10.53

3

0.49

15.79

0.38

15.79

4

0.52

21.05

0.39

21.05

5

0.54

26.32

0.40

26.32

6

0.55

31.58

0.43

31.58

7

0.58

36.84

0.43

36.84

8

0.59

42.11

0.43

42.11

9

0.62

47.37

0.44

47.37

10

0.63

52.63

0.45

52.63

11

0.64

57.89

0.45

57.89

12

0.66

63.16

0.48

63.16

13

0.68

68.42

0.48

68.42

14

0.75

73.68

0.50

73.68

15

0.77

78.95

0.56

78.95

16

0.82

84.21

0.57

84.21

17

0.85

89.47

0.70

89.47

18

1.15

94.74

0.90

94.74

54

“CÁLCULO DE NIVEL MÁXIMO Y DEL NIVEL DE AGUAS MÁXIMAS EXTRAORDINARIAS (N.A.M.E) EN CUENCA DEL RIO TALQUEZALAPA EN EL PUNTO DE INTERES CONFLUENCIA CON LA QUEBRADA EL CHUPADERO” INTENSIDAD DE PRECIPITACION MAXIMA ANUAL (ABSOLUTA) En mm/minuto para diferentes períodos. ESTACION: SANTIAGO DE MARIA RIA LATI LATITU TUD: D: 13° 13° 29.1 29.1'' LONG LONGIT ITUD UD:: 88° 88° 28.3 28.3'' ELEVACION: ELEVACION: 920 m.s.n.m. m.s.n.m. AÑO

5

10

15

20

30

45

60

90

INDICE: U- 6

120 150

18 180

240

36 360

1957

2,02 1,6 1,65 1,6 1,65 1,56

1,24

0,86

0,66

0,48

0,37 0, 0,31 0,27

0,21 0,14

1958

2,54 2,2 2,23 2,0 2,05 2,01

1,78

1,30

1,10

0,80

0,69 0, 0,53 0,48

0,38 0,24

1959

2,46 2,3 2,35 2,0 2,05 1,69

1,29

1,00

0,92

0,64

0,48 0, 0,39 0,33

0,26 0,18

1960

2,58 2, 2,06 2, 2,00 1,70

1,30

1,00

0,91

0,73

0,56 0, 0,46 0,34

0,30

1961

3,28 2,2 2,27 1,8 1,87 1,75

1,25

0,89

0,67

0,44

0,31 0, 0,22 0,22

0,17 0,18

1962

2,56 2, 2,00 1, 1,62 1,30

0,93

0,81

0,63

0,44

0,39 0, 0,32 0,21

0,18

1963

2,00 1, 1,60 1, 1,41 1,33

1,06

0,73

0,56

0,40

0,31 0, 0,25 0,21

0,14

1964

2,52 1, 1,96 1, 1,66 1,49

1,43

1,08

0,67

0,38

0,30 0, 0,24 0,20

0,10

1965

2,76 2, 2,36 1, 1,99 1,72

1,26

1,14

1,07

0,90

0,79 0, 0,71 0,62

0,52

1966

2,10 2,0 2,05 1,9 1,94 1,88

1,75

1,41

0,77

0,56

0,44 0, 0,37 0,31

0,23 0,08

1967

2,06 1, 1,77 1, 1,56 1,34

0,96

0,68

0,51

0,41

0,34 0, 0,29 0,26

0,20

1968

4,40 3,3 3,32 2,6 2,61 2,11

1,57

1,36

1,12

0,84

0,64 0, 0,51 0,27

0,21 0,03

1969

2,50 1,9 1,96 1,7 1,77 1,60

1,37

1,45

1,20

0,70

0,58 0, 0,47 0,41

0,18 0,09

1970

4,00 2,7 2,79 2,2 2,20 1,88

1,51

1,05

0,97

0,68

0,55 0, 0,29 0,24

0,19 0,14

1971

3,88 2, 2,54 1, 1,95 1,56

1,29

1,06

0,91

0,74

0,58 0, 0,47 0,40

0,31

1972

2,76 2, 2,36 1, 1,81 1,62

1,39

1,07

0,84

0,57

0,43 0, 0,30 0,25

0,20

1973

1,96 1, 1,96 1, 1,96 1,74

1,41

1,05

0,84

0,59

0,54 0, 0,34 0,31

0,17

1974

1,78 1,6 1,64 1,3 1,35 1,19

0,93

0,71

0,62

0,45

0,38 0, 0,34 0,31

0,30 0,24

1975

2,68 2,0 2,02 1,7 1,75 1,54

1,39

1,07

0,84

0,59

0,45 0, 0,37 0,34

0,28 0,23

1976

3,84 3,5 3,52 2,8 2,88 2,41

1,86

1,43

1,15

0,78

0,59 0, 0,47 0,39

0,29 0,25

1977

2,44 1,6 1,67 1,5 1,53 1,56

1,18

1,07

0,98

0,68

0,52 0, 0,45 0,39

0,30 0,25

1978

3,88 2,7 2,73 2,2 2,22 1,79

1,42

1,27

1,00

0,68

0,52 0, 0,42 0,35

0,26 0,18

1979

3,94 2,7 2,74 2,1 2,15 1,90

1,58

1,51

1,09

0,89

0,75 0, 0,75 0,76

0,59 0,41

1980

3,54 2,3 2,37 1,8 1,89 1,50

1,21

0,97

0,78

0,54

0,41 0, 0,33 0,28

0,20 0,10

1981

5,62 2,5 2,59 1,9 1,93 1,84

1,50

1,10

1,03

0,93

0,75 0, 0,62 0,53

0,40 0,28

1982

3,08 2,3 2,31 2,0 2,04 1,86

1,50

1,19

0,95

0,66

0,50 0, 0,47 0,38

0,29 0,22

1983

2,94 2,2 2,22 1,8 1,81 1,61

1,35

1,02

0,78

0,54

0,41 0, 0,33 0,27

0,21 0,05

PROM 2, 2,97 2,2 2,26 1,9 1,91 1,68

1,36

1,08

0,87

0,63

0,50 0, 0,41 0,35

0,26 0,18

DS

0,91 0, 0,48 0, 0,33 0,26

0,24

0,23

0,19

0,16

0,14 0, 0,13 0,13

0,11 0,09

MAX

5,62 3, 3,52 2, 2,88 2,41

1,86

1,51

1,20

0,93

0,79 0, 0,75 0,76

0,59 0,41

MIN

1,78 1, 1,60 1, 1,35 1,19

0,93

0,68

0,51

0,38

0,30 0, 0,22 0,20

0,10 0,03

55


ORDEN

90

FRECU ECUENCIA

120

FRECU ECUENCIA

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

0.05 0.40 0.41 0.44 0.44 0.45 0.48 0.54 0.54 0.56 0.57 0.59 0.59 0.64 0.66 0.68 0.68 0.68 0.70 0.73 0.74 0.78 0.80 0.84 0.89 0.90 0.93

3.57 7.14 10.71 14.29 17.86 21.43 25.00 28.57 32.14 35.71 39.29 42.86 46.43 50.00 53.57 57.14 60.71 64.29 67.86 71.43 75.00 78.57 82.14 85.71 89.29 92.86 96.43

0.30 0.31 0.31 0.34 0.37 0.38 0.39 0.41 0.41 0.43 0.44 0.45 0.48 0.50 0.52 0.52 0.54 0.55 0.56 0.58 0.58 0.59 0.64 0.69 0.75 0.75 0.79

3.57 7.14 10.71 14.29 17.86 21.43 25.00 28.57 32.14 35.71 39.29 42.86 46.43 50.00 53.57 57.14 60.71 64.29 67.86 71.43 75.00 78.57 82.14 85.71 89.29 92.86 96.43

56


Se graficó los los datos de intensidad-fre intensidad-frecuencia cuencia en una hoja de probabilidades probabilidades tipo tipo Gumbel III (Aritmético), y se trazaron las rectas que más se aproximaban a la tendencia de los puntos (una por cada tiempo de concentración, en nuestro caso para un tiempo de 90 minutos y el otro de 120 minutos). Se tomó como periodo de retorno un tiempo igual a 35 años (dato proporcionado por suponiendo, el análisis para una obra de paso), con este dato se bajó una línea recta vertical hasta interceptar la recta graficada en el paso anterior (esto para cada recta perteneciente a uno de los tiempos de concentración) y se proyectó hasta el eje de las intensidades, con esto se obtuvo el valor de la intensidades en tiempos de concentración de 90 y 120 minutos para nuestro periodo de retorno de 35 años. Las lecturas tomadas en el apartado anterior se colocaron colocaron en un cuadro aparte y se graficaron en una escala logarítmica (base 10, tanto en el eje vertical como en el horizontal) con lo que se obtuvo una gráfica de Intensidad-Duración-Periodo de Retorno. En esta grafica se interpolo para obtener la intensidad para nuestro tiempo de concentración, calculado con anterioridad con la ecuación de KIRPICH y esta intensidad se conoce como intensidad como intensidad de diseño. = . INTENSIDADES PARA UN PERIODO DE RETORNO DE 35 AÑOS ESTACION NUEVA CONCEPCION Tiempo de co c oncentración (min) Intensidad(mm/min) 90 0,93 120 0,65

Para 113 minutos la Intensidad es I= 0,72 mm/min, en un periodo de retorno de 35 años. 57


ESTACION SANTIAGO DE MARIA Tiempo de co c oncentración (min) Intensidad(mm/min) 90 0,96 120 0,78

Para 113 minutos la Intensidad es I= 0,83 mm/min, en un periodo de retorno de 35 años. ESTACION IZALCO Tiempo de co c oncentración (min) Intensidad(mm/min) 90 0,94 120 0,7

Para 113 minutos la Intensidad es I= 0,74 mm/min, en un periodo de retorno de 35 años.

58


Método de Thiessen para el cálculo de la intensidad de lluvia ponderada en la cuenca Rio Talquezalapa, Talquezalapa, confluencia confluencia con quebrada el chupadero. chupadero.

Estación Santiago de María I = 0.83 mm/min

Estación Nueva Concepción I = 0.72 mm/min Estación Izalco I = 0.74 mm/min

Esquematización Esquematización de la cuenca y e l trazado de las áreas para la aplicación aplicación del método de Thiessen.

1 2 3

AREA AREAS( S(K Km2) m2) 16.1892 20.7900 24.0878

TOTAL

61.067

INTEN TENSIDA SIDAD( D(m mm/mi m/min n) 0.83 0.72 0.74

= =

( ∙

AREA AREASS x INT INTENSI ENSIDA DAD D 13.4370 14.9688 17.8250

INTE INTENS NSIIDAD DAD PON PONDERA DERADA DA

46.2308

0.7571

) ∙ ( ∙ Á

) ∙ ( ∙

I=

∑

)

(13.437 (13.437)) + (14.9688) (17.8250)) 14.9688) + (17.8250 61.067 = .

59


8. COEFICIENTE COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA ESCORRENTÍA.. Para realizar el cálculo del coeficiente de escorrentía se se debe ubicar el mapa de vegetación vegetación y el de suelos uno sobre otro para determinar el número de áreas con tipo de vegetación y suelo específico, ya que para cada uno de estos se tendrá un coeficiente de escorrentía diferente, referente al monograma de VEN TE CHOW.

Esquema izquierdo de trazado de líneas para determinación determinación de pendientes -Esquema derecho de secciones formadas por tipos de suelos y vegetación vegetación

ZONA ZONA 1

2

3

COTA COTA MAYO MAYOR R

COTA COTA MENO MENOR R

LONG LONGIT ITUD UD

PEND PENDIE IENT NTEE %

11 1180.00

1100.00

1046.04

7.65

1180.00

900.00

1054.80

26.55

1180.00

1000.00

979.00

18.39

1180.00

900.00

831.85

33.66

1180.00

1100.00

777.29

10.29

12 1200.00

1100.00

1969.66

5.08

1100.00

900.00

2479.61

8.07

1100.00

800.00

2015.72

14.88

1100.00

1000.00

950.86

10.52

1100.00

800.00

2223.20

13.49

1000.00

900.00

1176.30

8.50

1000.00

700.00

3452.96

8.69

1000.00

600.00

3811.86

10.49

1000.00

600.00

4402.15

9.09

1000.00

600.00

4085.19

9.79

PENDIENTE PROMEDIO %

19.31

10.41

9.31

60

“CÁLCULO DE NIVEL MÁXIMO Y DEL NIVEL DE AGUAS MÁXIMAS EXTRAORDINARIAS (N.A.M.E) EN CUENCA DEL RIO TALQUEZALAPA EN EL PUNTO DE INTERES CONFLUENCIA CON LA QUEBRADA EL CHUPADERO” 4

5

6

7

8

9

7 70 00.00

600.00

712.92

14.03

700.00

600.00

353.87

28.26

700.00

600.00

535.58

18.67

700.00

600.00

786.96

12.71

1000.00

800.00

3595.17

5.56

1000.00

600.00

5926.24

6.75

1000.00

500.00

5782.19

8.65

1000.00

900.00

4125.63

2.42

1000.00

600.00

3924.01

10.19

7 70 00.00

600.00

4131.42

2.42

700.00

500.00

5476.98

3.65

700.00

400.00

4956.73

6.05

700.00

400.00

3190.93

9.40

700.00

500.00

3741.45

5.35

1000.00

900.00

728.56

13.73

1000.00

800.00

845.79

23.65

1000.00

800.00

1476.49

13.55

1000.00

800.00

1705.25

11.73

1000.00

800.00

2898.33

6.90

60 600.00

400.00

1635.15

12.23

600.00

400.00

1933.97

10.34

600.00

400.00

2158.43

9.27

600.00

400.00

2256.20

8.86

600.00

400.00

1872.83

10.68

400.00

380.00

634.12

3.15

400.00

380.00

798.64

2.50

400.00

380.00

1278.14

1.56

400.00

380.00

1076.08

1.86

400.00

380.00

820.39

2.44

18.42

6.72

5.37

13.91

10.28

2.30

61

“CÁLCULO DE NIVEL MÁXIMO Y DEL NIVEL DE AGUAS MÁXIMAS EXTRAORDINARIAS (N.A.M.E) EN CUENCA DEL RIO TALQUEZALAPA EN EL PUNTO DE INTERES CONFLUENCIA CON LA QUEBRADA EL CHUPADERO” VEGETACION

N° VEN TE CHOW

PERMEABILIDAD

PENDIENTE PROMEDIO %

AREA

COEFICIENTE DE ESCORRENTIA

COEFICIENTE x AREA

1

BOSQUE

5

SEMIPERMEABLE

19.31

0.891

0.44

0.392

2

BOSQUE

5

SEMIPERMEABLE

10.41

5.430

0.35

1.901

3

BOSQUE

5

SEMIPERMEABLE

9.31

6.202

0.33

2.047

4

BOSQUE

5

PERMEABLE

18.42

1.061

0.23

0.244

5

MATORRAL

3

SEMIPERMEABLE

6.72

15.409

0.42

6.472

6

MATORRAL

3

PERMEABLE

5.37

24.362

0.20

4.897

7

MATORRAL

3

SEMIPERMEABLE

13.91

1.828

0.32

0.585

8

CULTIVOS O GRAMA CORTA

2

PERMEABLE

10.28

4.759

0.29

1.380

9

MATORRAL

3

PERMEABLE

2.30

1.125

0.16

0.180

ID ZONA

T OT A L

COEFICIENTE DE ESCORRENTIA PONDERADO

0.296

61.067

9. CÁLCULO DEL CAUDAL MÁXIMO (ECUACIÓN RACIONAL). Calculo del caudal máximo para la Cuenca Rio Talquezalapa, confluencia con Quebrada El Chupadero. PERIODO DE RETORNO = 35 años .

Obtenida toda la información necesaria para la aplicación de la fórmula racional para cada sector de área determinada mediante el tipo de vegetación, suelo y % de pendiente, se procede a calcular caudales. Q = (50/3)CIA Dónde: A: Área del sector en km2. I: Intensidad de lluvia en mm/min. C: Coeficiente de escorrentía para el sector en análisis.

COEFICIENTE DE ESCORRENTIA 0.296

INTENSIDAD mm/min

AREA Km2

0.757

61.067

Q = 228.057 m3/seg.

62


10.CURVA DE DESCARGA NATURAL DE LA SECCIÓN DE RIO TALQUEZALAPA, CONFLUENCIA CON LA QUEBRADA EL CHUPADERO, CHALATENANGO, EL SALVADOR. El análisis hidráulico tiene por objeto determinar el nivel de aguas máximas que el caudal generado es capaz de producir. Para determinar las condiciones hidráulicas del punto de interés (Rio Talquezalapa, confluencia con quebrada El Chupadero), haremos uso de la ecuación de manning.

Dónde: Q: Caudal en m 3/seg. n: Coeficiente de rugosidad de manning. RH: Radio hidráulico en mt 2. (RH= área hidráulica/perímetro mojado). A: Área hidráulica de la sección en mt 2. S: Pendiente de la superficie del terreno. Si replanteamos la ecuación anterior en dos componentes, nos permite la determinación del área hidráulica necesaria y por consiguiente el nivel de aguas máximas en función del caudal máximo (Q), así como las características hidráulicas definidas (n y s), al ordenar la ecuación tenemos:

63


9.1 ANÁLISIS ANÁLISIS DE LA SECCIÓN SECCIÓN DEL RIO. Selección del coeficiente de rugosidad. Para determinar el coeficiente de rugosidad “n” de Manning del canal natural y de los taludes, se puede conocer por medio de las tablas que se muestra a continuación: CANALES SIN VEGETACIÓN

COEFICIENTE DE RUGOSIDAD “n”

Sección transversal uniforme, alineación regular sin guijarros ni vegetación, en suelos sedimentario finos

0.016

Sección transversal uniforme, alineación regular sin guijarros ni vegetación, con suelos de arcilla duros u horizontales endurecidos.

0.018

Sección transversal uniforme, alineación regular regular con pocos guijarros, escasa vegetación en tierra franca arcillosa

0.020

Pequeñas variaciones en la sección transversal, alineación bastante regular, pocas piedra, hierva fina en las orillas, en suelos arenosos, y arcillosos y también en canales recién limpiados rastrillados

0.0225

Alineamiento irregular, con ondulaciones en el fondo, en suelo de graba o esquistos arcillosos, con orillas irregulares o vegetación

0.025

Sección transversal irregular, rocas a dispersas y grava suelta en el fondo o con considerable vegetación en los márgenes inclinados o en un material de graba de hasta 150 mm de diámetro

0.030

Canales irregulares erosionados o canales abiertos en roca

0.030

CANALES CON VEGETACIÓN Gramillas cortas (50-150 mm) Gramillas medianas (150-250 mm) Gramillas largas (250 -600 mm) CANALES DE CORRIENTE NATURAL Limpio y recto. Sinuoso con embalses y bajos. Con muchas hierbas altas, sinuoso.

0.030 – 0.060 0.030 – 0.085 0.040 – 0.150 0.025 – 0.030 0.033 – 0.040 0.075 – 0.150

NOTA: Para Para nuestro caso caso de estudio estudio se utilizara utilizara un coeficiente coeficiente de rugosid rugosidad ad de 0.016 0.016

64


Calculo del del nivel de aguas máximas máximas extraordinari extraordinarias as de la cuenca cuenca del Rio Talquezalapa Talquezalapa en el punto de interés confluencia con quebrada el Chupadero.



Punto de interés: Confluencia Confluencia con Quebrada Quebrada el Chupadero. Chupadero.

Para determinar la sección del río, se debe hacer un levantamiento topográfico y se deben tomar al menos 5 secciones Aguas Abajo, y 5 secciones Aguas arriba y así hacer el mejor diseño de las secciones transversales. Como primer paso se debe calcular la pendiente del fondo del rio por medio del perfil del cauce en el punto de interés, si se tienen perfiles topográficos del cauce, se tomará una distancia de 200 m aguas arriba y 200 m aguas abajo. Pero por actividad académica la sección de nuestro cause será establecida y diseñada por nosotros mismos, pero en la labor de ingenieros esto no se realiza se debe de topografíar cada uno de los tramos a analizar en el cauce principal. Perfil de pendientes aguas arriba y abajo.

=

=

−

= .

=

.

%

Sección transversal del punto de interés: Para el diseño de la sección transversal del rio, por razones académicas se generó una sección que ofrece facilidad de cálculo, y a su vez se asemeje de mejor forma a la sección natural del cauce. En realidad esto no se se debería de hacer, lo ideal es ir al campo, generar un perfil topográfico y recorrer el cauce del rio. Para fines académicos, se muestra la sección sección transversal transversal del del rio en el punto punto de interés, interés, sección sección aconsejada aconsejada por la cátedra. cátedra. Sección Sección propuesta para el canal del Rio Talquezalapa, en el punto de interés, confluencia confluencia con quebrada el chupadero.

Esquema de la sección propuesta para en el punto de interés confluencia con quebrada el Chupadero

65


Haciendo un cálculo por cada 0.25 cm:

 Área Hidráulica

Q = 27.3 27.39 9 m3/s m3/s..

AH = (b + Z*y) Y AH = (4+ 1(0.25)) 1(0.25)) (0.25) (0.25) AH = 1.0 1.063 mts mts2.



Perímetro Mojado

Pm =b +2Y 1 Z2 Pm = 4 + 2(0. 2(0.25 25)) 112 Pm = 4.70 4.707 7 mts. mts.



Radio Hidráulico

RH = AH/Pm RH = 1.063/ 1.063/4.7 4.707 07 RH = 0.22 0.226 6 mts mts.



Caudal 2

1

1 Q  R H3 S 2 A n Q

1 0.016

2

1

3

2

(0.226) (0.5489) (1.063)

66

Los cálculos anteriores son repetitivos, y se efectúan variando el tirante cada 0.25 mts. Los resultados resultados obtenidos obtenidos se presentan presentan en la siguiente siguiente tabla de Excel. 9.2 FACTOR FACTOR GEOMÉTRICO GEOMÉTRICO VRS. FACTOR FACTOR HIDRÁULICO HIDRÁULICO (MANNING). (MANNING). Factor Hidráulico de la sección

Fh=1.06(0.226) 2/3

Fh=0.394

Factor Geométrico de la sección (Debe ser igual igual al factor factor hidráulico hidráulico aproximadament aproximadamente) e) 1/2 Fg=(18.239x0.016)/(0.5489) Fg=0.394 Para mayor facilidad, facilidad, y dado que se utilizan las mismas mismas fórmulas fórmulas y el mismo procedimiento procedimiento para los cálculos, se utiliza una plantilla creada en Microsoft Excel para crear una tabla de resultados. TIRATE(m) TIRATE(m) 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 2.75 3.00 3.25 3.50 3.75 4.00

Pm(m) 4.707 5.414 6.121 6.828 7.536 8.243 8.950 9.657 10.364 11.071 11.778 12.485 13.192 13.899 14.607 15.314

Ah(m2) 1.063 2.250 3.563 5.000 6.563 8.250 10.063 12.000 14.063 16.250 18.563 21.000 23.563 26.250 29.063 32.000

Rh(m) CAUDAL(m3/s) CAUDAL(m3/s) FACTOR HIDRAULICO HIDRAULICO FACTOR GEOMETRICO GEOMETRICO 0.226 18.239 0.394 0.394 0.416 58.019 1.253 1.253 0.582 114.989 2.483 2.483 0.732 188.089 4.062 4.062 0.871 277.119 5.985 5.985 1.001 382.242 8.255 8.255 1.124 503.805 10.880 10.880 1.243 642.251 13.870 13.870 1.357 798.081 17.235 17.235 1.468 971.828 20.988 20.988 1.576 1164.042 25.139 25.139 1.682 1375.287 29.701 29.701 1.786 1606.127 34.686 34.686 1.889 1857.132 40.107 40.107 1.990 2128.868 45.975 45.975 2.090 2421.901 52.303 52.303

67


9.3 GRÁFICA GRÁFICA DE LA CURVA CURVA DE DESCARGA. DESCARGA.

CURVA DE DESCARGA 4,00 3,50 3,00 2,50 ) m ( e t 2,00 n a r i T 1,50 1,00 0,50 0,00 0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

2600

Caudal (m3/s)

10 NIVEL DE AGUAS MÁXIMAS DE DISEÑO. Utilizando la curva de descarga de la sección levantamos una perpendicular en el eje de las abscisas hacia la curva partiendo del caudal máximo calculado con la formula racional que fue de 228.057m3 e interceptando interceptando la curva leemos el el valor corres correspondien pondiente te del tirante, tirante, a este este caudal caudal máximo le corresponde un tirante (nivel de aguas aguas máximas extraordinarias) de: N.A.M.E N.A.M.E=1.1 =1.15 5m

68


11 CONCLUSIONES. 

En nuestro trabajo se utilizan datos de intensidades máximas de estaciones meteorológicas de Izalco, Nueva Concepción y Santiago de María, que fueron proporcionados por la catedra, aunque en realidad se debe ir al MARN (Observatorio Ambiental, a hablar con servicio al cliente) a solicitar estos datos para la zona, es decir de estaciones estaciones meteorológicas ubicadas en o cerca del municipio de la reina (con esto le daríamos más veracidad al estudio). La razón para sustituir estos datos fue por cuestiones económicas y por el tiempo, debemos aceptar que al usar estos datos estamos invalidando el estudio para la zona, dado a que estos no representan el comportamiento de los fenómenos meteorológicos para la región (con esto estamos diciendo que llueve más de lo que en realidad es o que llueve menos de lo que en realidad lo hace), debemos debemos justificar que continuamos continuamos con el estudio por cuestiones cuestiones académicas académicas (para aprender a realizar este tipo de investigaciones).



Se poseen tres tipos de vegetación en la zona; vegetación cerrada, vegetación abierta y sistemas productivos antropogénicos, antropogénicos, esto es selvas lluviosas, chaparrales y zonas de cultivos, o según la clasificación de Chow estos serían; bosque, arbustos y grama corta, siendo predominantes en la cuenca los chaparrales. El tipo de vegetación en la cuenca influye en la cantidad y la forma en cómo se desarrolla la escorrentía en ella, esto dado a la cantidad de agua que recogen las plantas y sus raíces y la que transpiran.



En cuanto a la geología de la zona se puede apreciar en el mapa que los tipos de suelos en la cuenca los conforman rocas provenientes de la formación Chalatenango (ch1-rocas piroclastitas acidas, localmente localmente efusivas, etc., ch2-efusivas acidas, roca volcánica volcánica secuencia de andesiticas) andesiticas),, formación formación Morazán Morazán (tipo M2´aM2´a- efusivas efusivas intermedias, intermedias, y M2´b-piroc M2´b-piroclastas lastas intermedias e intermedias acidas).



Utilizando diferentes métodos y formulas se obtuvieron variados tiempos de concentración que van desde 46 hasta 160 minutos, pero el utilizado en el reporte fue de 113 minutos calculado con la Formula de Kirpich (según lo propuesto por la catedra).



Ubicar el punto de interés en el cuadrante es de acuerdo a la necesidad de la obra de paso, es decir de acuerdo acuerdo al trazo de un proyecto proyecto de carreteras carreteras y según sea el uso uso que se le hará al estudio, nos sirve para delimitar el parteaguas, y identificar la cantidad y localización de las áreas de influencia para el cálculo de la precipitación media utilizando el método de polígonos de Thiessen.



Estos estudios son de especial importancia e interés al momento de plantear proyectos de obras de paso (pero no solamente obras de paso también sirven para proyectar obras de protección, contención de taludes, desvíos de corrientes de agua, drenaje de aguas superficiales como ríos, quebradas y el desagüe de los mismos, así como al igual que obras de alcantarillado pluvial y drenaje del mismo). Dado a que proporcionan información relevante al comportamiento de las aguas de una corriente, niveles máximos de aguas extraordinarias (hasta que nivel llega el agua cuando llueve), caudales máximos, tiempo de concentración, 69


intensidad con que llueve en la zona. Todos estos son cruciales al momento de analizar cómo afectan la obra.

12 RECOMENDACIONES. Para realizar un estudio de este tipo en una región es necesario hacerse de los datos reales de precipitacione precipitacioness en la zona acercándose acercándose a las instituciones que poseen poseen dichos datos datos (en el salv salvado adorr el MARNMARN-Ob Obse serv rvat ator orio io Amb Ambie ienta ntall- y el SNE SNETT- Serv Servic icio io Nac Nacio ional nal de Estu Estudio dioss Territoriales-), por lo que esto será lo primero a hacer cuando proyectemos un estudio hidrológico de una zona y su afectación en un punto de interés. Se debe realizar sondeos en la zona, tanto como aforar el rio como pasar encuestas y entrevistas a los habitantes de la zona acerca de las características de la vegetación, el tipo de suelo, los cultivos de la zona y experiencias con el NAME (Nivel de Aguas Máximas Extraordinarias), para tener esta información más detallada y no solamente por mapas generalizados que obvian algunos de los detalle que también son relevantes en el estudio. Se deben de realizar los cálculos con sumo cuidado y precaución, dado a que de estos depende el diseño de la obra de paso. En cuanto al planteamiento de la sección donde pasa el rio, en el trabajo por lo académico generamos la sección para facilitar el cálculo (tomamos una sección parecida a la sección de un rio, un trapecio, dándole nosotros las dimensiones), pero en realidad lo que se tiene que hacer es ir al campo y generar el perfil topográfico del rio esto a una distancia de 200m aguas arriba del punto de interés y 200m aguas abajo.

70


13 BIBLIOGRAFÍA.

14 ANEXOS.

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Estudio hidrologico de una cuenca

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