Hidrologia Analisis de Tormentas

8/12/2019 Hidrologia Analisis de Tormentas

1/41


2/41


3/41

iii

AGRADECIMIENTO.

Expreso mi sincero y eterno agradecimiento a la Universidad Tcnica de Machala, a la

Facultad de Ingeniera Civil, templos del saber y pensamiento.


4/41

iv

JUSTIFICACIN.

Este trabajo tiene el fin de no solo dar una explicacin de lo tratado a clases ms profundo

sino el de tener claro lo que es la hidrologa en el anlisis de tormentas para la cuenca del

rio Zarumilla y para qu es importante ya que el estudio es fundamenta en la carrera de

ingeniera civil. Este trabajo profundiza y nos despeja las dudas y para ello lo ponernos en

prctica.


5/41


6/41

vi

OBJETIVOS.

GENERALES.

El objetivo del anlisis de la lluvia de una tormenta es obtener las caractersticas(altura o cantidad, superficie afectada y duracin de la lluvia) de una tormenta

particular en el rio Zarumilla. La altura se determina a partir de las combinaciones

pertinentes de la superficie y la duracin, y usualmente se representa con tablas o

curvas. En conjunto, dichos anlisis constituyen registros tiles para el diseo de

vertedores y para la investigacin de predicciones cuantitativas de precipitacin.

Evaluar el funcionamiento de la cuenca como un sistema hidrolgico integral,estableciendo una herramienta bsica para la planificacin y gestin de los recursoshdricos en la cuenca.

ESPECFICOS.

Determinar las caractersticas fsicas de la cuenca.

Anlisis climatolgico de la cuenca.

Evaluacin del comportamiento de la precipitacin de la cuenca.

Generacin de las descargas medias en la cuenca.

Determinar la disponibilidad de la cuenca.

Determinar la demanda hdrica de la cuenca.

Anlisis de eventos extremos (mximas avenidas y sequas). Ubicacin de red de estaciones hidromtricas.


7/41

vii

INDICE.

INTRODUCCIN. .................................................................................................................................... 3

RESUMEN EJECUTIVO. ........................................................................................................................ 4

1.

ANLISIS DE TORMENTA. ........................................................................................................... 6

1.1. CONCEPTO. ................................................................................................................................... 6

1.2. DESCRIPCINDERIOZARUMILLA. ..................................................................................... 7

1.3. UBICACINDELREADEESTUDIO. .................................................................................... 8

1.4. CONSECUENCIASOEFECTOSQUEPUEDENPRODUCIR. ............................................... 8

1.5. INFORMACINSOBREINUNDACIONESHISTRICASENELRIOZARUMILLA...... 9

1.6. FACTORESQUEINTERVIENENENLASINUNDACIONESENLACUENCADELROZARUMILLA. ........................................................................................................................................... 10

1.6.1. FACTORESCLIMTICOS. .................................................................................................. 10

1.6.2. LAPRESENCIADELFENMENOELNIO. ................................................................... 10

1.6.3. FACTORESGEOLGICOSYMORFOLGICOS. ........................................................... 11

1.6.4. MORFOLGICAMENTE. ..................................................................................................... 131.6.5. FACTORESANTRPICOS. .................................................................................................. 14

1.7. ELEMENTOSFUNDAMENTALESDEUNATORMENTA. ................................................. 15

1.7.1. INTENSIDAD.. ..................................................................................................................... 15

1.7.2. DURACIN. ......................................................................................................................... 15

1.7.2.1. DURACIN DE LA TORMENTA............................................................................................... 15

1.7.2.2. INTERVALO DE DURACIN.................................................................................................... 15

1.7.2.3. PERIODO DE DURACIN.. ........................................................................................................ 15

1.7.3. FRECUENCIA...................................................................................................................... 16

1.8. ELPLUVIOGRAMA. .................................................................................................................. 16

1.9. INTERPRETACIN. ................................................................................................................... 18

1.10. HISTOGRAMADEINTENSIDADES. ...................................................................................... 191.11. DIAGRAMADEMASAS. ........................................................................................................... 20

1.12. INTENSIDADESMXIMAS. ..................................................................................................... 20

1.13. ANALISISDETORMENTA. ...................................................................................................... 21

1.14. TIEMPODECONCENTRACIN. ............................................................................................ 22

1.14.1. FORMULA DE KIRPICH. ................................................................................................... 23

1.14.2. FORMULA CALIFORNIANA. ............................................................................................ 23

1.14.3. FORMULA DE VENTURA HERAS. .................................................................................. 23

1.14.4. FORMULA DE PASSINE. ................................................................................................... 23

1.14.5. FORMULA DE KIRPICH. ................................................................................................... 24

1.15. RELACININTENSIDADDURACIN................................................................................ 24

1.16. RELACININTENSIDADPERIODODERETORNO. ....................................................... 251.17. CURVASINTENSIDADDURACINFRECUENCIA. ..................................................... 26

1.18. ECUACIONEDEINTENSIDAD. ............................................................................................... 26

1.19. HIETOGRAMA. ........................................................................................................................... 26

1.20. INFILTRACIN. ......................................................................................................................... 27

1.21. ESCURRIMIENTO. ..................................................................................................................... 28

1.22. HIDROGRAMAS. ........................................................................................................................ 28

1.23. PRIODODERETORNO. ............................................................................................................ 29


8/41

viii

1.24. CAUDALMXIMO. ................................................................................................................... 29

1.24.1. CALCULO DEL COEFI CIENTE DE ESCORRENTIA PONDERADO. .......................... 30

1.24.2. PENDIENTE MEDI A DEL LECHO................................................................................... 30

1.24.3. TIEMPO DE CONCENTRACIN. ..................................................................................... 30

1.24.4. INTENSIDAD DE DSELO EN 50 AOS SEGN SU ECUACIN................................ 31

1.24.5.

DE AQU APLI CANDO LA FRMULA DEL MTODO RACIONAL SE TENDR ELCAUDAL M AXIMO EN 50 AOS. ....................................................................................................... 31

2. CONCLUSIONES. .......................................................................................................................... 32

3. RECOMENDACIONES. ................................................................................................................ 33

4. BIBLIOGRAFA. ............................................................................................................................ 34


9/41

HIDROLOGIA ANALISIS DE TORMENTA.

3

INTRODUCCIN.

En la actualidad la Hidrologa tiene un papel muy importante en el planeamiento de los

Recursos Hdricos, y ha llegado a convertirse en pate fundamental de los proyectos de

Ingeniera Civil que tienen que ver con suministros de agua, disposiciones de aguas

servidas, drenaje, proteccin contra la accin de ros y recreacin. De otro lado, la

integracin de Hidrologa con Geografa ha conducido al uso imprescindible del

computador en el procesamiento de informacin existente y en la simulacin de ocurrencia

de eventos futuros.

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

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

importancia estn los de abastecimiento para uso poblacional, agrcola, pecuario, minero,

energtico y otros de menor envergadura como para el uso y mantenimiento de las especies

silvestres de flora y fauna existentes (uso ecolgico), por lo tanto es necesario definir, su

ubicacin, cantidad, calidad, y distribucin dentro de la cuenca.


10/41


4

RESUMEN EJECUTIVO.

El Estudio Hidrolgico de Caudales Mximos y el levantamiento de la informacin de la

Lnea Base Ambiental de la cuenca Binacional del ro Zarumilla es el resultado del

compromiso adquirido por el INAMHI con el Organismo no Gubernamental CARE

Ecuador.

El documento contiene el anlisis de datos hidrometeorolgicos de la estacin hidromtrica

La Palma de la cual se obtiene informacin de caudales mximos diarios y de las

estaciones meteorolgicas Arenillas, Chacras, Tahun, Palmales, Quebrada Seca, Hito

Bocana, Papayal, Matapalo y El Caucho que contienen informacin de precipitaciones

mximas en 24 horas.

Con el fin de obtener resultados ms confiables se aplicaron dos metodologas para laobtencin de caudales mximos correspondientes a recurrencias de 5, 10, 25, 50 y 100

aos, en las que se aplic el anlisis estadstico de los caudales mximos diarios y

precipitaciones mximas en 24 horas mediante Leyes de Distribucin, que permitieron

definir los caudales mximos de diseo referidos a las recurrencias indicadas.

Los caudales calculados estn referidos a la estacin La Palma, a partir de la cual se

generaron caudales hacia aguas abajo en los diferentes puntos perfil (secciones

transversales) hasta unos 200 m. aguas abajo del puente Bolsico en el ro Zarumilla; entotal se levantaron veinte perfiles de los cuales se discriminaron cuatro por tener datos

dudosos, adems se obtuvieron alrededor de 40 perfiles transversales del modelo digital de

terreno para complementar informacin faltante de algunas reas de la cuenca; con esta

informacin se determinaron las cotas de inundacin desde el inicio del canal internacional

hasta las ciudades de Huaquillas (Ecuador) y Aguas Verdes (Per) mediante la aplicacin

del modelo hidrulico HEC-RAS.

Los resultados obtenidos a travs de la metodologa aplicada sirvieron de base para la

elaboracin del Mapa de inundaciones por desbordamiento del ro Zarumilla en el tramo

considerado comparando con la informacin histrica de campo obtenida in situ mediante

la aplicacin de encuestas sobre inundaciones a la poblacin involucrada.

Las cotas de desborde obtenidas en el modelo, especialmente aquellas que presentaron

ciertas dudas, se verific y confront en el campo, especialmente las secciones


11/41


5

transversales ubicadas en el Pte. Internacional y Bolsico con su carretera, otras ubicadas

aguas abajo en todo el sector de camaroneras; y, con el fin de tener un mejor conocimiento

de las condiciones de la cuenca en la propagacin de crecidas se realiz un reconocimiento

de sus partes alta y media. Se determin la Lnea Base Ambiental lo que permitir conocer

preliminarmente las condiciones ambientales en que se encuentra la cuenca baja del ro

Zarumilla, en la que se asientan las poblaciones de Huaquillas y Aguas Verdes.

Finalmente y en cumplimiento de lo indicado en el Subconvenio se ha mapeado las zonas

de riesgo para los diferentes perodos de retorno, confrontando con la informacin de

campo.


12/41


6

1. ANLISIS DE TORMENTA.

1.1.CONCEPTO.

Una tormenta es el conjunto de lluvias que obedecen al mismo efecto meteorolgico y

posee caractersticas bien definidas.

El anlisis de la lluvia de una tormenta es obtener las caractersticas (altura o cantidad,

superficie afectada y duracin de la lluvia) de una tormenta particular. La altura se

determina a partir de las combinaciones pertinentes de la superficie y la duracin, y

usualmente se representa con tablas o curvas. En conjunto, dichos anlisis constituyen

registros tiles para el diseo de vertedores y para la investigacin de predicciones

cuantitativas de precipitacin.

Las observaciones de lluvia puntual se analizan conjuntamente y junto con otra

informacin. Los datos de lluvia en general consisten de observaciones totales diarias,intercaladas con unas cuantas mediciones que contienen informacin de la intensidad de

lluvia a corto plazo. Algunas veces, se aumentan estos datos con las observaciones

recabadas a travs de informes especiales, denominados estudios mediante el anlisis de

recipientes. Se puede obtener informacin adicional de mapas meteorolgicos sinpticos,

radares, informes de crecidas en pequeas corrientes y de otras fuentes.


13/41


7

1.2.DESCRIPCIN DE RIO ZARUMILLA.

La cuenca del ro Zarumilla con una extensin de 921.25 Km2 (hasta el Puente

Internacional) se encuentra compartida entre las repblicas del Ecuador y del Per en

porcentajes del 55% y 45% respectivamente. La hidrografa de la cuenca es totalmenteintermitente, por lo que ro Zarumilla tiene perodos largos de estiaje y en ciertos tiempos,

comprendidos entre marzoagosto, lleva caudales importante.

En pocas invernales y excepcionales como El Nio, el ro se desborda inundando reas y

poblaciones que se encuentran asentadas en sus mrgenes, siendo las ms afectadas las

ciudades de Huaquillas (Ecuador) y Aguas Verdes (Per). El suelo en sus partes alta,

media y baja se encuentra cubierto de un bosque seco y ralo con ciertas reas de bosque

espeso, en la parte baja y cerca de las orillas del ro Zarumilla existen extensiones de

cultivos de arroz y pltano, los mismos que riegan con agua subterrnea extrada de pozos

excavados en las mrgenes del ro.

El ndice poblacional en la cuenca es bajo, existen pocos recintos y/o poblaciones en toda

su extensin, sobresaliendo la ciudad de Huaquillas y poblaciones pequeas como:

Chacras, Balsalito, Huabillo, Bocana y Palmales en el Ecuador; y, Aguas Verdes.

El relieve de la cuenca es bastante pronunciado con cotas que varan desde los 3000

m.s.n.m. hasta los 100 m.s.n.m. cercano a Matapalo que corresponde a la parte media de la

cuenca y a partir de esta cota, el terreno varia paulatinamente hasta la cota 6 m.s.n.m que

corresponde a un terreno relativamente llano.

El ro Zarumilla es parte de la frontera entreEcuador yPer. Nace en las serranas de

Ecuador, a 850 msnm y desemboca en el Ocano Pacfico, despus de recorrer la frontera

de los dos pases en una longitud de 62.6 km. La superficie total de la cuenca abarca un

rea de 731,2 km2.Geogrficamente, sus puntos extremos de la cuenca se hallan

comprendidos entre los 03 24' y 03 53' de Latitud Sur y los 80 09' y 8023' de Longitud

Oeste.
http://es.wikipedia.org/wiki/Ecuadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Per%C3%BAhttp://es.wikipedia.org/wiki/Per%C3%BAhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ecuador


14/41


8

1.3.UBICACIN DEL REA DE ESTUDIO.

El rea de estudio se encuentra ubicada en la zona 17, Amrica del Sur, compartida entre

Ecuador y Per, delimitada por las coordenadas UTM en sus extremos de cuenca (sistema

PSAD56):Por el norte: 9615600 m. N y 585550 m. E

Sur: 9571100 m. N y 587850 m. E

Este: 9590000 m. N y 611050 m. E

Oeste: 9583750 m. N y 577300 m. E

1.4.CONSECUENCIAS O EFECTOS QUE PUEDEN PRODUCIR.

Al producirse una fuerte tormenta en las cuencas se dara lugar a mltiples daos como

desbordamientos de ros, inundaciones en ciudades, daos irreparables en obras civiles,

graves tragedias como prdidas humanas, se dara lugar a una elevada prdida econmica

en la ciudadana.


15/41


9

1.5.INFORMACIN SOBRE INUNDACIONES HISTRICAS EN EL RIO

ZARUMILLA.

La informacin de campo resulta imprescindible para definir las cotas probables de

inundacin y verificacin de los resultados obtenidos a travs del modelo hidrulico.

Al realizar un anlisis y discriminacin de la informacin recolectada se obtuvieron los

siguientes resultados:

Cuando en la parte alta de la cuenca del ro Zarumilla llueve dos o tres dasconsecutivos (fenmeno El Nio), seguro se produce una inundacin y sta llega a

la parte baja en un da aproximadamente.

Las mayores inundaciones y daos producidos corresponde a los fenmenos ElNio 1982-1983 y 1997-1998, pero si se han producido otras inundaciones

menores con desbordamientos del ro Zarumilla cada 7, 8 10 aos en promedio.

Las zonas afectadas corresponde a reas de cultivos de pltano, cacao y limnsituadas en las mrgenes derecha e izquierda en mayor porcentaje en la orilla

derecha y en mnimo porcentaje en la orilla izquierda del ro.

En la ciudad de Huaquillas las inundaciones han afectado principalmente a losbarrios: Primero de Mayo, Ecuador, Miraflores, Milton Reyes y Juan Montalvo.

En la ciudad de Aguas Verdes, las inundaciones extraordinarias han afectado casien su totalidad de acuerdo a testimonios de la gente que estuvo presente durante el

evento de inundacin.


16/41


10

1.6.FACTORES QUE INTERVIENEN EN LAS INUNDACIONES EN LA

CUENCA DEL RO ZARUMILLA.

Con el fin de confrontar, corregir y validar algunos resultados obtenidos con el modelo

HEC-RAS y tener un mayor conocimiento de la cuenca del ro Zarumilla, como parte

integral sobre la cual actan algunos factores que provocan las inundaciones, se realiz un

breve reconocimiento de campo entre el 18 al 21 de abril del 2005, por lo que parte de las

descripciones que se indican en el presente captulo tienen como base los datos obtenidos

en dicha misin.

Entre los factores ms importantes que intervienen para la formacin de las inundaciones

en la Cuenca del ro Zarumilla se pueden mencionar los siguientes:

1.6.1. FACTORES CLIMTICOS.

Estos factores son los ms importantes en la generacin de las crecidas en los cauces de la

cuenca, destacndose las precipitaciones como las formadoras de los incrementos de los

flujos o escurrimientos que, cuando se presentan de manera extraordinaria (precipitaciones

extremas), causan grandes riadas con las consecuentes inundaciones.

En este trabajo no se menciona sobre el origen de las precipitaciones en la zona dela

cuenca del Zarumilla dado que existe amplia bibliografa sobre el tema. Sin embargo, de

acuerdo al anlisis pluviomtrico y de la Informacin Obtenida Sobre Inundaciones

Histricas del presente estudio, se destaca que para ciertos periodos normales de

precipitacin ya se dan valores mximos en 24 horas que causan inundaciones menores

cada 7, 8 y 10 aos. La mayor cantidad de lluvia se concentra en las partes alta y media de

cuenca.

1.6.2. LA PRESENCIA DEL FENMENO EL NIO.Considerado como una manifestacin de la variabilidad climtica, tambin es una de las

grandes causas de las inundaciones en la cuenca del ro Zarumilla.


17/41


11

La influencia de El Nio en las costas Sur del Ecuador y Norte del Per, se manifiesta por

el aumento de temperaturas del aire y del ocano, lo que provoca alteraciones en los

recursos biolgicos en especial de la pesca, variaciones del nivel del mar, modificaciones

en los vientos y corrientes marinas y generalmente un incremento extraordinario de las

precipitaciones ( Estudio Hidrolgico- Meteorolgico en la Vertiente del Pacfico del Per

con fines de Evaluacin y Pronstico del Fenmeno El Nio para Prevencin y Mitigacin

de Desastres).

Se tienen registros de los Nios 82-83 y 97-98, considerados como muy fuertes, cuya

precipitaciones catastrficas causaron grandes inundaciones a la cuenca del ro Zarumilla.

El Nio 97-98, considerado ms fuerte que del 82-83, afect algunos barrios de la ciudad

de Huaquillas y casi en su totalidad a la ciudad de Aguas Verdes, segn testimonios de los

habitantes de dichas poblaciones e indicado en el captulo 7 del presente estudio.En el estudio hidrolgico meteorolgico antes mencionado, se establecen una serie de

curvas envolventes de caudales mximos para un periodo de retorno de 100 aos para la

Costa Peruana que se comparan con otras determinadas de terceras fuentes (Curva

envolvente mximos mundiales y Curva envolvente Costa Ecuatoriana), cuya relacin

entre Superficie (km2 )y Caudales Diarios 100 aos/superficie(m3/s/km2) para el caso del

Zarumilla corresponde a un valor de aproximado de 2.3 m3/s/km2, dato tomado en cuenta

para fines de comparacin.El rea de la cuenca del Zarumilla, hasta el Pte. Internacional, es de 921 km2 que

multiplicado por 2.3 le corresponde un caudal de 2118 m3/s, valor similar a 2129 m3/s

determinado en este trabajo para un Tr de 100 aos y al cual le corresponde una cota de

hasta 6.20 m.s.n.m. la misma que es verificada en el campo y en videos que registraron la

influencia de El Nio 97/98.

1.6.3.

FACTORES GEOLGICOS Y MORFOLGICOS.

Geolgicamente, en la parte alta de la cuenca afloran rocas metamrficas de edad

paleozoica, diaclasadas y agrupadas en la unidad San Roque, son competentes poco

erosionables pero una vez meteorizadas se disgregan en suelos arcillosos que son

fcilmente arrastrados por las lluvias.


18/41


12

En su parte media las formaciones paleozoicas han sido recubiertas por sedimentos

pliocuaternarios que conforman una amplia llanura aluvial limitada por las rocas

precmbricas metamrficas agrupadas en la unidad geolgica denominada Grupo Piedras,

las mismas que por su condicin fsica hacen que el ro Zarumilla despus de la junta con

la quebrada Palmales corra por un estrecho can de 1.5 km de longitud, estas condiciones

en pocas invernales son propicias para la formacin de una represa natural debido al

taponamiento del can por la acumulacin de palizadas, sedimentos y dems materiales

que deben ser arrastrados por el ro y la quebrada antes indicados. En este sitio, cuya rea

es de 612km2 (coordenadas: 591515E y 9596328N), durante el fenmeno El Nio 97/98

debe haberse producido un caudal mximo aproximado de 1408 m3/s (aplicando curvasenvolventes); es importante en lo posterior realizar el estudio para conocer el volumen de

embalsamiento que podra haberse producido en El Nio 97/98 hasta el punto de

confluencia que se est analizando.


19/41


13

De presentarse la situacin antes mencionada, inicialmente el can actuara como uncontrol de laminacin del flujo acumulado, pero una vez producido el taponamiento estellegar a colapsar con la consecuente inundacin hacia aguas abajo.

La parte baja de la cuenca est constituida por una llanura aluvial conteniendo depsitosterciarios y cuaternarios que conforman una unidad hidrogeolgica conocida como elacufero Zarumilla; el lecho del ro est compuesto por aluviales modernos de pocapotencia, situacin que es aprovechada por los moradores del lugar para excavar pequeospozos para captar el agua subterrnea.

1.6.4. MORFOLGICAMENTE.

El ro Zarumilla nace de la Cordillera Larga y desciende con pendientes moderadas con

anchos importantes que varan entre los 60 a 100m, en ciertos tramos lo hace formando

meandros, pequeos saltos y pozas profundas, hasta recibir las aguas de la Qda. Palmales

que desciende desde la Cordillera Tahuin con una pendiente moderada. En el punto de

coordenadas 591056E y 9687444N cuya rea de cuenca es 291 km2 , aguas arriba del sitio

conocido como La Meza, se encontr huellas de la crecida a la cual subi el nivel de aguas

del ro de hasta 3.5 m. desde la parte baja del cauce y con un ancho de aproximadamente

100, debido al Nio 97/98.


20/41


14

Con los datos antes indicados y presumiendo una velocidad de 2m/s (valor considerado

para este tipo de fenmenos), se alcanza un caudal aproximado de 700 m3/s, en este mismo

punto se obtiene por el mtodo de curvas envolventes un caudal de 669 m3/s. Estas

estimaciones indican que en la parte alta de la cuenca ya se generan caudales de

magnitudes importantes.

1.6.5. FACTORES ANTRPICOS.

Son los ms importantes y que mayor incidencia tienen para la formacin de las

inundaciones.


21/41


15

La aparte alta con una leve intervencin, an mantiene las caractersticas naturales propias

de la cuenca; en la parte media la intervencin es mayor pero se mantiene con vegetacin,

especialmente de prados, sembros y reas boscosas que an se conservan; estas

caractersticas hidrolgicamente ayudan al control de las inundaciones por la retencin y

laminacin del flujo de agua.

La parte baja prcticamente es totalmente intervenida; la presencia de la Carretera

Panamericana construida sin el drenaje adecuado desde el Pte. El Bolsico hasta Nuevo

Aguas Verdes con una extensin de 1 Km. y con cotas que alcanzan lo 6.20 m.s.n,

cimentada en el cauce natural, crea un obstculo para el desfogue normal de las aguas en

caso de crecidas; este inconveniente se refleja en los resultados obtenidos del Modelo

HEC-RAS que arroja cotas mayores a las alcanzadas en secciones analizadas aguas arriba.

1.7.ELEMENTOS FUNDAMENTALES DE UNA TORMENTA.

En base a la utilidad que presentan para el diseo se distinguen tres elementos:

1.7.1. INTENSIDAD.- Es la cantidad de agua cada por unidad de tiempo, se expresaen mm/h.

1.7.2. DURACIN.-En el anlisis de tormenta se distinguen:

1.7.2.1.DURACIN DE LA TORMENTA: Es el tiempo total de la tormenta

transcurrido desde el inicio de la tormenta hasta el final.

1.7.2.2.INTERVALO DE DURACIN: Es el tiempo transcurrido entre dos cambios

de intensidad dentro de la tormenta.

1.7.2.3.PERIODO DE DURACIN: Es un periodo de tiempo determinado adoptado

dentro del total que dura la tormenta, por lo general se habla de periodos de 5,

10, 15, 20, 30, 60, 120, 240, 360 minutos.


22/41


16

1.7.3. FRECUENCIA.- Es el nmero de veces que se repite una tormenta deintensidad y duracin definida en un periodo de tiempo mas o menos largo

tomado en aos.

La intensidad de una tormenta se realiza en base al anlisis del pluviograma de ella, en

cambio la frecuencia requiere del anlisis de una serie de tormentas en una estacin dada.

1.8.EL PLUVIOGRAMA.

Es el anlisis de las tormentas, se realiza en base al anlisis de los registros de los

pluvigrafos, ya que estos al monitorear la tormenta en forma continua permiten la

identificacin y anlisis de las tempestades, el pluviograma consta de:

Una escala horizontal en la que se registra el tiempo transcurrido (generalmenteentre las 7h00 del da en que es colocada y las 7h00 del siguiente da).

Escala vertical que corresponde a la altura de lluvia, hinchando en la parte inferiorcon 0 mm hasta la parte superior con 10 mm.

El registro se realiza en una faja a travs de lneas que pueden ser inclinadas cuando hay

lluvias verticales cuando el trazador alcanza el nivel mximo por lo que el aparato se

desplaza verticalmente hacia abajo, para alcanzar el lmite inferior y posteriormentecontinuar el registro y horizontales cuando no hay lluvias.

El inicio y fin de una tormenta se identifica por estar precedidos y seguidos

respectivamente de periodos considerables de tiempo sin lluvias. Sin embargo no es raro

que a lo largo de las tormentas se produzcan cortos periodos de tiempo sin lluvias, pues

mientras contine la perturbacin meteorolgica lo que suceda en ella pertenece al mismo

fenmeno.

La representacin grfica de los datos pluviomtricos se deduce de los aparatos requeridos

para su medicin: los pluvimetros y pluvigrafos. Los primeros consisten esencialmente

en un recipiente graduado, que recoge la lluvia cada en una abertura de su parte superior,

de superficie conocida. Conforme cae la lluvia, el nivel del depsito va aumentado y su

altura representa la precipitacin acumulada desde el principio de la lluvia. Cuando el


23/41


17

pluvimetro dispone de un sistema que registra de forma continua la altura de lluvia

acumulada en el recipiente se denomina fluvigrafo y el registro obtenido pluviograma.

Si durante el tiempo que dura la observacin hay un lapso en el que no se produce

precipitacin alguna, su representacion grafica es una horizontal que cubre ese lapso. La

pendiente del pluviograma nos define la intensidad de la lluvia en cada instante I=dp/dt,

concepto que aplicado a un determinado intervalo tiempo nos proporcionara la intensidad

media de precipitacin durante el mismo como Im=P/t. La unidad de medida de la

intensidad de precipitacin ms habitual es el mm/h.

A partir del pluviograma es posible representar diagramas de barras que representen las

variaciones de la altura de precipitacin o de su intensidad en intervalos de tiempo

previamente seleccionados y que se denomina hietogramas. El hietograma de alturas de

precipitacin se construye dividiendo el tiempo que duro la tormenta en n intervalos ymidiendo la altura de precipitaciones que se obtuvo en cada uno de ellos.


24/41


18

Las mayores intensidades de las lluvias se producen en lapsos muy cortos y cuando ms se

alarga la duracin considerada, menor es la intensidad relativa. Por este motivo, para una

determinada localizacin, la intensidad de lluvia cada en una hora es mayor que la

correspondiente a dos horas y esta a su vez mayor que la correspondiente a 6 horas, aunque

con las cantidades totales de precipitacin ocurra lo contrario.

1.9.INTERPRETACIN.

El propsito del anlisis es llegar a establecer intensidades mximas de una tormenta para

cada uno de los periodos de duracin seleccionados, para ello se deben ubicar los puntos de

cambio de pendiente y los trazos por ellos delimitados, los que se caracterizan por:

Es de observar que la intensidad corresponde a la pendiente del tramo, por los que cada

cambio de pendiente corresponde a un cambio de intensidad dentro de la misma tormenta.


25/41


19

Mediante el anlisis de la cuenca del rio Zarumillas, con los registros histricos de la

misma podemos determinar el pluviograma a travs de todo el ao.

1.10. HISTOGRAMA DE INTENSIDADES.

Es un histograma confeccionado en base a los criterios de estadsticas, graficndose en

ordenadas las intensidades y en abscisas el tiempo en el que sucedieron, a partir de este


26/41


20

grafico se puede establecer la hora en la que la tormenta adquirio su mxima intensidad, su

valor y el tiempo en que se mantuvo.

1.11. DIAGRAMA DE MASAS.Es la representacin grafica de la cantidad acumulada de agua cada, en el eje de las

ordenadas y en abscisas se representa el tiempo al que corresponden.

En este diagrama la pendiente a la curva en cualquier punto representa la intensidad

instantnea de la lluvia considerada.

Mediante los datos encontrados en el estudio de la cuenca del rio Zarumilla encontramos lo

siguientes registros, mediantes los cuales determinamos la curva masa.

1.12. INTENSIDADES MXIMAS.

Es necesario determinar las intensidades mximas de una tormenta para varios periodos de

duracin ya que a lo largo de una tormenta las intensidades varan constantemente. Si se

considera que la intensidad mxima es la relacin i=dP/dt es decir entre la lluvia recogida

durante un periodo de duracin (dP) y el periodo de duracin (dt) se observa que ha mayor


27/41


21

periodo de duracin menor intensidad por unidad de tiempo y viceversa, considerando, eso

si, un mismo dP.

Para determinar las intensidades mximas es necesario contemplar periodos de duracin de

5, 15, 20, 30, 60, 120, 240, 360 minutos, y la obtencin de las intensidades mximas se

basa en que, para cada periodo de duracin, se realice todas las combinaciones posibles de

intensidades consecutivas, adaptndose como intensidades maximas el mayor de los

resultados obtenidos.

1.13. ANALISIS DE TORMENTA.

Una vez conocida la intensidad y duracin de las tormenta, es necesario determinar las

frecuencias con que una determinada tormenta se va a repartir con el tiempo. Para esto es

necesario analizar una serie de tormentas registradas en una estacin dada, conformandoregistros histricos de intensidades mximas para cada periodo de duracin. Las

intensidades deben ser mximas es decir la correspondiente al mayor valor de todas las

intensidades mximas de cada periodo de duracin.

Para determinar la frecuencia se procede a ordenar de forma decreciente e

independientemente del tiempo los valores de intensidad mxima correspondiente a cada

CDIGO ESTACIN DURACIN

5min


28/41


22

periodo de duracin, procedindose luego a calcular la frecuencia correspondiente

aplicando la ecuacin:

F= m/(n+1)

Siendo esta frecuencia al nmero de veces en que la intensidad es alcanzada o superada

dentro del periodo de observacin.

En base a la frecuencia se puede determinar el periodo de retorno Tr que se define como el

tiempo en el que se espera la ocurrencia de un suceso de igual o mayor magnitud al valor

en analisis por una sola vez, expresndose en aos. Se calcula con:

Tr= 1/f.

Por la relacin existente entre el periodo de retorno y la frecuencia y de esta con el nmero

de orden y la cantidad total de datos, se deduce que en una serie determinada se tendrn

tantos valores de Tr cuanto registro (n) existan. En la practica el periodo de retorno es unvalor conocido y lo que se desea es conocer la magnitud del evento que corresponde a tal

periodo de retorno, el problema surge cuando la serie no abarca al Tr solicitado

necesitndose en esos casos realizar extrapolaciones, es decir, por ejemplo, a partir de un

registro de 20 aos extrapolar para un valor de 100 aos.

En estas condiciones se debe buscar la distribucin de probabilidad terica que ms se

ajuste a los datos medidos y usar esta funcin para la extrapolacin.

1.14. TIEMPO DE CONCENTRACIN.

Tambin denominado tiempo de repuesta o de equilibrio, se define como el tiempo para

que durante un aguacero uniforme, se alcance el estado estacionario: es decir, el tiempo

necesario para que todo sistema contribuya eficazmente a la generacin de flujo en el

desage. Se atribuye muy comnmente el tiempo de concentracin al tiempo que tarda una

partcula de agua cada en el punto de la cuenca ms alejado del desage en llegar a este.

Esto no corresponde la fenmeno real, pues puede haber puntos de la cuenca en los que el

agua cada tarde ms en llegar al desage que el ms alejado. Adems debe tenerse claro

que el tiempo de concentracin de una cuenca no es constante.

A continuacin se muestra algunas de las formulas empricas.


29/41


23

1.14.1.FORMULA DE KIRPICH.

Tc= tiempo de concentracin en minutos.

L= longitud del cauce principal en metros.

S= diferencia de las cotas extremas de la cuenca dividida para L.

1.14.2.FORMULA CALIFORNIANA.

Tc= tiempo de concentracin en horas

L= longitud del cauce en km.

J= pendiente de la cuenca en m/m.

1.14.3.FORMULA DE VENTURA HERAS.

Tc= tiempo de concentracin en horas.

L= longitud del cauce en km.


1.14.4.FORMULA DE PASSINE.

Tc= tiempo de concentracin en horas.

A= rea de la cuenca en km.


30/41


24

L= longitud del cauce principal en km.


1.14.5.FORMULA DE KIRPICH.

Tc= tiempo de concentracin en minutos.

Lr= longitud del cauce en metros.

H= diferencia de elevaciones en metros.

Mediante los datos obtenidos de la cuenca de estudio podemos determinar el tiempo de

concentracin, utilizaremos la frmula planteada por Kirpich.

(

)

Tc=1019.4 min.

Tc=16.99 horas.

1.15. RELACIN INTENSIDADDURACIN.

La relacin es inversamente proporcional ya que a pequeas duraciones mayores

intensidades y viceversa. Es por eso que el anlisis se realiza primero para cortas

duraciones hasta varias horas, siendo las ms comunes 5, 10, 15, 20, 30, 45 minutos y 1, 2,

3, 6, 12, 24 horas. Los 5 minutos corresponden al intervalo de tiempo mnimo del que se


31/41


25

puede realizar lecturas del registro pluviogrfica con una aceptable precisin y 24 horas

por que para duraciones mayores se puede utilizar los registros de los pluvimetros.

Mediante los datos obtenidos de la cuenca estudiada podemos determinar la curvaIntensidadDuracin.

1.16. RELACIN INTENSIDADPERIODO DE RETORNO.

Es directamente proporcional ya que conforme aumenta el periodo la intensidad tambin

aumenta y viceversa.

Para el anlisis se establece el periodo con el que se suceden adaptndose 5, 10, 15, 20, 25,

50, 100, 500 aos.


32/41


26

1.17. CURVAS INTENSIDADDURACINFRECUENCIA.

Estas graficas corresponden a la representacin grfica de los resultados obtenidos del

anlisis probabilstico de intensidades, se las confecciona disponiendo las intensidades

mximas probables en ordenadas y las duraciones de la lluvia en abscisa, para cada periodo

de retorno considerado, obtenindose una familia de curvas Intensidad Duracin

Frecuencia.

La representacin se puede realizar en base a escalas aritmticas los puntos conforman una

curva asinttica que en ocasiones dificulta la interpretacin de resultados, por lo que

generalmente se utiliza una representacin en escala logartmica obtenindose

alineamientos rectos que brindan mayores facilidades para la lectura de resultados.

1.18. ECUACIONE DE INTENSIDAD.

Para eliminar la subjetividad que se presenta al interpolar grficamente en las curvas

Intensidad Duracin Frecuencia, se acostumbra determinar expresiones matemticas

que las representen.

I= a/(t+b).I= Intensidad mxima probable.

t= tiempo estimado de duracin de la lluvia con intensidad I.

a y b= constantes que dependen de la regin y el periodo de retorno.

Mediante los datos de las ecuaciones para determinar las intensidades mximas podemos

determinar los siguientes clculos para periodos de retornos de 5, 10, 25, 50, 100 aos y un

tiempo estimado de 5, 10, 50, 100 minutos.

1.19. HIETOGRAMA.

Es un diagrama de barras que relaciona la profundidad de lluvia o intensidad en funcin

del tiempo, al tratarse de un hietograma de intensidad se puede visualizar la variacin de

intensidad de la lluvia con el tiempo: por lo general se emplean intervalos de igual


33/41


27

duracin donde se supone que la intensidad es constante. Los intervalos se escogen segn

el anlisis requerido y el procedimiento para obtener los datos. A travs de este grafico se

logra tener una idea de la tendencia de distribucin de las lluvias en una tormenta. Su

construccin se realiza a manera de un histograma.

Mediante los datos obtenidos en el estudio de la cuenca determinamos la siguiente grafica

correspondiente al hietograma de un periodo de 8horas.

1.20. INFILTRACIN.

La infiltracin se define como el proceso por el cual el agua penetra por la superficie delsuelo y llega hasta sus capas inferiores. La infiltracin desempea un papel fundamental en

los procesos de escorrenta como respuesta a una precipitacin da en una cuenca:

dependiendo de su magnitud lluvias de iguales intensidades, pueden producir caudales

diferentes su papel en fundamental tambin en el estudio de la recarga de acufero.

Existen muchos factores que controlan la infiltracin en un rea determinada, por lo que su

estimacin confiable es bastante difcil y es imposible obtener una relacin nica entre

todos los parmetros que la condicionan.


34/41


28

1.21. ESCURRIMIENTO.

El escurrimiento se define como el agua que viene de la precipitacin que circula sobre o

bajo la superficie terrestre y que llega a una corriente para luego ser drenada hasta la salida

de la cuenca. Una parte del agua que llega a la superficie terrestre, es retenida y evaporada,

la restante se mueve superficialmente, subterrneamente, hasta la salida de la cuenca.

El agua proveniente de la precipitacin, se infiltra en las capas superiores del suelo

saturado, posteriormente se llenan las depresiones del terreno y el agua empieza a escurrir

sobre la superficie, produciendo el escurrimiento sobre el terreno. El agua se mueve

infiltrndose parcialmente y evaporndose en pequeas cantidades, hasta llegar a un curso

permanente, en donde el flujo se convierte en escurrimiento de corrientes. El escurrimiento

sobre la superficie y en corrientes forma el denominado escurrimiento superficial.El agua que se infiltra escurre cerca de la superficie del suelo en forma ms o menos

paralela a l, conocindose como escurrimiento subsuperficial. Aquella que se infiltra a

niveles inferiores al fretico forman el escurrimiento subterrneo.

Por su naturaleza, el escurrimiento superficial es el que llega ms rpidamente a la salida

de la cuenca por lo que esta relacionado directamente con la precipitacin en exceso o

efectiva. El escurrimiento subterrneo es el que ms tarda en llegar a la salida de la cuenca,

pudiendo tardar aos en llega, por lo que no se lo puede relacionar a una tormenta enparticular, debido a que se produce bajo el nivel fretico es el nico que alimenta cuando

no hay lluvias, y por eso se dice que forma el escurrimiento base. El escurrimiento

subsuperficial puede ser tan rpido como el superficial o tan lento como el subterrneo.

En el estudio de cuencas hidrogrficas los verdaderamente importante es la rapidez con la

que ella responde a una tormenta, pues esto determina la magnitud de las correspondientes

avenidas.

1.22. HIDROGRAMAS.

Un hidrograma es una grfica que relaciona el caudal con el tiempo (caudal se define como

el volumen de escurrimiento por unidad de tiempo).


35/41


29

1.23. PRIODO DE RETORNO.

Se denomina periodo de retorno (Tr) al tiempo que requiere para que un evento de

magnitud dada se repita en promedio. Es decir que si una descarga de 300m/s en en cierto

rio tiene un periodo de retorno de 2 aos significa que en promedio, cada dos aos una

descarga de tal magnitud sera observada en dicho rio.

Para calcular el periodo de retorno de las maximas descargas se emplea la relacion:

Tr= (n+1)/m.

En la que n es el umero total de descargas anuales observadas, es decir el numero de

registros y m es el numero de orden de la magnitud dada cuando todas las descargas son

colocadas en orden decreciente.

1.24. CAUDAL MXIMO.

Es la mxima descarga de un rio al caudal que haya sobrepasado a todos los dems

observados durante un tiempo dado. Las maximas descargas en un rio se denominan

avenidas. Se considera que una creciente es cualquier caudal alto que desborde los

terraplene ya sea naturales o artificiales a lo largo de la corriente y son los responsables de

una serie de problemas cuando no son controlados, produciendo inundaciones, daos enestructuras hidrulicas de control, conduccin y almacenamiento cuando sus dimensiones

son inferiores a las que corresponden a dicha descarga mxima. Por esta razn el anlisis

de las mximas descargas tienen por objetivo el estudiar el comportamiento de estos

eventos, es el poder pronosticarlos dentro de ciertos lmites y determinar las dimensiones

ms convenientes para obras de ingeniera cuyo objetivo es el control o manejo de las

avenidas.

Q=

Q=


36/41


30

1.24.1.CALCULO DEL COEFICIENTE DE ESCORRENTIA PONDERADO.

1.24.2.PENDIENTE MEDIA DEL LECHO

LONGITUD DEL CAUSE PRINCIPAL = 88030M COTA MXIMA CAUSE PRINCIPAL = 450 MSNM COTA MINIMA CAUSE PRINCIPAL = 21 MSMN

1.24.3.TIEMPO DE CONCENTRACIN.

( )

DESCRIPCION

AREAPARCIAL

(HA) CI

CI*AI

(HA)

VIVIENDA UNIFAMILIAR 48543 0,62 30096.66ZONA DE CULTIVOS, SUELOSSEMIPERMEABLES, PENDIENTE SUAVE 26000 0,53 13780

ZONA INDUSTRIAL DENSIDAD BAJA 8343 0,67 5589.81

TOTALES 82886 49466.47


37/41


31

1.24.4.INTENSIDAD DE DSELO EN 50 AOS SEGN SU ECUACIN

1.24.5.DE AQU APLICANDO LA FRMULA DEL MTODO RACIONAL SETENDR EL CAUDAL MAXIMO EN 50 AOS.


38/41


32

2. CONCLUSIONES.

La precipitacin media anual en la cuenca es de 767.6 mm. y los meses menoslluviosos corresponden al perodo de junio a noviembre, periodo en el cual el ropermanece sin agua en su mayor parte.

Los caudales y cotas seleccionadas para la elaboracin del mapa de inundacionesde la parte baja de la cuenca del Zarumilla ( puente internacional, Huaquillas y

Aguas verdes) son aquellos obtenidos a travs de la distribucin log normal de tres

parmetros que dan caudales mayores a los de valores extremos tipo I y, estos

valores en cierta manera se asemejan a los producidos por los fenmenos extremos

del El Nio, lo que permiti delimitar reas vulnerables con mayor confianza lo que

servir para una buena planificacin.


39/41


33

3. RECOMENDACIONES.

Se debera tomar en cuenta la morfologa del ro para hacer obras de proteccin delas dos orillas como un Proyecto Binacional.

Se recomienda tomar muy en cuenta la realizacin de un Plan Director Binacionalconjunto entre Ecuador y Per que incluya la recuperacin del Canal Internacional

tomando en cuenta a todos los actores sociales, econmicos, polticos y tomadores

de decisin.


40/41


34

4. BIBLIOGRAFA.

VEN TE CHOW, Hidrulica de los canales abiertos, Edit. Diana, 1era. De., Mxico, 1986.

INAMHI, Estudio de Lluvias intensas de 1999.

CEDEX, Apuntes del Master de Hidrologa General y Aplicada de Carlos Gutirrez, 2000.

MARTA GONZALEZ DEL TANAGO, Restauracin de ros y riberas, escuela tcnica

superior de Ingenieros de Montes, Madrid -1998.

M.O.P. Curso de Drenaje de obras viales Ecuador, mayo-1981.

INSTITUTO NACIONAL DE CIENCIA Y TCNICA HDRICAS CENTRO

REGIONAL ANDINO, Manual del Usuario HYMO 10. 1990.

FRANCISCO JAVIER FERRER (CEDEX), Recomendaciones para el clculo

Hidrometeorolgico de Avenidas, 1993.

NOAA/WMO Training Course on Hidrological Forecasting. 1992.

SISA, Estudio definitivo para la reconstruccin de la infraestructura afectada por el

fenmeno El Nio en el departamento de TumbesInforme Final. Diciembre 2000.

OEA, Pronstico Hidrolgico para pequeas cuencas.

Los datos recopilados para Aguas Verdes han sido obtenidos de la informacin estadstica

disponible, que se remite a los Censos efectuados en 1993 y 1994.


41/41


Las proyecciones utilizadas para aos posteriores son las oficiales o en su defecto, se

extrapolan los resultados asumiendo hiptesis congruentes con la proyeccin general del

INEI.

En el caso de Ecuador, los datos presentados son datos censales del ao 2001, presentados

en el SIISE.

Estudio Hidrolgico de la Cuenca del Ro Zarumilla, INAMHI, 2005

Hidrologia Analisis de Tormentas

Documents

Transcript of Hidrologia Analisis de Tormentas