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II. ANALISIS DE LA FUENTE La subcuenta del río Chiquiacá pertenece a la cuenca del río Tarija, presenta un curso permanente con variación estacional de sus caudales presentándose el máximo en los meses de enero - febrero y el mínimo en el mes noviembre. La cuenca hidrográfica del río Chiquiacá, presenta un área de 290 Km2 y una pendiente media de 4.5 %, con una cobertura vegetal del 95 %. El análisis de la fuente consiste en realizar un estudio hidrológico que nos permita: Estimar los volúmenes de agua disponibles con fines de riego definidos por los caudales mínimos. Estimar caudales máximos ocurridos en eventos extremos, con diferente probabilidad de ocurrencia, para realizar el diseño del aliviadero de crecidas de la presa derivadora. Se realizó el análisis de agua procedente del río Chiquiaca, y el resultado nos da la aprobación de la calidad del agua para ser usada con fines de riego. INFORMACION DISPONIBLE La información disponible para realizar el estudio hidrológico es la siguiente: Cartografía del Instituto Geográfico Militar (IGM) Los mapas utilizados fueron:

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II. ANALISIS DE LA FUENTE

La subcuenta del río Chiquiacá pertenece a la cuenca del río Tarija, presenta un curso permanente con variación estacional de sus caudales presentándose el máximo en los meses de enero - febrero y el mínimo en el mes noviembre. La cuenca hidrográfica del río Chiquiacá, presenta un área de 290 Km2 y una pendiente media de 4.5 %, con una cobertura vegetal del 95 %. El análisis de la fuente consiste en realizar un estudio hidrológico que nos permita:

Estimar los volúmenes de agua disponibles con fines de riego definidos por los caudales mínimos.

Estimar caudales máximos ocurridos en eventos extremos, con diferente probabilidad de ocurrencia, para realizar el diseño del aliviadero de crecidas de la presa derivadora.

Se realizó el análisis de agua procedente del río Chiquiaca, y el resultado nos da la aprobación de la calidad del agua para ser usada con fines de riego.

INFORMACION DISPONIBLE

La información disponible para realizar el estudio hidrológico es la siguiente: Cartografía del Instituto Geográfico Militar (IGM)

Los mapas utilizados fueron:

Hidrometeorología

No existen datos metereológicos en la cuenca del río Chiquiaca, por lo tanto para realizar las estimaciones de las variables hidrológicas utilizaremos datos de las cuencas más cercanas y de similares características climatológicas y de altitud. Registros del Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI) de lasestaciones: Salinas y El Pajonal.

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Estudio Integrado de los Recursos Naturales del Departamento de Tarija

Mapas de cobertura vegetal y riesgos de erosión a escala 1:500.000.

Inspección de campo

Se realizaron varias visitas al lugar del proyecto, durante las cuales se inspeccionó toda elÁrea de influencia del proyecto, especialmente la posible ubicación de la obra de toma.

Levantamiento Topográfico

El levantamiento topográfico realizado por la consultora comprende un levantamiento delÁrea de influencia del proyecto levantamiento a detalle de la obra de toma, levantamientoDel alineamiento horizontal y vertical para el trazo del canal, secciones transversales.

HIDROLOGÍA E HIDROMETRÍA.

PRECIPITACIONES

La comunidad de Chiquiacá, no cuenta con estación meteorológica, sin embargo se dispone de la información de las estaciones de Salinas, el Pajonal y Narváez, siendo estas las más cercanas a la cuenca en estudio y cuyas datos de presentan en los anexos.

Se tiene registros de precipitaciones medias mensuales y de precipitación máxima en 24 horas, sin embargo se trata de series de no más de 15 años, las series de tiempos no son continuas presentando algunos vacíos que se completan mediante la correlación entre las diferentes estaciones.

Analizando la información disponible podemos decir lo siguiente:

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Se asume que el año hidrológico empieza en Septiembre.

Desde el punto de vista de la distribución espacial de la precipitación, en las proximidades de Chiquiaca se tiene una precipitación alta, cuyo valor promedio anual es de 1300 mm.

La variabilidad de los registros es importante y en algunos casos el desvío estándar de la serie resulta ser del orden del valor que se considera.

La amplitud del registro muestra que existe una gran diferencia entre los valores de un año seco y un año húmedo.

Es conveniente utilizar los registros de precipitación de la estación Salinas, pues resultan ser los más representativos del área de estudio.

TEMPERATURA

Los valores de temperatura varían entre 23 ºC en diciembre y 14 ºC en julio. Las series de tiempo no son continuas y presentan diferentes vacíos. Por tanto, se conformaron los años hidrológicos aceptando alguna falta razonable de información, que luego se completó con los promedios más significativos.

De acuerdo al análisis de la información se tiene:

La temperatura presenta valores medios bien definidos y los desvíos estándares de las series de tiempo analizadas son pequeños.

Los valores son típicos del área de estudio.

A. ESTIMACION DE CAUDALES MINIMOS

No existe datos de caudales ni de aforos realizados en el río Chiquiacá, por lo que es casi imposible realizar la estimación de caudales mínimos, el hacerlo nos llevaría a cometer errores muy groseros, sin embargo pueden estimarse los caudales medios anuales y mensuales, mediante la modelación matemática respectiva, partiendo de los datos de precipitaciones de Estaciones Meteorológicas cercanas a la subcuenca en cuestión y de similares características.

La estación de Entre Ríos, realizó la medición de caudales en el río Santa Ana, por lo tanto disponemos de los datos obtenidos de esta medición y que fueron recopilados del ESTUDIO HIDROLOGICO MICROCENTRAL TERMOELECTRICA SALINAS, elaborado en el año 1983 por ENDE.

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Seleccionando los caudales mínimos de cada año hidrológico obtenemos una serie de datos de caudales mínimos:

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P.C.H. ENTRE RIOSRIO SANTA ANAESTACION ENTRE RIOSCAUDALES MINIMOS (m3/s

Para esta serie de caudales mínimos determinamos la probabilidad de ocurrencia, obteniendo:

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RIO SANTA ANACAUDALES MINIMOS (m3/s)CON PROBABILIDAD DE OCURRENCIA

Donde P es la probabilidad de ocurrencia expresada en porcentaje.

Esta información permite estimar los caudales mínimos para la cuenca del río Chiquiacá, mediante un artificio matemático:

´

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Dónde:

Q Chiquiaca = Caudal mínimo en Chiquiaca.Q Santa Ana = Caudal mínimo en Santa Ana.f = factor de corrección que depende del área y la precipitación.A =Área de la cuenca.P = Precipitación media anual en la cuenca.

El factor de corrección depende directamente de la variación del área de la cuenca y la precipitación que se presenta en la zona de estudio.

A Chiquiaca = 290,00(Km 2 )

A SantaAna = 57,00(Km 2 )

P Chiquiaca = 1300mm P SantaAna = 650mm

f = 10.175

Afectando con este valor f la serie de Caudales mínimos obtenidos para el río Santa Ana, estimamos los caudales mínimos probables para el río Chiquiacá, con su probabilidad de ocurrencia.

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RIO CHIQUIACACAUDALES MINIMOS (m3/s)CON PROBABILIDAD DE OCURRENCIA

Cuando se trata de proyectos de aprovechamiento de recursos hídricos como en el presente que se captará agua para su aprovechamiento en un sistema de riego lo recomendable es adoptar valores que se encuentren entre el 75 % y 100 % de probabilidad de ocurrencia, un valor aceptable es el 80 %; por tanto nuestro caudal disponible será de 4.78 metros cúbicos con una probabilidad de ocurrencia del 80 %.

Q disponible = 4.78 (m3 / s)P ocurrencia= 80%

ESTIMACION DE CAUDALES MAXIMOS

La estimación del caudal máximo probable para un cierto período de retorno T (en años) para diferentes probabilidades de ocurrencia nos servirá para el diseño del aliviadero decrecida, en la obra de toma; con el cual podremos determinar todas las características deuna determinada sección crítica y otras condiciones hidráulicas que nos permitan diseñar la presa en altura, profundidad de los cimientos, etc.

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Para el cálculo de los caudales máximos probabilísticos emplearemos el método racional cuya expresión matemática es:

Q = 2.78*C*i*A

Donde:

C = Coeficiente de escorrentía, (adimensional).i = La Intensidad de precipitación para un cierto tiempo de concentración en, (mm/h).A = Área de la cuenca aportante en, (ha).

Se inicia este análisis calculando la intensidad para posteriormente aplicar la fórmula del método racional.

1. ANÁLISIS DE FRECUENCIA DE PRECIPITACIÓN

Para el cálculo de la intensidad, se debe efectuar un análisis de frecuencia de precipitación con la finalidad de establecer las curvas de intensidad-duración-frecuencia, y sus correspondientes ecuaciones para diferentes periodos de retorno.

Período de retorno T (años) es el tiempo que transcurre en el cual una cierta variable hidrológica es alcanzada o excedida al menos una vez con una probabilidad (P = 1/T). Su estimación tiene que ver con la determinación del riesgo hidrológico con el que se diseña una cierta obra.

Posteriormente se define el período de retorno más aconsejable para este tipo de obras.

El tiempo de concentración (t), es el tiempo que tarda el agua o una determinada gota de agua en llegar desde el punto más remoto de la cuenca hasta el punto de control hidrológico, su determinación se los efectuará posteriormente.

Para efectuar el análisis de frecuencia de precipitaciones, se debe contar con datos de precipitaciones de la estación más cercana con condiciones de clima, de precipitación, de altura, etc., similares al punto donde se implementará el proyecto.

Para este caso partiremos de los datos pluviométricos de la estación de Carreras de los años hidrológicos 1975 al 1983 y luego de años aislados 1985, 2000 y 2002. La distancia de la estación al punto del proyecto es de aproximadamente 25 Km.

Con estos datos efectuaremos el análisis de frecuencia utilizando la ecuación de Ven Te Chow, para el cálculo de la altura de precipitación diaria para un cierto periodo de retorno T mediante la siguiente ecuación:

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Para el presente caso tenemos los datos extraídos del pluviómetro de la Localidad de Salinas para el periodo señalado anteriormente: precipitaciones máximas diarias.

PRECIPITACIONES MÁXIMAS DIARIAS

Para este análisis emplearemos la Ley de Gumbel, y para esta ley Kt tiene la siguienteecuación:

Donde :

T = Período de retorno en, (años).

Los coeficientes Kt (factor de frecuencia de Gumbel) para diferentes periodos de retorno ylas alturas de precipitación diarias correspondientes calculadas con la ecuación de Chowson:

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Calculando la media y desviación estándar de la serie de valores de la tabla de Precipitaciones Máximas Diarias tenemos:

Aplicando la ecuación de Vente Chow y el coeficiente Gumbel tenemos:

Para el cálculo de las alturas de precipitación de 2 a 24 horas empleamos la siguiente ecuación:

Aplicando la ecuación anterior tenemos:ALTURAS DE PRECIPITACION DE 2 A 24 HORAS (mm)

Para obtener los valores de la altura de precipitación para tiempos memores a 2 horasextrapolamos las curvas de alturas de precipitación que son las siguientes:

Las condiciones de borde son las siguientes: para t = 0 h = 0

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Los valores de las alturas extrapolados son los Siguientes:

ALTURAS DE PRECIPITACION INCLUYENDO DATOSEXTRAPOLADOS ENTRE 0 Y 24 HORAS (mm)(Valores no ajustados)

CÁLCULO DE LA INTENSIDAD DE PRECIPITACIÓN

Para calcular la intensidad de precipitación, con los valores de la anterior tabla empleamos la ecuación:

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Con valores del anterior cuadro se efectúa para cada periodo de retorno T una regresión exponencial para obtener una ecuación que permitirá el cálculo de la altura de precipitación para cualquier tiempo de duración o concentración necesario.

La ecuación será del tipo:

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Una vez obtenidas las ecuaciones de intensidad para diferentes períodos de retorno T, seDebe definir el periodo T de diseño, para lo cual se considera el Riesgo Hidrológico.

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2. RIESGO HIDROLÓGICO

El riesgo hidrológico se define como la probabilidad de que una determinada variable hidrológica, en este caso un caudal máximo calculado para un período de retorno (T) se presente al menos una vez durante el tiempo de vida útil de una cierta obra (N). Para su cálculo se emplea la siguiente ecuación:

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Con estos valores encontramos la intensidad de precipitación, dado T = 25 años y t = 2,00Horas.

Remplazando valores se tiene:

Como se indicó anteriormente, el cálculo del caudal máximo probable se lo efectuará mediante la ecuación del método racional.

4. ÁREA DE APORTE DE LA CUENCA

Para esto se requiere contar con al área de aporte de la cuenca la misma que esta determinada por medición directa siguiendo las verdaderas líneas de drenaje definidas porlas líneas de máxima pendiente correspondientes a las líneas de divorcia aquarum (isoyetas), cuidando que el agua proveniente de la precipitación pueda llegar al mismo punto de captación.

A= 29.000 (Has)

5. COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA

Este coeficiente ha sido extraído de las publicaciones del PRONAR TARIJA, y para lazona en estudio es:

C = 0,35 (a dimensional )

6. CAUDAL MÁXIMO PROBABLE

Reemplazando los anteriores valores en la ecuación del método racional tenemos.

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Para el cálculo hidráulico de la sección considerada del plano del levantamiento topográfico se han extraído lo siguientes datos:

S = 0.37 % Pendiente del cause en la zona del proyecto en, (%).n = 0,03 Coeficiente de Maninng, (adimensional).b = 34,44 m. Ancho mínimo desfavorable considerandouna sección rectangular en, (metros).

Con los anteriores valores se realizó la comprobación hidráulica mediante el programa HEC RAS de modelación hidráulica de secciones del rió de la sección, obteniendo los siguientes datos.

Para determinar la altura máxima de crecidas se utilizó las siguientes formulas por aproximaciones finitas:

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III. HIDRODINAMICA

A. COMPORTAMIENTO HISTÓRICO DEL CAUSE

No se cuenta con información histórica referente al cause, para el cálculo hidráulico en el punto (C), hemos tomado los datos pluviométricos de la estación meteorológica máscercana al lugar del proyecto (Estación de Salinas), con ello hemos procedido mediante la Ley Probabilística de Gumbel a calcular el caudal máximo probable con el período de retorno (T = 50 años).

Se considera, por el tamaño del proyecto que nos encontramos dentro de todos los márgenes de seguridad.

B. ALTURA DE SOCAVACIÓN

La socavación en general es muy peligrosa porque provoca el colapso de cualquier estructura, por ello cuando se va fundar sobre un terreno socavable se debe fijar la cota defundación por debajo de las socavaciones más profundas las mismas que pueden ser estimadas y calculadas.

Para el caso de la presa derivadora que constituye la obra de toma, debe tenerse especial

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cuidado al considerar las profundidades de socavación, lo recomendable es fundar sobre un estrato de roca, para asegurarnos que la estructura no falle por socavación, en el presente proyecto se tiene previsto realizar la fundación sobre roca, anclando la estructura en ella por debajo de la superficie rocosa.

Utilizando la fórmula de Lacey para el cálculo de la profundidad de socavación donde f es el factor de Lacey que representa las características físicas de la capacidad de arrastre del rió.

Además se deberá ajustar la profundidad de socavación por el factor Ksa que multiplicadicho valor de socavación:

Considerando estos cálculos se realizo una inspección visual de lugar ,además de hacer una calicata que mostró las características mecánicas del lecho de rió, y así adoptar una profundidad de cimentación adecuada.

Profundidad =1.48 m