Estudio hidrológico

MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE GRAU“INSTALACIÓN DE PISTAS, VEREDAS, MUROS DE CONTENCIÓN Y EVACUACIÓN DE AGUAS

PLUVIALES DE LOS BARRIOS HORCCOPATA, TAHUARAY, HUALLPACANCHA Y PAMPACALLE DE LA CIUDAD DE CHUQUIBAMBILLA, PROVINCIA DE GRAU - APURIMAC".

ESTUDIO HIDROLÓGICO

1.1. DEFINICIONES

1.1.1. HIDROLOGÍA

La hidrología versa sobre el agua de la tierra, existencia y distribución, de propiedades físicas y químicas, y la influencia sobre el medio ambiente, incluyendo su relación con los seres vivos. El dominio de la hidrología abarca la historia completa del agua sobre la tierra.

1.1.2. EL CICLO HIDROLÓGICO

El ciclo hidrológico es la sucesión de etapas que atraviesa el agua al pasar de la atmósfera a la tierra y volver a la atmósfera: evaporación desde el suelo, mar o aguas continentales, condensación de nubes, precipitación, acumulación en el suelo de masas de agua y reevaporación.

El ciclo hidrológico involucra el proceso de transporte recirculatorio e indefinido o permanente, este movimiento permanente del ciclo se debe fundamentalmente a dos causas: la primera, el sol que proporciona la energía para elevar el agua (evaporación); la segunda, la gravedad terrestre, que hace que el agua condensada descienda (precipitación y escurrimiento).

1.1.3. PRECIPITACIÓN

La precipitación se define como el fenómeno de la caída del agua de las nubes en forma líquida o sólida; la cual es precedida por el proceso de condensación o sublimación o de ambos y está asociada, primariamente con las corrientes convectivas del aire.

1.1.4. TEMPERATURA

Siendo las estaciones de Chuquibambilla las más representativas, la temperatura media mensual es de 12.6 °C, y la media mensual de la máximas diarias de 15.8°C, concerniente a las temperaturas mínimas mensuales e promedio desciende a 5.4°C en el, en el periodo 2000 al 2013.

1.1.5. OTROS PARÁMETROS METEOROLÓGICOS

En las estaciones antes mencionadas, se ha registrado la insolación y velocidades de viento, nubosidad

1.1.6. PRECIPITACION MÁXIMA PROBABLE (PMP)

CONSORCIO CONSTRUCCIÓN CHUQUIBAMBILLA


PLUVIALES DE LOS BARRIOS HORCCOPATA, TAHUARAY, HUALLPACANCHA Y PAMPACALLE DE LA CIUDAD DE CHUQUIBAMBILLA, PROVINCIA DE GRAU - APURIMAC".La precipitación máxima probable está definida por la Organización Meteorológica Mundial (1983)

como "la cantidad de precipitación que es cercana al límite físico superior para la duración dada sobre la cuenca particular".

1.1.7. MÁXIMAS AVENIDAS

Si el período observado es de un año, el caudal de avenidas de ese año es el máximo caudal ordinario presentado en el cauce durante un año, y si el período es de varios años, entonces es el caudal de avenidas extraordinario. El valor del caudal de avenidas extraordinario es necesario conocer para diseñar las obras hidráulicas. La fijación de caudal extraordinario de avenidas se hace con estudios estadísticos basados en los valores de máximos caudales ordinarios para el período de retorno de: 25, 50, 75, 100 años, etc.

1.1.8. CAUDAL ECOLÓGICOSe conoce como caudal ecológico al volumen mínimo de agua por unidad de tiempo, necesario en una fuente o curso fluvial, para mantener el hábitat del ríos el entorno en buenas condiciones, para preservar la conservación de los ecosistemas fluviales actuales, en atención a los usos de agua comprometidos, a los requerimientos físicos de la corriente fluvial para mantener la estabilidad y cumplir las funciones tales como, dilución de contaminantes, conducción de sólidos, recarga de acuíferos y mantenimiento de las características paisajistas del medio.

1.1.9. PERIODO DE DURACIONEs el tiempo durante el cual se produce, uniformemente, la lluvia de intensidad dada. La intensidad de la lluvia no es necesariamente constante a lo largo del tiempo, puesto que durante la tormenta se producen diversas intensidades.

1.1.10. INTENSIDAD

La intensidad es la tasa temporal de precipitación, es decir, la altura de lámina por unidad de tiempo (mm/h o Pulg/h). Puede ser la intensidad instantánea o la intensidad promedio sobre la duración de la lluvia.

1.1.11. PERIODO DE RETORNOEl período de retorno del evento con la magnitud dada se definirá como el intervalo de recurrencia promedio entre eventos que igualan o excede la magnitud especificada. El periodo de retorno T obedece a criterios relacionados con la vida útil de la obra, el tipo de la estructura, la facilidad de reparación en caso de daños y el peligro de pérdida de vidas humanas en caso de falla.

En la Tabla Nº 1 se muestra los períodos de retorno utilizados para diseños recomendados.

CUADRO Nº 1. PERÍODOS DE RETORNO DE DISEÑO RECOMENDADOS

Período de Retorno Medio Descripción




5 a 10 años

Y aún 20 años para el dimensionamiento de obras de protección de canteras, trabajos en curso de aguas, derivaciones, etc

10 a 20 años Para el dimensionamiento de desagües pluviales en zonas urbanas.

20 a 50 años

Y aún 100 años para el dimensionamiento de obras de defensa contra avenidas según la importancia de la zona y de los centros poblados existentes.

50 a 200 años

Para el dimensionamiento de las obras de defensa contra avenidas, según la importancia de la zona y de los centros poblados existentes.

100 a 250 años

Para el dimensionamiento de las descargas de obras de represamiento en concreto de modestas dimensiones ubicadas sobre zonas poco pobladas.

ESTACIONES METEREOLOGICAS DEL AMBITO DE APURIMAC

Nº NombreCoordenadas UTM Ubicación Geográfica

Norte Este Cota Distrito Provincia(msnm)

1 Tambobamba 8 457 823 806 173 3 275 Tambobamba Cotambambas

2 Pampapuquio 8 439 964 751 931 3 320 Santa Rosa Grau



PLUVIALES DE LOS BARRIOS HORCCOPATA, TAHUARAY, HUALLPACANCHA Y PAMPACALLE DE LA CIUDAD DE CHUQUIBAMBILLA, PROVINCIA DE GRAU - APURIMAC".3 Chuquibambilla 8 439 999 748 330 3 320 Chuquibambilla Grau

4 Antabamba 8 410 676 728 260 3 639 Antabamba Antabamba

5 Chalhuanca 8 409 093 697 680 3 358 Caraybamba Aymaraes

De estas estaciones meteorológicas se ha seleccionado como la más apropiada la estación de Chuquibambilla porque su ubicación geográfica resulta la más próxima al proyecto y presenta características similares al área de estudio

1.2. TEMPERATURA MEDIA MENSUAL

Año/Mes ENE FEB MAR ABRIL MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DICMediaAnual

2014 14,1 13,7 13,4 13,5 12,8 12,0 11,9 12,5 13,4 15,7 16,1 14,4 13,6

1.3. PRECIPITACIÓN

Por ser esta una de las variables más importantes a tener en cuenta en el ámbito del proyecto se considera necesario analizarla durante los años 2008 al 2014, en la que se refleja que la precipitación promedio acumulado anual varía entre 854 y 1 189,7 mm/año, obteniendo promedios mínimos y máximos, se observa que el promedio de precipitaciones de los meses de Diciembre a Marzo pasa los 150 mm/mes para luego disminuir sin llegar a perder aportes a la red hídrica tanto superficial como subterránea lo que indica que los ríos y afluentes no serán afectados.

AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC TOTAL2008 226,7 162,2 133,6 55,6 4,9 0,0 0,0 38,7 15,8 113,8 90,1 188,1 1 029,52009 205,1 204,9 171,0 59,5 10,7 0,0 0,0 21,2 16,9 42,2 120,7 111,8 964,02010 163,3 165,9 177,1 84,4 2,3 0,0 0,7 4,3 37,8 21,7 24,6 171,9 854,02011 175,6 233,7 122,5 47,4 26,5 5,1 4,9 19,1 29,1 93,8 42,6 202,1 1 002,42012 325,6 293,9 181,3 38,7 14,8 3,0 14,8 9,1 17,0 75,9 92,7 78,4 1 145,22013 193,5 260,1 214,9 83,8 18,0 7,2 13,4 2,5 40,5 120,5 75,3 160,0 1 189,72014 224,3 143,5 152,6 46,3 21,1 1,2 0,0 22,8 26,2 35,1 51,9 200,5 925,5Total 1514,1 1464,2 1153,0 415,7 98,3 16,5 33,8 117,7 183,3 503,0 497,9 1112,8 7 110,3

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC TOTAL

Prom.

Máximo 325,6 293,9 214,9 84,4 26,5 7,2 14,8 38,7 40,5 120,5 120,7 202,1 1 489,8

Prom. 226,7 204,9 171,0 59,5 14,8 3,0 4,9 19,1 29,1 75,9 75,3 160,0 1044.2




PREC

IPIT

AC

ION

(m

m)

VARIACION MENSUAL DE LA PRECIPITACION (m m )

PROMEDIO MAXIMO PROMEDIO PROMEDIO MINIMO

350.0 300.0 250.0 200.0 150.0 100.0

50.0 0.0

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov D ic

MESES (1998 a 2014)

Prom.

Mínimo 163,3 143,5 122,5 38,7 2,3 0,0 0,0 2,5 15,8 21,7 24,6 78,4 613,3

93.7% de la precipitación total anual se concentra entre los meses de Octubre a Abril

Año/Mes ENE FEB MAR ABRIL MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC

Media

Anual

Total

Anual

1998 31,7 19,6 14,0 13,2 4,7 0,0 0,0 33,1 8,6 35,0 17,0 19,6 16,4 196,51999 38,2 26,8 26,1 21,6 8,1 0,0 0,0 16,6 4,7 16,1 21,4 29,2 17,4 208,82000 15,8 23,9 25,6 22,0 1,5 0,0 0,7 3,4 18,9 4,7 10,6 18,3 12,1 145,42011 22,5 39,0 26,2 13,8 10,0 3,4 3,3 4,8 14,7 18,7 13,0 42,3 17,6 211,72012 35,3 52,7 29,9 10,0 6,1 3,0 11,4 5,4 5,6 29,0 17,2 17,1 18,6 222,72013 39,0 38,9 20,3 25,0 9,1 6,4 4,4 1,1 20,0 17,3 15,6 30,7 19,0 227,82014 48,8 19,5 23,6 20,0 9,2 1,2 0,0 18,4 11,0 12,4 17,0 36,4 18,1 217,5Total 231,3 220,4 165,7 125,6 48,7 14,0 19,8 82,8 83,5 133,2 111,8 193,6 119,2 1430,4

La lluvia máxima mensual de 24 horas dentro del período de 1998 al 2014 ha alcanzado 52,7 mm. Esto se observa en la tabla anterior.

1.4. CAUDAL DE DISEÑO - MÉTODO RACIONAL

En el método racional, se supone que la máxima escorrentía ocasionada por una lluvia, se produce cuando la duración de está es igual al tiempo concentración (tc). Cuando así ocurre, toda la cuenca contribuye con el caudal en el punto de salida. Si la duración es mayor que el tc, contribuye así mismo



PLUVIALES DE LOS BARRIOS HORCCOPATA, TAHUARAY, HUALLPACANCHA Y PAMPACALLE DE LA CIUDAD DE CHUQUIBAMBILLA, PROVINCIA DE GRAU - APURIMAC".toda la cuenca, pero en ese caso la intensidad de la lluvia es menor, por ser mayor su duración y, por

tanto, también es menor el caudal.

Si la duración de la lluvia es menor que el Tc, la intensidad de la lluvia es mayor, pero en el momento en el que acaba la lluvia, el agua caída en los puntos mas alejados aún no ha llegado a la salida; sólo contribuye una parte de la cuenca a la escorrentía, por lo que el caudal será menor.

Aceptando este planteamiento, el caudal máximo se calcula por medio de la siguiente expresión, que representa la fórmula racional.

Donde:Q: Caudal máximo, en m3/sCe: Coeficiente de escorrentía.

I: intensidad máxima de la lluvia, para una duración igual al tiempo de concentración, y para un periodo de retorno dado, en mm/hr

A: área de la cuenca, en ha.

1.4.1. DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE ESCORRENTIA (CE)

La escorrentía, es decir, el agua que llega al cauce de evacuación, representa una fracción de la precipitación total. A esa fracción se le denomina coeficiente de escorrentía, que no tiene dimensionamiento y se representa por la letra Ce.

El valor de Ce depende de factores topográficos, edafológicos, cobertura vegetal.etcEn la tabla siguiente se muestran los coeficientes de escorrentía para la zona en estudio.

CUADRO Nº 2. COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTODescripción Ce ÁREA

( KM2)Ponderado

CALLES RECIENTE DE GRANDES MANZANAS, PATIO DE RELATIVA

0.50 0.655 0.329

0.80 0.045 0.0336




EXTENSIÓN CERRADA Ó CONVERTIDO EN GARAJE, CUYO TECHO NO TIENE SALIDA AL EXTERIOR. 0.55

1.4.2. CÁLCULO DE LA INTENSIDAD MÁXIMA:Dado un registro con datos de intensidades máximas para diferentes duraciones y periodos de retorno, con esta opción se determina la ecuación para el cálculo de la intensidad máxima, así como su valor, para una duración dada y un periodo de retorno dado.

Año/Mes ENE FEB MAR ABRIL MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC

Media

Anual

Total

Anual

1998 31,7 19,6 14,0 13,2 4,7 0,0 0,0 33,1 8,6 35,0 17,0 19,6 16,4 196,5



PLUVIALES DE LOS BARRIOS HORCCOPATA, TAHUARAY, HUALLPACANCHA Y PAMPACALLE DE LA CIUDAD DE CHUQUIBAMBILLA, PROVINCIA DE GRAU - APURIMAC".1999 38,2 26,8 26,1 21,6 8,1 0,0 0,0 16,6 4,7 16,1 21,4 29,2 17,4 208,8

2000 15,8 23,9 25,6 22,0 1,5 0,0 0,7 3,4 18,9 4,7 10,6 18,3 12,1 145,42011 22,5 39,0 26,2 13,8 10,0 3,4 3,3 4,8 14,7 18,7 13,0 42,3 17,6 211,72012 35,3 52,7 29,9 10,0 6,1 3,0 11,4 5,4 5,6 29,0 17,2 17,1 18,6 222,72013 39,0 38,9 20,3 25,0 9,1 6,4 4,4 1,1 20,0 17,3 15,6 30,7 19,0 227,82014 48,8 19,5 23,6 20,0 9,2 1,2 0,0 18,4 11,0 12,4 17,0 36,4 18,1 217,5Total 231,3 220,4 165,7 125,6 48,7 14,0 19,8 82,8 83,5 133,2 111,8 193,6 119,2 1430,4




CUADRO Nº 3. LLUVIAS MÁXIMAS .- (MM)Año P.Max Duración en minutos

24

horas 15 30 60 120 180 2401973 22.2 7.1 8.4 10.0 11.9 13.2 14.2

1974 20.6 6.6 7.8 9.3 11.1 12.2 13.2

1975 16.4 5.2 6.2 7.4 8.8 9.8 10.5

1993 39.0 12.5 14.8 17.6 21.0 23.2 24.9

1994 35.8 11.4 13.6 16.2 19.2 21.3 22.9

1995 34.2 10.9 13.0 15.5 18.4 20.3 21.9

1997 37.2 11.9 14.1 16.8 20.0 22.1 23.8

1998 42.7 13.6 16.2 19.3 22.9 25.4 27.3

1999 40.4 12.9 15.3 18.3 21.7 24.0 25.8

2000 31.1 9.9 11.8 14.1 16.7 18.5 19.9

2001 30.8 9.8 11.7 13.9 16.5 18.3 19.7

2002 31.0 9.9 11.8 14.0 16.7 18.4 19.8

2003 32.5 10.4 12.3 14.7 17.5 19.3 20.8

2004 50.3 16.1 19.1 22.7 27.0 29.9 32.1

200 35.6 11.4 13.5 16.1 19.1 21.2 22.7



PLUVIALES DE LOS BARRIOS HORCCOPATA, TAHUARAY, HUALLPACANCHA Y PAMPACALLE DE LA CIUDAD DE CHUQUIBAMBILLA, PROVINCIA DE GRAU - APURIMAC".5

2006 43.4 13.9 16.5 19.6 23.3 25.8 27.7

2007 37.0 11.8 14.1 16.7 19.9 22.0 23.6

2008 27.6 8.8 10.5 12.5 14.8 16.4 17.6

2009 46.0 14.7 17.5 20.8 24.7 27.4 29.4

Fuente: SENAMHI





CUADRO Nº 1. INTENSIDADES MÁXIMAS .- (MM/HORA)Duración en minutos

15 30 60 120 180 24028.4 16.9 10.0 6.0 4.4 3.526.3 15.7 9.3 5.5 4.1 3.321.0 12.5 7.4 4.4 3.3 2.649.8 29.6 17.6 10.5 7.7 6.245.7 27.2 16.2 9.6 7.1 5.743.7 26.0 15.5 9.2 6.8 5.547.5 28.3 16.8 10.0 7.4 5.954.6 32.4 19.3 11.5 8.5 6.851.6 30.7 18.3 10.9 8.0 6.539.7 23.6 14.1 8.4 6.2 5.039.4 23.4 13.9 8.3 6.1 4.939.6 23.6 14.0 8.3 6.1 5.041.5 24.7 14.7 8.7 6.4 5.264.3 38.2 22.7 13.5 10.0 8.045.5 27.1 16.1 9.6 7.1 5.755.5 33.0 19.6 11.7 8.6 6.947.3 28.1 16.7 9.9 7.3 5.935.3 21.0 12.5 7.4 5.5 4.458.8 35.0 20.8 12.4 9.1 7.3



CUADRO Nº 4. INTENSIDADES MÁXIMAS ORDENADAS (MM/H)N°

orden

T (años) Duración en minutos

15 30 60 120 180 2401 20.00 64.30 38.20 22.70 13.50 10.00 8.002 10.00 58.80 35.00 20.80 12.40 9.10 7.303 6.67 55.50 33.00 19.60 11.70 8.60 6.904 5.00 54.60 32.40 19.30 11.50 8.50 6.805 4.00 51.60 30.70 18.30 10.90 8.00 6.506 3.33 49.80 29.60 17.60 10.50 7.70 6.207 2.86 47.50 28.30 16.80 10.00 7.40 5.908 2.50 47.30 28.10 16.70 9.90 7.30 5.909 2.22 45.70 27.20 16.20 9.60 7.10 5.7010 2.00 45.50 27.10 16.10 9.60 7.10 5.7011 1.82 43.70 26.00 15.50 9.20 6.80 5.5012 1.67 41.50 24.70 14.70 8.70 6.40 5.2013 1.54 39.70 23.60 14.10 8.40 6.20 5.0014 1.43 39.60 23.60 14.00 8.30 6.10 5.00



PLUVIALES DE LOS BARRIOS HORCCOPATA, TAHUARAY, HUALLPACANCHA Y PAMPACALLE DE LA CIUDAD DE CHUQUIBAMBILLA, PROVINCIA DE GRAU - APURIMAC".15 1.33 39.40 23.40 13.90 8.30 6.10 4.90

16 1.25 35.30 21.00 12.50 7.40 5.50 4.4017 1.18 28.40 16.90 10.00 6.00 4.40 3.5018 1.11 26.30 15.70 9.30 5.50 4.10 3.3019 1.05 21.00 12.50 7.40 4.40 3.30 2.60

Fuente: SENAMHI

Para los cálculos indicados, utilizando la opción Precipitación/Cálculo intensidad máxima del Software Hidro Esta, se obtiene la siguiente ecuación:




………… (I)

R: 0.99Donde: T: AñosD: Min

1.4.3. CÁLCULO DEL TIEMPO DE CONCENTRACIÓNEl tiempo de concentración fue calculado mediante las fórmulas de kirpch y HathawayKirpch

Donde:Tc: Horas

L: MetrosS: m/m

Se aplica a áreas drenaje menores que 80 hectáreas




Hatthaway:

Donde:Tc: HorasL: KilómetrosS: m/mn: factor de seguridad

Remplazando los valores del tiempo de concentración y el periodo de retorno en la ecuación (I), Se obtiene los valores Imax, para una duración D y para una período de retorno T: 20 año.; para cada una de las calles.




1.4.4. RESULTADOS

CUADRO Nº 5. CALCULO DE INTENSIDAD MÁXIMA

CUADRO Nº 6. CÁLCULO DEL CAUDAL MÁXIMO UTILIZANDO EL MÉTODO RACIONAL




CUADRO Nº 7. DIMENSIONAMIENTO DE LA CUNETA


Estudio hidrológico

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