Informe Jordan

7/21/2019 Informe Jordan

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ANLISIS HIDROLGICO DEL RIO EL JORDAN

Presentado por:

ALVARO ALEXANDER ESTUPIAN ROJAS

INGRI ESTHEFANIA RIAO BARRERA

Presentado a: Ing. Mgs. JULIAN VILLATE

Asignatura: Modelacin Hidrulica

UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE INGENIERA

TUNJA

2015


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CONTENIDO

LISTA DE FIGURAS ................................................................................................ 3

LISTA DE TABLAS .................................................................................................. 4

LISTA DE GRFICAS .............................................................................................. 51 INTRODUCCIN .............................................................................................. 6

2 OBJETIVOS ...................................................................................................... 7

2.1 OBJETIVO GENERAL ................................................................................ 7

2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS ....................................................................... 7

3 UBICACIN DEL SITIO DE ESTUDIO ............................................................. 8

4 CARACTERIZACIN GEOLGICA DEL SUBSUELO .................................... 9

4.1 GEOLOGA REGIONAL ............................................................................. 9

5 HIDROGEOLOGA .......................................................................................... 106 CLCULO DE CURVAS IDF POR MTODO SIMPLIFICADO ....................... 11

7 GENERACIN DE la CUENCA ..................................................................... 15

8 CALCULO INFILTRACIN .............................................................................. 18

8.1 OBTENCIN DEL NMERO DE CURVA (NC) ........................................ 18

9 analisis hidrologico con HEC-HMS .................................................................. 20

9.1 Datos de entrada: ..................................................................................... 20

9.2 datos de salida: ......................................................................................... 22

10 ANALISIS DE RESULTADOS ...................................................................... 2411 CONCLUSIONES ........................................................................................ 25


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LISTA DE FIGURAS

Figura 1.Ro Jordn. .............................................................................................. 8Figura 2.Geologa regional ..................................................................................... 9

Figura 3.Hidrogeologa ......................................................................................... 10Figura 4.Extraccin MDT ..................................................................................... 15Figura 5.Cuenca generada por Arc-Swat para el rio Jordn ................................ 15Figura 6.Shapefile de geologa superpuesto a la cuenca del rio Jordn .............. 16Figura 7.Shapefile de cobertura y uso de suelos superpuesto a la cuenca del rioJordn .................................................................................................................... 17Figura 8.Perfil canal rio Jordn ............................................................................ 20Figura 9.Seccin transversal representativa ........................................................ 21


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LISTA DE TABLAS

Tabla 1.Precipitacin mxima mensual multianual, estacin Meteorolgica UPTC................................................................................................................................ 11

Tabla 2.Parmetros dependiendo del sitio de estudio .......................................... 12Tabla 3.Curva Intensidad Duracin Frecuencia.................................................... 12Tabla 4.Hietograma de precipitacin total ............................................................ 13Tabla 5.Tipos de Suelo segn el POMCA para el Rio Jordn .............................. 18Tabla 6.CN Usos del Suelo cuenca del Rio Jordn .............................................. 19Tabla 7.NC ponderado para los tres antecedentes .............................................. 19Tabla 8.Coeficientes de Manning ......................................................................... 20Tabla 9.Registro en campo de las medidas tomadas a la seccin transversal .... 21Tabla 10. Calculo del tirante .................................................................................. 24


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LISTA DE GRFICAS

Grfica 1.Curva IDF. ............................................................................................ 13Grfica 2.Hietograma de precipitacin total ......................................................... 14

Grfica 3.Hidrograma Generado por la cuenca del Rio Jordn............................ 22Grfica 4. Trnsito de la creciente a lo largo del canal del rio Jordn. ................. 23


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1 INTRODUCCIN

El ro Jordn, llamado popularmente ro Chulo est ubicado en la ciudadde Tunja, la cual atraviesa de norte a sur hasta el Embalse La Playa. No es un ro

caudaloso pero constituye uno de los afluentes del ro Chicamocha. La cuenca delJordn alberga cerca de doscientas mil personas, Tiene un rea aproximada de 30km2.

Este anlisis hidrolgico se basa en la caracterizacin meteorolgica, dada por laestacin de la Universidad Pedaggica y Tecnolgica de Colombia, y la batimetrade las secciones del rio tomadas en campo. El trazado de la divisoria de aguas sehace por medio del modelo digital de elevacin de la zona y el uso del software

ArcGis y su extensin ArcSwat.

La determinacin del nmero de curva (NC) se realiza de acuerdo con el anlisisespacial del uso de suelo y caracterizacin geolgica. En cuanto el anlisis

hidrolgico, se hace uso del software HEC-HMS, determinado el caudal pico querepresenta un evento cuyo periodo de retorno es 10 aos y el trnsito de la crecienteque produce el mismo, a lo largo del canal del rio Jordn.


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2 OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERAL

Llevar a cabo el anlisis hidrolgico de la cuenca del rio Jordn, por medio de lacurva IDF sinttica, generada a partir de los datos de la estacin de la UPTC (1985-2014), la batimetra del canal tomada en campo y el uso de suelos y geologa delplan de manejo ambiental de la cuenca alta del Chicamocha.

2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS

Determinar la curva IDF representativa de la zona de estudio, a partir de lasseries mensuales multianuales de precipitacin mxima de la estacinubicada en la Universidad Pedaggica y Tecnolgica de Colombia.

Calcular el nmero de curva a partir del uso de suelos y la caracterizacin

geolgica del Plan de Manejo Ambiental y Ordenamiento de la cuenca altadel Chicamocha (POMCA).

Realizar el trnsito de creciente del canal del rio Jordn hasta la interseccincon el Rio la Vega.


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3 UBICACIN DEL SITIO DE ESTUDIO

El rio Jordn (Sealado en la imagen con color azul) se ubica en la ciudad de Tunja,Boyac. La estacin meteorolgica empleada se encuentra en la universidad

Pedaggica Y Tecnolgica De Colombia (Sealada en la imagen con una flechablanca), con una latitud 533'12.54"N y una longitud 7321'19.22"W. El estudiofinaliza en la interseccin del rio en estudio y el rio la Vega.

Figura 1.Ro Jordn.

Fuente:Google Earth


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4 CARACTERIZACIN GEOLGICA DEL SUBSUELO

4.1 GEOLOGA REGIONAL1

El rea de estudio se encuentra ubicada en la cordillera oriental y hace parte dela meseta Cundiboyacense. Las formaciones presentes en la zona hacen parte dela secuencia conformada por rocas de origen sedimentario depositadas durante losperodos cretceo, terciario y cuaternario; entre las cuales, en desarrollo delpresente estudio, fueron identificadas la formacin conejo, grupo Churubita, grupoGuadalupe, formacin Cacho, formacin Guaduas, formacin Bogot, formacinTilat y depsitos del cuaternario.

Figura 2.Geologa regional

Fuente:IGAC - Plancha geolgica 191.

Segn el servicio geolgico colombiano - Ingeominas (1981), la principal estructurapresente es el Sinclinal de Tunja, una amplia estructura de direccin SW-NE, quecomienza al Sur de Tunja, abarca gran parte de la zona de estudio y termina en lalocalidad de El Manzano, probablemente contra la falla de Boyac.

1Plancha IGAC191 escala 1:100000, ciudad de Tunja


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5 HIDROGEOLOGA

Por ubicacin en el mapa hidrogeolgico del plan de ordenamiento de la ciudad, elsuelo es en su totalidad acufero con flujo inter-granular moderadamente productivo

y/o acufero local o discontinuo con flujo inter-granular de baja productividad

Figura 3.Hidrogeologa

Fuente:POT Tunja - Mapa P- 04 Hidrogeologa

Las formaciones con capas acuferas locales, consideradas por sus condicioneslitolgicas como acuitardos, estn representadas dentro del rea de estudio por lasformaciones Churubita, Ritoque, Guaduas, Fmeque, Bogot, San Gil Superior,Lutitas de Macanal, Bat y miembros intermedios de la formacin Tibasosa. Entrelas formaciones que presentan cierta capacidad de contener agua pero notransmitirla se encuentran: Conejo, Plaeners, Socha Superior, Paja, Concentracin

Arcillas del limbo


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6 CLCULO DE CURVAS IDF POR MTODO SIMPLIFICADO

El mtodo simplificado de clculo de las curvas intensidad duracin frecuenciase debe llevar a cabo siempre y cuando no se disponga de datos histricos de

precipitacin de corta duracin (datos pluviogrficos). En este estudio se dedujeroncurvas intensidad-duracin frecuencia por correlacin con la precipitacin mximapromedio anual en 24 horas.

Se cuenta con la siguiente informacin de precipitacin tomada de la estacin de laUPTC:

Tabla 1.Precipitacin mxima mensual multianual, estacin Meteorolgica UPTC.

AOVR.

ANUAL

1985 42.3

1986 28.51987 27.6

1988 34.6

1989 28.6

1990 25.5

1991 28.2

1992 31

1993 31.8

1994 42.4

1995 66.9

1996 23.51997 24.5

1998 34

1999 29.2

2000 36.2

2001 21.1

2002 41.5

2003 32.4

2004 23.8

2005 32.32006 33.2

2007 31.1

2008 24

2009 26.5

2010 29.1

2011 37.8

2012 56.4

2013 36.6

2014 24.4

No. Datos 30

Media 32.8

Desviacin 9.77

Coeficientede Asimetra

1.94

Fuente:Elaboracin Propia

Trabajando con un nmero de datos igual a 30 y la mxima precipitacin anual, seobtiene su media y se procede a realizar el clculo de intensidad mediante para

cada periodo de tiempo determinado:

La expresin resultante est dada por:


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Los parmetros a, b, c, d estn dados para cada regin en la siguiente tabla:

Tabla 2.Parmetros dependiendo del sitio de estudio

Fuente:Manual de Drenaje urbano, 2011

Para el caso se trabaja con la regin andina, se aplica la frmula de intensidad y seobtiene:

Tabla 3.Curva Intensidad Duracin Frecuencia

TIEMPO(MINUTOS)

PERIODO DE RETORNO (AOS)

2 5 10 20 50 100

10 63.01 74.31 84.19 95.37 112.48 127.42

20 39.88 47.03 53.28 60.36 71.18 80.64

30 30.52 35.99 40.77 46.19 54.47 61.71

40 25.24 29.76 33.72 38.20 45.05 51.04

50 21.78 25.69 29.10 32.97 38.88 44.05

60 19.31 22.78 25.80 29.23 34.47 39.05

70 17.44 20.57 23.31 26.40 31.14 35.28

80 15.97 18.84 21.34 24.18 28.51 32.30

90 14.78 17.43 19.74 22.37 26.38 29.88100 13.79 16.26 18.42 20.87 24.61 27.88

110 12.95 15.27 17.30 19.59 23.11 26.18

120 12.22 14.41 16.33 18.50 21.82 24.72

130 11.59 13.67 15.49 17.55 20.69 23.44

140 11.04 13.02 14.75 16.71 19.71 22.33

150 10.55 12.44 14.09 15.97 18.83 21.33

160 10.11 11.92 13.51 15.30 18.04 20.44

170 9.71 11.45 12.98 14.70 17.34 19.64

180 9.35 11.03 12.50 14.16 16.69 18.91

Fuente:Elaboracin propia

Con lo cual es posible realizar la curva IDF sinttica:


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Grfica 1.Curva IDF.


Multiplicando el periodo de tiempo por la intensidad es obtenida la precipitacinacumulada, se obtiene la incremental, y se ordenan los datos por medio del bloque.

Tabla 4.Hietograma de precipitacin total

TIEMPO(MINUTOS)

P.R PROF.ACUMULADA

PROF.INCREMENTAL

HIETOGRAMA10 AOS

10 84.19 14.031 14.031 0.722

20 53.28 17.760 3.729 0.782

30 40.77 20.385 2.625 0.856

40 33.72 22.480 2.095 0.952

50 29.10 24.252 1.772 1.080

60 25.80 25.803 1.551 1.263

70 23.31 27.191 1.388 1.551

80 21.34 28.454 1.263 2.09590 19.74 29.617 1.163 3.729

100 18.42 30.697 1.080 14.031

110 17.30 31.708 1.011 2.625

120 16.33 32.660 0.952 1.772

130 15.49 33.561 0.901 1.388

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

0 50 100 150 200

INTENSIDAD(MM/H)

TIEMPO (MINUTOS)

CURVA IDF ESTACION UPTC

2

5

10

20

50

100


14/25

14

140 14.75 34.418 0.856 1.163

150 14.09 35.235 0.817 1.011

160 13.51 36.016 0.782 0.901

170 12.98 36.766 0.750 0.817

180 12.50 37.488 0.722 0.750Fuente:elaboracin propia

Se grafica la anterior informacin para obtener as el hietograma de precipitacintotal:

Grfica 2.Hietograma de precipitacin total



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7 GENERACIN DE LA CUENCA

Se trabaja por medio del modelo digital del terreno, extrayendo una seccin de este,que abarque el espacio suficiente para acoger las dos cuencas:

Figura 4.Extraccin MDT


Por medio de la extensin Arc-Swat se generan las corrientes totales de laextraccin hecha al MDT, posteriormente se escogen los puntos adecuados paracada subcuenca:

Figura 5.Cuenca generada por Arc-Swat para el rio Jordn



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El rea obtenida cuenta con un valor de 28.37 Km2. A partir de informacin de lacuenca se pueden evaluar parmetros como la longitud de la corriente ms larga yel desnivel de la misma, con lo cual se determinan parmetros fundamentales parael software HEC-HMS como son el tiempo de concentracin y el Tlag, como se

muestra:

= 0.0195 .

= 0.35 Dnde:

Tc: Tiempo de concentracin en min

Tlag: Tiempo de retraso en min

L: longitud de la corriente ms larga generada por Arc-Swat

H: desnivel entre el punto ms alto y el ms bajo de dicha corriente

Obteniendo para el rio Jordn:

= 0.0195 ( 69952749 2687).

= 109.82 = 0.35 109.82 = 38.44

Figura 6.Shapefile de geologa superpuesto a la cuenca del rio Jordn



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Figura 7.Shapefile de cobertura y uso de suelos superpuesto a la cuenca del rio

Jordn



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8 CALCULO INFILTRACIN

8.1 OBTENCIN DEL NMERO DE CURVA (NC)

Se trabaja la geologa y el uso de suelo de la zona de estudio a partir del POMCAde la cuenca alta del rio Chicamocha. Se genera el estudio de geologa y uso desuelos por separado, se trabaj un nivel de humedad de 2 antecedentes, obteniendola siguiente distribucin respecto a rea y numero de curva:

En la siguiente tabla se presenta la distribucin de reas y su porcentaje respectodel rea total para la cuenca del rio Jordn:

Tabla 5.Tipos de Suelo segn el POMCA para el Rio Jordn

GRUPOGEO.

GEOLOGIA COBERTURA AREA (KM2)

A FORMACION TILATA INFRAESTRUCTURA 0.685A FORMACION TILATA MATORRALES 0.121

A FORMACION TILATA POTREROS 0.475

A FORMACION TILATA SUELOS SEMIDESNUDOS 0.000

A FORMACION TILATA ZONAS URBANAS 3.903

B ALUVIONES ZONAS URBANAS 1.185

C FORMACION BOGOTA INFRAESTRUCTURA 0.591

C FORMACION BOGOTA MATORRALES 0.186

C FORMACION BOGOTA MINERIA 0.138

C FORMACION BOGOTA PLANTACIONES FORESTALES 0.366

C FORMACION BOGOTA POTREROS 8.081C FORMACION BOGOTA SUELOS SEMIDESNUDOS 0.194

C FORMACION BOGOTA TIERRAS AGROPECUARIAS 5.479

C FORMACION BOGOTA ZONAS URBANAS 6.970

TOTAL 28.375



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A partir de estas reas y con el valor asignado a cada uso de suelos para el CN, sepuede ponderar un valor general que sea representativo para toda la cuenca:

Tabla 6.CN Usos del Suelo cuenca del Rio Jordn

USO SUELO TIPO SUELO rea (km2) % NCII PRODUCTO

INFRAESTRUCTURA A 0.685163495 2.41 89 214.906455

MATORRALES A 0.120558606 0.42 43 18.2697208

POTREROS A 0.475052283 1.67 49 82.0356698

SUELOS SEMIDESNUDOS A 0.000452702 0.00 63 0.10051201

ZONAS URBANAS A 3.902584109 13.75 68 935.247213

ZONAS URBANAS B 1.185208621 4.18 79 329.97963

INFRAESTRUCTURA C 0.591310174 2.08 94 195.888276

MATORRALES C 0.185920868 0.66 76 49.7974344

MINERIA C 0.137853901 0.49 79 38.3805674PLANTACIONES FORESTALES C 0.366472588 1.29 73 94.2821751

POTREROS C 8.080967329 28.48 79 2249.86096

SUELOS SEMIDESNUDOS C 0.194412741 0.69 85 58.2383267

TIERRAS AGROPECUARIAS C 5.479396973 19.31 85 1641.40945

ZONAS URBANAS C 6.969573184 24.56 86 2112.36942

AREA CUENCA 28.37492757


Como resultado se obtienen los siguientes valores:

Tabla 7.NC ponderado para los tres antecedentes

A 1250.559

B 329.979

C 6440.226

NC II PONDERADO 80.207

NC I PONDERADO 62.991

NC III PONDERADO 90.311



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9 ANALISIS HIDROLOGICO CON HEC-HMS

9.1 DATOS DE ENTRADA:

Tlag: 69.89 min. NC: 80.2 rea: 28.375 km2 Pendiente media:

=2749 26876995 = 0.089

Figura 8.Perfil canal rio Jordn

Fuente:Google earth

Nmero de Manning: Canal dragado y con vegetacin.

Tabla 8.Coeficientes de Manning

Fuente:Hidrulica de Canales abiertos, Ven Te Chow.


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Seccin Transversal promedio del tramo o canal

Tabla 9.Registro en campo de las medidas tomadas a la seccin transversal

x (m) y (m)

0 4.78

2.2 3.72

4.4 1.72

6.6 0

8.8 0.02

11 1.58

13.2 4.06

15.4 4.78


Tomando el eje coordenado en la parte ms izquierda del canal se obtienen lassiguiente grafica:

Figura 9.Seccin transversal representativa


Obteniendo como datos del canal:

B (m) 2.2

Z (1/1) 0.75

Longitud (m) 6995

0

1

2

3

4

5

6

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Seccion transversal


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9.2 DATOS DE SALIDA:

Grfica 3.Hidrograma Generado por la cuenca del Rio Jordn

Fuente: Elaboracin propia

Datos importantes:

Descarga Pico: 39.5 m3/s Total precipitacin: 37.49 mm Total perdidas: 30.39 mm

Precipitacin efectiva: 7.1 mm


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Grfica 4. Trnsito de la creciente a lo largo del canal del rio Jordn.


Datos importantes:

Entrada pico: 39.5 m3/s Salida pico: 39.5 m3/s Hora entrada pico: 2:26 Hora salida pico: 2:40


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10 ANALISIS DE RESULTADOS

Para la cuenca del rio Jordn en un evento de precipitacin con periodo de retornode 10 aos, donde se produce una precipitacin total de 37.49 mm, se generan

prdidas del 81% (30.39 mm) y escorrenta representativa del 29% (7.1 mm). Elporcentaje de perdidas est directamente relacionado con el nmero de curva y esmuy sensible al cambio de este.

La cuenca del rio Jordn alberga gran parte de la ciudad de Tunja, es decir, quecontiene una importante rea urbanizada y que por lo general descargan las aguasnegras sobre este cauce, de esta manera el rea urbanizada aumenta la escorrentadirecta de la cuenca, sin embargo, como se puede observar en la tabla 6, el nmerode curva para zonas urbanas es de 86, un valor relativamente alto, que puedegenerar la disminucin de la correntia directa que produce la cuenca.

Para conocer el valor del tirante producido por el caudal pico, se usa la ecuacin de

Manning, determinando el valor de Y implcito en el rea y el radio hidrulico.

Tabla 10. Calculo del tirante

Q (m3/s) 39.5

n 0.05

B (m) 2.2

Z (ZH:1V) 0.75

Y (m) 1.28150332

A (m2) 6.10380881

P (m) 5.4037583

R (m) 1.12954882

S (1:1) 0.089

Q1 (m3/s) 39.4998935

Fuente: Elaboracin propia

0

1

2

3

4

5

6


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11 CONCLUSIONES

De acuerdo con el mtodo simplificado para el clculo de curvas IDF y lasseries mensuales multianuales de precipitacin de la estacin en la UPTC,

se obtuvo un valor mximo de precipitacin de 14.031 mm, en un periodo deretorno de 10 aos.

El valor de escorrenta directa generado por la cuenca es muy sensible alcambio del nmero de curva, para el caso de la cuenca del rio Jordn, quetiene un rea de urbanizacin importante el nmero de curva debera tenerun valor bajo, ya que la descarga de aguas negras se hace sobre este cauce,evitando la infiltracin de agua.

Los Hidrograma de entrada y salida del canal del rio Jordn son exactamenteiguales con un retardo de 14 minutos, no se genera atenuacin del caudal

pico, por lo que la creciente se comporta de la misma manera a lo largo detodo el canal, esto es debido a la rugosidad que tienen las paredes del canal.

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