1

ESTUDIO HIDROLÓGICO DE LA CUENCA UBICADA EN LA REGIÓN

HIDROGRÁFICA TUXPAN-NAUTLA

“ÚRSULO GALVÁN”

CUBIDES MORA JEFFERSON ANTONIO

FIERRO PÉREZ LUIS ALEJANDRO

HUELGAS QUITIAN LAURA MARÍA

PRESENTADO A:

Ing. ALCANTAR GARCIA ANTONIO

BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA

FACULTAD DE INGENIERÍA

HIDROLOGÍA

2015

2

CONTENIDO

INTRODUCCION ........................................................................................................................ 3

OBJETIVOS ................................................................................................................................ 4

OBJETIVO GENERAL .......................................................................................................... 4

OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................................ 4

1. ESTUDIO HIDROLÓGICO ............................................................................................... 5

1.1. CONDICIONES NATURALES DE LA CUENA ..................................................... 5

1.1.1. Hidrografía.......................................................................................................... 5

1.1.2. Fisiografía ........................................................................................................... 5

Provincia Eje Volcánico .................................................................................................. 6

Subprovincia Sierra de Chiconquiaca ............................................................................. 6

1.1.3. Geología .............................................................................................................. 6

1.2. PARAMETROS FISICOS Y RED DE DRENAJE DE LA CUENCA .................. 7

1.3. USO SUELO DE LA CUENCA ................................................................................ 9

1.4. ELEVACION MEDIA DE LA CUENCA ................................................................ 10

1.5. PENDIENTE DEL CAUCE PRINCIPAL ............................................................... 10

1.6. ANALISIS DE LA INFORMACION DISPONIBLE .............................................. 11

1.6.1. Información climatológica ........................................................................... 11

1.7. ANALISIS DE FRECUENCIAS .............................................................................. 14

1.8. PRECIPITACION MEDIA ........................................................................................ 16

1.9. CÁLCULO DE PARÁMETROS HIDROLÓGICOS ............................................. 17

1.9.1. Número de escurrimiento “N” y Coeficiente de escurrimiento “Ce” 17

Número de escurrimiento “N” .................................................................................... 17

Coeficiente de escurrimiento “Ce” ............................................................................ 18

1.9.2. Duración de la tormenta ............................................................................... 18

Tiempo de concentración ............................................................................................ 18

1.11. Curvas Intensidad – duración – Periodo de retorno ( I – d – Tr)............ 21

1.12. Lluvia de diseño y lluvia en exceso. ............................................................. 22

1.13. Cálculo de gasto de diseño para diversos periodos de retorno (Qp). . 22

1.14. Gasto del hidrograma unitario adimensional asociado a diversos

periodos de retorno ........................................................................................................... 24

1.15. Resumen de gastos para diferentes periodos de retorno ....................... 25

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................................................... 26

ANEXOS .................................................................................................................................... 27

3

INTRODUCCION

La fuente de agua superficial representa el elemento vital para la supervivencia del

hombre, más aun cuando este lo utiliza para los distintos usos, entre los de mayor

importancia están los de abastecimiento para uso poblacional, agrícola, pecuario,

minero, energético y otros de menor envergadura como para el uso y mantenimiento de

las especies silvestres de flora y fauna existentes, por lo tanto es necesario definir, su

ubicación, cantidad, calidad, y distribución dentro de la cuenca.

Para ello, en este trabajo se efectúa la caracterización de la cuenca URSULO GALVAN

desde el punto de vista hidrológico, generando de esta manera un Estudio Hidrológico

y un análisis hidráulico en condiciones naturales.

Mediante el Estudio Hidrológico podemos conocer y valuar sus características físicas y

geomorfológicas de la cuenca, analizar y tratar la información hidrometeorológica

existente de la cuenca, analizar y evaluar la escorrentía mediante registros históricos y

obtener caudales sintéticos asociados a periodos de retorno de 5, 10, 20, 50, 100, 500

y 1000 años, este estudio se complementara con apoyo logístico de Sistemas de

Información Geográfica.

En el análisis hidráulico en condiciones naturales, se encontrara las simulaciones

hidráulicas que se generan a partir de una relación entre la topografía del cauce del río

que atraviesa a la población (el Ciervo; Veracruz) y los volúmenes de agua para

diferentes períodos de retorno. Esto haciendo uso del software HEC-RAS.

4

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Determinar los gastos de diseño hidrológicos asociados a periodos de retorno de 5, 10,

20, 50, 100, 500 y 1000 años, a partir de las teorías aprendidas en clase, con el fin de

evaluar el comportamiento de la cuenca comparándola con las disposiciones expuestas

por CONAGUA.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Calcular los parámetros físicos característicos de la cuenca.

Determinar los parámetros de red de drenaje.

Calcular los gastos para los diferentes periodos de retorno.

5

1. ESTUDIO HIDROLÓGICO

1.1. CONDICIONES NATURALES DE LA CUENA

1.1.1. Hidrografía

Si bien es cierto el estado de Veracruz alberga una tercera parte del agua que escurre

por todo el país1, siendo el rio Nautla uno de los drenajes por donde fluye parte de este

tercio, por ende, el estudio de la cuenca hidrográfica que desemboca a este rio toma

importancia al observar que abarca un 5.1 % del área total del estado2. El rio en la

trayectoria de su cauce atraviesa o visita diversos poblados, el recorrido comprende

desde el Monte Real, pasando por Salvador Díaz Mirón, Manuel Gutiérrez, Misantla

hasta llegar a la zona de Úrsula Galván.

Este rio se encuentra ubicado dentro de la región hidrográfica TUXPAN-NAUTLA.

Figura 1.1.1.1 Recorrido del rio Nautla y área de la cuenca hidrográfica

1.1.2. Fisiografía

Una región que presenta un un origen geológico unitario sobre la mayor parte de su área

dentro del estudio de las ciencia de la tierra se le conoce como provincia fisiográfica que

a su vez se divide en subprovincias. El estado de Veracruz en su área total acoge

alrededor de 8 provincias fisiogracias de la 15 totales y 12 subprovincias.

1 RODRÍGUEZ, Sergio R. and MORALES, Wendy V. Geología, Universidad Veracruzana, Veracruz, México [internet] http://cdigital.uv.mx/bitstream/123456789/9648/1/02GEOLOGIA.pdf Fecha de consulta 16/04/2015. 2 Siendo el área de Veracruz de 72,420 Km2 y el área de la cuenca en estudio de aproximadamente 3,692.6 Km2, siendo la relación entra las dos de 0.051.

RIO NAUTLA

6

La cuanca hidrográfica en estudio se encuentra ubicada en la provincia de Eje volcánico

y el subprovincia Sierra de Chiconquiaco.

Provincia Eje Volcánico

Se caracteriza por una acumulación estructural volcánica de diversos tipos, esta zona

es resultado de divrsos episodios de explosiones que se iniciaron a mediados del

cuaternario y se mantiene hasta el día de hoy. De lo cual se destaca una franja de

volcanes que se estiende de oeste a este casi en línea recta.

Figura 1.1.2.1 Subprovincias Fisiográficas Estado de Veracruz

Subprovincia Sierra de Chiconquiaca

Esta subprovincia ocupa un área de 6,699.21 Km2 del área total del estado y abarca 24

municipios completamente y parte de otros. Su territorio consta de laderas abruptas y

tendidas que se van alternando, además de lomerios de colinas redondeadas. Hacia la

costa presenta mesetas lávicas y prominencias de basaltos. Se caracteriza por una

hidrografia de drenaje radial devido a la fisiografia pronunciada.

1.1.3. Geología

Esta zona estuvo sumergida durante el cretácico, lo que explica que se encuenteren

depositos de sedimentos calcáreos. Para el paleoceno se generaron subsidencia de la

plataforma cretácica, por ende la zona se caracteriza por depositos de sedimentos

arcillo-arenosos.

7

En el terciario se desplegó una actividad ígnea regional, dando origen a rocas volcánicas

piroclasticas que por procesos erosivos dieron origen a la geología actual.

La cuenca estudiada se encuentra ubicada dentro de la provincia geológica 18 llamada

Macizo Igneo de Palma Sola.

Figura 1.1.3.1 Provincias Geológicas Estado de Veracruz

1.2. PARAMETROS FISICOS Y RED DE DRENAJE DE LA CUENCA

Figura 1.2.1 Cuenca obtenida con Google Earth con base a las cartas

topográficas

8

Para determinar los parámetros físicos y red de drenaje de la cuenca (Área, Perímetro,

orden de corriente, etc.) se trazó el parteaguas con base en las cartas topográficas

escala 1:50000 de la zona de interés, obtenidas en la página del INEGI, apoyándonos

de programas de Google Earth para el trazo y el Simulador de Agua en cuencas

Hidrográficas SIATL para comparar el trazado de la cuenca.

Figura Cuenca obtenida de AutoCAD, orden de corriente 5

5

9

Tabla 1.2.1 Parámetros físicos y red de drenaje de la cuenca Ursulo Galván

PARAMETROS FISICOS

Área (Km2) 3692,6

Perímetro (Km) 362,49

Elevación media de la cuenca (msnm) 853,18

Orden de corriente 5

Longitud Cauce principal (Km) 50,02

Pendiente del cauce principal 0,5

Longitud máxima de la cuenca (Lm) (km) 37

Índice de compacidad 1,682205334

Relación de elongación

1,853189319

1.3. USO SUELO DE LA CUENCA

Basándonos en la información obtenida en el programa SIATL y a partir de la

delimitación de la cuenca, se determinó que el área de la cuenca es de 3692,598

km^2, se partir de esto se calculó el área superficial que corresponde a cada uso

de suelo.

Figura 1.3.1 Distribución Vegetal

10

Tabla 1.3.1 - cobertura vegetal y uso del suelo

Tipo o uso de terreno

Área

m^2 km^2 %

Agrícola pecuaria 2323382662 2323,382662 62,92 %

Bosque de montaña 1182369880 1182,36988 32,02 %

vegetación hidrófila 104537449,4 104,5374494 2,831 %

vegetación inducida 47819144,1 47,8191441 1,295 %

zona urbana 24925036,5 24,9250365 0,675 %

selva perennifolia 9009939,12 9,00993912 0,244 %

1.4. ELEVACION MEDIA DE LA CUENCA

Este parámetro nos sirve para conocer la posición de la cuenca con respecto al nivel del

mar. La elevación de la cuenca se determina tomando por lo menos 100 puntos que

estén dentro de la cuenca, en nuestro caso se tomaron 433 puntos con ayuda de Google

Earth y con el programa TCX obtuvimos el valor de elevación de cada punto y así se

determinó un valor promedio de la elevación de la cuenca.

Tabla 1.4.1 – Elevación media de la cuenca

ALTITUD

MEDIA

853,18

m

1.5. PENDIENTE DEL CAUCE PRINCIPAL

Se obtuvo mediante el método de Taylor y Schwartz:

L Es la longitud total del cauce.

li. Es la longitud del tramo i.

Si Es la pendiente del tramo i

11

Figura 1.5.1 Pendiente media del cauce principal

Tabla1.5.1- Pendiente del cauce principal

PENDIENTE

0,50

1.6. ANALISIS DE LA INFORMACION DISPONIBLE

1.6.1. Información climatológica

Las estaciones climatológicas activas que se identificaron cerca de la cuenca son las

siguientes:

030073 JUCHIQUE DE FERRERO

030191 VEGA DE ALATORRE

030114 NAOLICO DE VICTORIA

030089 LAS MINAS, LAS MINAS

030108 MISANTLA, MISANTLA

A continuación se presenta las precipitaciones máximas de cada estación:

030073 JUCHIQUE DE FERRERO

Precipitación

máxima

295,2

Año Precipitación Año Precipitación Año Precipitación

1 1948 44 8 1955 295,2 15 1962 175

2 1949 44,5 9 1956 105,5 16 1963 148

3 1950 45,5 10 1957 104 17 1964 75

12

4 1951 45,5 11 1958 109,5 18 1965 212

5 1952 45,5 12 1959 151,5 19 1966 107,5

6 1953 45,5 13 1960 191 20 1967 145,5

7 1954 45 14 1961 180

030089 LAS MINAS, LAS MINAS

Precipitación

máxima

366,8

N

°

Año Precipitació

n

N

°

Año Precipitació

n

N° Año Precipitació

n

1 1984 159 6 1989 84,2 11 1994 71,9

2 1985 162,6 7 1990 85,3 12 1995 271,2

3 1986 100,1 8 1991 111,3 13 1996 131,5

4 1987 67,4 9 1992 130 14 1997 116,7

5 1988 153,9 1

0

1993 94,5 15 1998 126,2

16 1999 366,8

030108 MISANTLA, MISANTLA

Precipitación

máxima

320,5

N° Año Precipitación N° Año Precipitación N° Año Precipitación

1 1942 86 11 1952 165 21 1962 84,5

2 1943 124 12 1953 138,2 22 1963 80,5

3 1944 157 13 1954 160,5 23 1964 65,5

4 1945 116 14 1955 320,5 24 1965 61,1

5 1946 187 15 1956 120,5 25 1966 128,5

6 1947 141 16 1957 128,5 26 1967 145,5

7 1948 162 17 1958 101,5 27 1968 80,1

13

8 1949 123,5 18 1959 105,1 28 1969 80,5

9 1950 221 19 1960 80,5 29 1970 81,2

10 1951 175,5 20 1961 129,2 30 1971 81,5

030114 NAOLICO DE VICTORIA

Precipitación

máxima

221

N° Año Precipitación N° Año Precipitación N° Año Precipitación

1 1959 76 9 1967 129 17 1975 112

2 1960 100 10 1968 167 18 1976 87,1

3 1961 144 11 1969 111 19 1977 70,5

4 1962 100 12 1970 115,5 20 1978 116

5 1963 84 13 1971 97,5 21 1979 169,2

6 1964 98,5 14 1972 120 22 1980 64,6

7 1965 100 15 1973 88 23 1981 39,5

8 1966 116,5 16 1974 188 24 1982 221

030191 VEGA DE ALATORRE

Precipitación

máxima

300

N° Año Precipitación N° Año Precipitación N° Año Precipitación

1 1990 9,1 7 1996 140 13 2002 130

2 1991 109 8 1997 124 14 2003 81

3 1992 127 9 1998 220 15 2004 140

4 1993 200 10 1999 191 16 2005 300

5 1994 105 11 2000 140,5 17 2006 210,5

6 1995 192 12 2001 137 18 2007 153

Tablas 1.6.1.1 precipitaciones máximas anuales por estación

14

1.7. ANALISIS DE FRECUENCIAS

A partir de las precipitaciones máximas anuales de cada estación para un intervalo, de

datos, mayor a 15 años y con la ayuda de conocimiento estadísticos, como lo son las

distribuciones de frecuencia, se pudo determinar la función que mejor se acomoda a la

curva de Precipitación (P) contra Periodo de retorno en años (Tr) para cada estación,

con el fin de conocer las precipitaciones que se esperan para Tr mayores a los

conocidos.

Teniendo en cuenta el error cuadrático que se obtiene entre la curva original y la función

de distribución se determinaron cual era la que mejor se ajustaba para cada estación

obteniendo los siguientes resultados:

a) Para la estación Vega de Alatorre (30191) la función que mejor se acomoda es

Pearson III

b) Para la estación Juchique de Ferrer (30073) la función que mejor se acomoda

es Gumbel

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

400,00

450,00

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

P, m

m

Tr, años

VEGA DE ALATORRE - 30191

Observados

Normal

LogNormal

Pearson III

Gumbel

0,0020,0040,0060,0080,00

100,00120,00140,00160,00180,00200,00220,00240,00260,00280,00300,00320,00

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

P, m

m

Tr, años

JUCHIQUE DE FERRER 30073

Observados

Normal

LogNormal

Pearson III

Gumbel

15

c) Para la estación Naolico Victoria (30114) la función que mejor se acomoda es

Gumbel

d) Para la estación Las Minas, Las Minas (30089) la función que mejor se acomoda

es Pearson III

0,0010,0020,0030,0040,0050,0060,0070,0080,0090,00

100,00110,00120,00130,00140,00150,00160,00170,00180,00190,00200,00210,00220,00230,00240,00

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324252627

P, m

m

Tr, años

NAOLICO VICTORIA 30114

Observados

Normal

LogNormal

Pearson III

Gumbel

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

400,00

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

P, m

m

Tr, años

LAS MINAS, LAS MINAS 30089

Observados

Normal

LogNormal

Pearson III

Gumbel

16

e) Para la estación Misantla, Misantla (30108) la función que mejor se acomoda es

Pearson III

1.8. PRECIPITACION MEDIA

Para el cálculo de la precipitación media de la cuenca en estudio se utilizó el método de

los Polígonos de Thiessen y como dato principalmente la precipitación anual máxima

para cada estación climatológica que tiene área de influencia en la cuenca.

Tabla 1.8.1 Precipitación Media de la Cuenca

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34

P, m

m

Tr, años

MISANTLA, MISANTLA - 30108

Observados

Normal

LogNormal

Pearson III

Gumbel

17

Figura 1.8.1 áreas de influencia para cada estación

1.9. CÁLCULO DE PARÁMETROS HIDROLÓGICOS

1.9.1. Número de escurrimiento “N” y Coeficiente de escurrimiento “Ce”

Número de escurrimiento “N”

El U.S. Soil Conservation Service propone el método de los números de escurrimiento

para usar en cuencas no aforadas. A continuación se muestran los valores adoptados

para N de acuerdo al tipo de vegetación y uso de suelo, así como del tipo de suelo en

la cuenca.

Tabla 1.9.1.1 Uso de suelo

Tipo de terreno Tipo de

suelo

Número N

N*A%

%

Agrícola-Pecuaria-Forestal

63,52% A 72 45,73

Bosque Mesofilo de Montana

31,31% A 45 14,09

Vegetación Hidrófila 2,77% A 39 1,08

Vegetación Inducida 1,27% A 49 0,62

Zona Urbana 0,66% A 51 0,34

Selva Perennifolia 0,5% A 45 0,21

Área Total 1,00 - 62,07

18

N= 62,07

ll5= 2,00 cm

Como ll5 es menor a 2,5 es necesario hacer la corrección a al valor de N,

Interpolamos :

60 40

62,07 X

70 51

Encontramos los siguientes valores:

Nc= 42,277

P= 2,00

Coeficiente de escurrimiento “Ce”

Para el respectivo cálculo de Ce :

𝐶𝑒 =𝑃𝑒

𝑃

Donde el valor de Pe es:

Pe= 0,819124146

Calculamos el valor de Ce.

Ce= 0,409562073

1.9.2. Duración de la tormenta

Tiempo de concentración

Para calcular este tiempo se usan relaciones empíricas, en ellas intervienen

características fisiográficas de la cuenca, siendo las más utilizadas las propuestas por

Kirpich (1940), la cual se define como:

Ecuación de kirpich

“Proyecto ejecutivo de la reconstrucción de la margen izquierda del Río Blanco, a la altura de la

Col. Nueva rosita de ciudad Mendoza, Municipio de Ciudad Mendoza, Veracruz. Reconstrucción

de la margen izquierda del río Blanco, a la altura de la Col. Reforma (calle 7 de Enero) y Col.

Modelo, reconstrucción de la margen natural derecha del Río Blanco, a la altura de la Col

Reforma (puente la Ceiba) y reconstrucción de la margen izquierda del río la Carbonera, a la

altura de la localidad y cabecera municipal de Río Blanco, Veracruz”

Contrato No: SGIH-OCGC-VER-14-116-FN-13 26 www .mav .mx F-MAV-SGC-12 Ver. 01

Tabla 1.7 Tabla de cálculo del número “N”

El valor calculado deberá modificarse para considerar las condiciones iniciales de humedad del suelo según

la altura de precipitación acumulada cinco días antes de la fecha en cuestión.

Para realizar el ajuste se analizó estadísticamente la serie de precipitaciones máximas acumuladas en 5 días

para la estación Maltrata en los años en los que el registro de precipitaciones está completo. A partir de

esto se determinó que el menor registro es de 20 mm que al ser menor del límite de 25 mm planteado por

la metodología, se debe aplicar la corrección en A al número de escurrimiento.

Tabla 1.8 Valores de corrección del número “N”

1.9.2. Duración de la tormenta

Tiempo de concentración

El tiempo de concentración se define como el tiempo que tarda una partícula de agua en viajar desde un

punto dado de la cuenca hasta la salida de la misma. Para calcular este tiempo se usan relaciones empíricas,

en ellas intervienen características fisiográficas de la cuenca, siendo las más utilizadas las propuestas por

Kirpich (1940), la cual se define como:

Ecuación de Kirpich

𝑡𝑐 = 0.0003245 𝐿0.77

𝑆0.385

Donde:

72 0.8

ÁREA TOTAL 522.99 100% -- -- 67.1

3.2

Área s in vegetación 6,037,901.32 6.04 1% B

Área Urbana 20,276,710.00 20.28 4% B 82

22.9

Área Agricola 241,272,500.00 241.27 46% B 79 36.4

Bosque 230,753,898.68 230.75 44% B 52

Selva 24,648,990.00 24.65 5% B 79 3.7

Tipo de terrenoÁrea Tipo de

suelo

Número

"N"N * A%

m2

km2

%

N N con corrección A N con corrección B

0 0 0

10 4 22

20 9 37

30 15 50

40 22 60

50 31 70

60 40 78

70 51 85

80 63 91

90 78 96

100 100 100

19

Tabla 1.9.2.1 Tiempo de concentración

tiempo de concentración

L(m) 49905,33

s 0,141307322

tc (hr) 2,857422379

1.10. Curvas precipitación – duración – Periodo de retorno (P – d – Tr).

A partir de los parametros obtenidos para cada una de las estaciones , se escoge el

modelo que menor error presento y de esta manera se calculó la lluvia máxima diaria

asociada a un período de retorno de 2 años.

Tabla 1.10.1 P2 por estaciones

Estacion P2 (mm)

vega de alatorre

149,36

juchique de ferrer

104,98

naolico de victoria

106,88

las minas 119,89

misantla 118,89

Promedio 120,00

Teniendo en cuenta que para nuestra cuenca el valor de p es de 287,83 mm, no se

puede usar la gráfica U.S. Weather Bureu ya que en esta grafica el valor maximo es

de 130 mm.

En base a los valores calculados anteriormente se decide utilizar como precipitación de

una hora y periodo de retorno de 2 años, se decide adoptar como valor el

correspondiente a Método de D.M. Hershfield.

𝑃260 = 72 𝑚𝑚

Con dichos valores, y aplicando la fórmula de Bell, se construyen las curvas para

diferentes duraciones y períodos de retorno:

𝑃𝑑 = (0.35 𝐿𝑛 𝑇 + 0.76)(0.54 𝑡0.25 − 0.50) ∗ 72mm

20

Tabla 1.10.1 Valores de P-d-Tr

VALORES P-d-Tr

periodo de

retorno tr

duración en minutos

años 5 10 20 40 60 100 120 1440

2 22,20 33,23 46,34 61,94 72,40 87,17 92,92 204,03

5 29,30 43,85 61,16 81,75 95,55 115,06 122,65 269,30

10 34,67 51,89 72,38 96,74 113,07 136,15 145,13 318,67

25 41,77 62,52 87,20 116,55 136,23 164,04 174,85 383,93

50 47,14 70,56 98,41 131,54 153,75 185,13 197,34 433,30

100 52,51 78,60 109,63 146,52 171,26 206,23 219,82 482,67

200 57,88 86,64 120,84 161,51 188,78 227,32 242,31 532,04

500 64,98 97,27 135,66 181,32 211,94 255,20 272,03 597,31

1000 70,35 105,31 146,88 196,31 229,46 276,30 294,52 646,68

20,00

40,00

80,00

160,00

320,00

640,00

1 10 100 1000 10000

Pre

cip

itac

ion

, P

(m

m)

Duracion , d (min)

Curvas P-d-Tr

Tr2

Tr5

Tr10

Tr25

Tr50

Tr100

Tr200

Tr500

Tr1000

21

1.11. Curvas Intensidad – duración – Periodo de retorno ( I – d – Tr).

A partir de los resultados para obtener las curvas P-d-Tr, las precipitaciones calculadas

fueron divididas entre su respectiva duración para obtener la intensidad, y de esta

manera contar con información para construir las curvas I-d-Tr.

VALORES I-d-Tr

periodo de retorno

tr duración en minutos

años 5 10 20 40 60 100 120 1440

2 266,36 199,35 139,02 92,91 72,40 52,30 46,46 8,50

5 351,56 263,12 183,49 122,63 95,55 69,04 61,32 11,22

10 416,01 311,36 217,13 145,11 113,07 81,69 72,57 13,28

25 501,21 375,12 261,60 174,82 136,23 98,42 87,43 16,00

50 565,66 423,36 295,24 197,31 153,75 111,08 98,67 18,05

100 630,11 471,60 328,88 219,79 171,26 123,74 109,91 20,11

200 694,56 519,84 362,52 242,27 188,78 136,39 121,15 22,17

500 779,76 583,60 406,99 271,99 211,94 153,12 136,02 24,89

1000 844,22 631,84 440,63 294,47 229,46 165,78 147,26 26,94

6,00

36,00

216,00

1296,00

1 10 100 1000 10000

Pre

cip

itac

ion

, P

(m

m)

Duracion , d (min)

Curvas i-d-Tr

Tr2

Tr5

Tr10

Tr25

Tr50

Tr100

Tr200

Tr500

Tr1000

22

1.12. Lluvia de diseño y lluvia en exceso.

De acuerdo al método de los números de escurrimiento, propuesto por el U.S. Soil

Conservatios Service.

Los valores para P se obtienen de las curvas P-d-Tr, para cada periodo de retorno y una

duración igual al tiempo de concentración de la Cuenca.

1.13. Cálculo de gasto de diseño para diversos periodos de retorno (Qp).

Método Racional

Este metodo se desarollo siguiendo la siguiente formula :

donde :

o Q gasto maximo (m^3/s) . o Ce coeficiente de escurrimiento . o i intensidad de lluvia(mm/hr). o Ac Area de la Cuenca (km^2).

Area de la Cuenca:3692,6 km ^2

“Proyecto ejecutivo de la reconstrucción de la margen izquierda del Río Blanco, a la altura de la

Col. Nueva rosita de ciudad Mendoza, Municipio de Ciudad Mendoza, Veracruz. Reconstrucción

de la margen izquierda del río Blanco, a la altura de la Col. Reforma (calle 7 de Enero) y Col.

Modelo, reconstrucción de la margen natural derecha del Río Blanco, a la altura de la Col

Reforma (puente la Ceiba) y reconstrucción de la margen izquierda del río la Carbonera, a la

altura de la localidad y cabecera municipal de Río Blanco, Veracruz”

Contrato No: SGIH-OCGC-VER-14-116-FN-13 32 www .mav .mx F-MAV-SGC-12 Ver. 01

1.13. Lluvia de diseño y lluvia en exceso.

La lluvia de diseño y la lluvia en exceso están asociadas a un periodo de retorno y una duración. La duración

es función del tiempo de concentración de la cuenca. En general, para cuencas se considera que la duración

efectiva de la precipitación es igual al tiempo de concentración de la cuenca. De acuerdo a la fórmula de

Kirpich

De acuerdo al método de los números de escurrimiento, propuesto por el U.S. Soil Conservatios Service, la

precipitación en exceso se define como:

𝑃𝑒 =[𝑃 −

508𝑁

+ 5.08]2

𝑃 +2032

𝑁− 20.32

Donde:

P Altura de lluvia total (mm).

N Número de escurrimiento.

Los valores para P se obtienen de las curvas P-d-Tr, para cada periodo de retorno y una duración igual al

tiempo de concentración de la cuenca. Por tanto los valores de la precipitación efectiva son:

Tabla 1.11 Precipitación efectiva o en exceso (Pe) para diversos periodos de retorno (Tr)

Periodo de retorno (Tr)

Tiempo de concentración

(tc)

Precipitación (P)

Precipitación en exceso (Pe)

(años) (min) (mm) (mm)

5 679 70.13 0.44

10 679 92.57 3.56

25 679 109.54 7.56

50 679 131.97 14.71

100 679 148.94 21.32

200 679 165.91 28.80

500 679 182.88 37.05

1,000 679 205.32 48.99

1.14. Cálculo de gasto de diseño para diversos periodos de retorno (Qp).

1.14.1. Método Racional

La fórmula racional probablemente sea el modelo más antiguo para la relación lluvia-escurrimiento. En ella

se involucran la intensidad de lluvia, el área de la cuenca y un coeficiente de escurrimiento que depende del

uso del suelo. La intensidad de lluvia debe estar asociada al periodo de retorno seleccionado y a una

duración que será igual al tiempo de concentración de la cuenca.

Esta fórmula se expresa como:

Q = 0.278 Ce i Ac

periodo de retorno

tr

tiempo de concentracion

tc

precipitacion p

precipitacion en exceso

pe

años min cm cm

5 364,14 13,42 1,26

10 364,14 17,71 2,91

25 364,14 20,96 4,46

50 364,14 25,25 6,84

100 364,14 28,50 8,83

200 364,14 31,74 10,96

500 364,14 34,99 13,20

1000 364,14 39,28 16,31

23

Método Racional

periodo de retorno

tr

tiempo de concentración

tc

coeficiente de

escurrimiento

intensidad I

gasto maximo(Qp)

años min Ce mm/hr m^3/s

5 171,6 0,094 29,18 2813,80

10 171,6 0,164 34,53 5818,48

25 171,6 0,213 41,61 9093,82

50 171,6 0,271 46,96 13051,00

100 171,6 0,310 52,31 16632,17

200 171,6 0,345 57,66 20425,23

500 171,6 0,377 64,73 25063,33

1000 171,6 0,415 70,08 29874,54

Hidrograma Unitarios Adimensional del Servicio de Conservación de Suelos (SCS)

Para este metodo es necesario conocer las características fisiográficas de la

cuenca.El gasto pico se obtiene:

area 3692,59892 km^2

tc 6,069 hr

tp 6,104934047 hr

qp 125,8098072 m^3/s/mm

24

1.14. Gasto del hidrograma unitario adimensional asociado a diversos periodos

de retorno

Método de Chow

El método de Chow nos permite calcular el gasto pico de hidrogramas de diseño.

Es aplicable a cuencas no urbanas menores a 25 km2, para este caso por el

tamaño de nuestra Cuenca es necesario hacer un ajuste a este modelo.

L 163,23 km

S 14 porcentaje

tc 6,069 hr

0

500

1000

1500

2000

2500

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00

Gas

to, e

n m

^3/s

Tiempo , en horas

Hidrogramas unitarios adimensionales para diversos Tr

Tr5

Tr10

Tr25

Tr50

Tr100

Tr200

Tr500

Tr1000

25

Ac 3692,599 km^2

de 6,069

tr 4,660162068

de/tr 1,302315223

periodo de

retorno tr

P Pe de=tc de/tc Z qp Qp

años mm mm hrs . m^3/s

5 134,19 1,26 6,07 1,00 0,79 133,6247475 168,42

10 177,11 2,91 6,07 1,00 0,79 133,6247475 388,45

25 209,58 4,46 6,07 1,00 0,79 133,6247475 596,29

50 252,50 6,84 6,07 1,00 0,79 133,6247475 913,55

100 284,97 8,83 6,07 1,00 0,79 133,6247475 1179,54

200 317,44 10,96 6,07 1,00 0,79 133,6247475 1463,86

500 349,91 13,20 6,07 1,00 0,79 133,6247475 1763,66

1000 392,84 16,31 6,07 1,00 0,79 133,6247475 2179,91

1.15. Resumen de gastos para diferentes periodos de retorno

En la tabla siguiente se muestran los gastos para diferentes periodos de retorno de

acuerdo a los tres métodos de cálculo empleados:

periodo de retorno Tr

gasto maximo (Qp) m^3/s

Racional HUA Chow años

5 2813,80 158,57 168,42

10 5818,48 365,73 388,45

25 9093,82 561,42 596,29

50 13051,00 860,13 913,55

100 16632,17 1110,56 1179,54

200 20425,23 1378,25 1463,86

500 25063,33 1660,51 1763,66

1000 29874,54 2052,42 2179,91

26

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Al desarrollar el estudio hidrológico para la cuenca del rio “Nautla” ubicada cerca de la

población de Ursulo Galvan ,en el estado de Veracruz, fue necesario hacer uso de

programa Eric en el cual pudimos obtener las tablas de precipitaciones máximas

mensuales y a partir de estas calcular el valor de la precipitacion máxima anual .

Teniendo en cuenta la longitud y el valor de la pendiente del colector principal se calculo

el valor del tiempo de concentracion de 6,60 hr , este valor es relativamente pequeño

en mayor parte debido a la pendiente del colector ,ya que el agua escurre con mayor

facilidad y se concentra mas rápido.

Es importante destacar que los valores obtenidos por el método racional de calculo de

gastos fue rechazado en este estudio ya que a la hora de calcular los gastos según

esta metodología se observo un incremento excesivo , esto se debe a que el valor de

N puede que no sea exacto, ya que conocer la geología regional fue algo complejo.

La modelación del análisis hidráulico en condiciones naturales se efectuó con los valores

de gastos obtenidos según el método de chow , teniendo en cuenta que estos fueron

los valores mas altos con respecto al método HUA.

27

ANEXOS