H°U.E.I.C.

UNION DE ESTUDIANTES DE INGENIERIA CIVIL

Balance hidrológico de la Cuenca del Plata

Docente: Dr. Ing. Pablo Francisco García Gutiérrez

Materia: Hidrología

Tema: Balance Hidrológico de la Cuenca De Plata

Grupo: “A”

Integrantes: U.E.I.C.

Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología

Universidad Autónoma Gabriel Rene Moreno

1. OBJETIVO

“El balance hídrico se sustenta en el principio de la conservación de la materia”

INGRESODE AGUA=SALIDADE AGUA±VARIACI Ó N EN EL ALMACENAMIENTO

Realizar un balance hídrico tiene como fin cuantificar la cantidad de agua disponible en las distintas posiciones o estado que esta pueda asumir, así mismo llegando a observar el movimiento y distribución que esta presenta en toda la cuenca y las modificaciones que sufre por las actividades del hombre.

Como también dar a conocer los aspectos conceptuales y metodológicos para la determinación de nuestro balance hídrico superficial de la cuenca.

La ecuación del balance hídrico de una cuenca puede complicarse o simplificarse según el caso, para una cuenca de superficie muy grande y periodos de registro extensos se puede utilizar la siguiente ecuación de balance:

P=E+Q±∆V (1)

Donde:

P=Precipitaci ón (mm )

Q=Descarga superficial o Escorrent í a superficial (mm )

E=Evaporació n+Evapotranspiraci ón(mm)

∆V=Variación del volumendeaguaen la cuenca≈0

La variación del volumen de agua almacenada en balances a escala anual tiende a equilibrarse y su valor puede considerarse igual a 0, mientras que los caudales subterráneos son muy pequeños comparados con las demás variables y pueden despreciarse.

En un análisis inicial en el que se determinan y estiman las componentes del balance hídrico, es posible detectar deficiencias en la distribución de estaciones de observación y descubrir errores sistemáticos de mediciones. También se puede determinar de manera indirecta una de las variables del balance.

Precisamente en nuestro problema se debe determinar:

- La precipitación promedio de una serié de años (1980-2010) para cada estación, además hallar el promedio espacial para cada sub-cuenca.

- La escorrentía

Y con estas obtendremos la evaporación y evapotranspiración de la cuenca.

También es un objetivo conseguir el uso más racional del recurso hídrico en consecuencia al incremento de la demanda de este recurso, debido al crecimiento de la población para asegurar la protección del recurso y evitar generar conflictos sociales.

El Estudio tomará en cuenta la información histórica de la cuenca elaborada por instituciones como la Autoridad Nacional del Agua (ANA, Brasil), Servicio nacional de meteorología e hidrología (SENAMHI, Bolivia) y Base de datos hidrológica integrada (BDHI, Argentina).

2. DATOS Y METODOLOGÍA DE SOLUCIÓN

- Precipitación:

La precipitación es, normalmente, la única fuente de humedad que tiene el suelo y por eso conviene que su medida y cálculo se hagan con gran precisión, debido a que de ello depende, en gran manera, la exactitud de todos los cálculos del balance hídrico.

En nuestro caso la red de estaciones no está uniformemente distribuida sobre toda la zona de la cuenca, la precipitación se calcula con los datos de estaciones meteorológicas a las que se asigna un peso medio o sea se calcula una media ponderada de las precipitaciones medias de cada estación.

P= 1A∑

i=1

n

Pi ai (2)

Donde:

Pi= precipitación media anual.

ai= es el área de la cual la estación de precipitación se espera sea la representativa, esta variable se determina por el método de thiessen.

A=Es el área de toda la cuenca.

A continuación se muestran las estaciones de las cuales se extrajeron los datos de precipitación y su respectiva ubicación en la cuenca:

Nº LOCALIZACION ESTACION LATITUD LONGITUDPERIODO

DE REGISTRO

1 ARGENTINA Reconquista - Castelar 34º36'19,8'' 58º40'15,6'' 1985-20102 ARGENTINA El Rey - La Sarita 28º58'19,20'' 59º50'57,20' 1980-20103 ARGENTINA Del medio - La Emilia 33º23'58'' 60º20'02,30'' 1993-20104 ARGENTINA Aguapey - San Carlos 27º45'12,30' 55º54'28,10'' 1987-20105 ARGENTINA Corrientes - Chavarría 28º57'33,10' 58º34'37,20' 1976-20106 ARGENTINA Colorado - PICHI MAHUIDA 38º49'17,90'' 64º58'53,20'' 1980-20107 ARGENTINA FELICIANO-PASO MEDINA 30º55'25,30'' 59º33'04,40'' 1988-20108 ARGENTINA Del DOLL 32º18'21'' 60º25'35,50'' 1989-20109 ARGENTINA PUERTO PILCOMAYO 25º25'12'' 57'39'02,20'' 1988-2010

10 ARGENTINA LA PAZ 22º22'41'' 62º21'21'' 1964-201011 ARGENTINA PUERTO BERMEJO 26º56'48'' 58º32'43,10'' 1985-201012 BRASIL RIO GRANDE 32º04'44' 52º10'00'' 1961-199813 BRASIL BELA VISTA 22º6'36'' 56º31'39'' 1970-201014 BRASIL PARANAVAI 23º5'00'' 52º26'00'' 1974-200715 BRASIL CORONEL SAPUCAIA 23º15'58'' 55º31'28'' 1984-201316 BRASIL PORTO GALEANO - TRES LAGOAS 20º5'38'' 52º9'37'' 1984-201317 BRASIL CURITIBA - PARANA 25º26'00'' 49º16'00'' 1889-201318 BRASIL SANTA CLARA DO INGAI 28º43'44'' 53º11'7'' 1944-201319 BRASIL GARCIAS - TRES LAGOAS 20º36'10'' 52º13'6'' 1983-201320 BRASIL PONTE ALTA - CUIABA 15º24'25,2'' 55º17'24'' 1967-200321 BOLIVIA SAN LUCAS 20º06'09'' 65º07'60'' 1980-201022 BOLIVIA CUEVO 20º27'18,03'' 63º30'54,01'' 1980-201023 BOLIVIA TARIJA - AEROPUERTO 21º32'48'' 64º42'39'' 1980-201024 BOLIVIA VILLAMONTES - AEROPUERTO 21º15'17'' 63º24'27'' 1980-201025 BOLIVIA ROBORE - AEROPUERTO 18º19'47'' 59º45'48'' 1980-2010

Distribución de las estaciones meteorológicas en la Cuenca del Plata

Se calculara simplemente la precipitación media anual de la estación ROBORE – AEROPUERTO (lat.18º19’47’’; lon.59º45’48’’)para un periodo de registro de 30 años (1980-2010) y su respectiva área representativa obtenida por el método del polígono de Thiessen, debido a que el procedimiento es el mismo para las demás estaciones, y la gran cantidad de datos obtenidos para procesar.

DATOS ESTACION ROBORE – AEROPUERTO (lat.18º19’47’’; lon.59º45’48’’)

Prec. Media mensual [mm]Para 31 años

AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEPT OCT NOV DIC ACUM [mm]

1980161,

4141,

7 71,5 97 19,2 68,4 19,2 25 61,4 22,1144,

4 64 895,3

1981 61,9129,

4171,

8 48,4 14,9 66,1 20,6 71,8 49,3111,

2 94,5210,

7 1050,6

1982 98,2216,

9357,

7122,

4 118 51,3 17,6 60,4123,

3150,

1117,

2 75,6 1508,7

1983 203121,

8 95,8105,

1 190 42,8 84,6 3,1 33,7106,

4219,

8196,

2 1402,3

1984201,

5 33144,

5109,

1 43,1 55,8 0107,

6 14,3108,

7317,

9306,

5 1442

1985183,

6151,

1 100 137 19 5 42,7 48 71 49 64 68,3 938,71986 157 53 58 29 162 0 43 95,1 135 158 44 81 1015,1

1987214,

1132,

2188,

6100,

4 69,4 61,4 22,6 47 0261,

6180,

4119,

7 1397,4

1988 67,7229,

5244,

8191,

7 49,4 8,5 1,3 0 1,7 56,3151,

5163,

1 1165,5

1989176,

5108,

5211,

2127,

6 25,9 61,5 37,5 66 6,4 43,3184,

2140,

6 1189,2

1990141,

1 101 162 77,3188,

4 49,1 93,5 31,7 28,9 30183,

2153,

2 1239,4

1991206,

6 252 52,7 59,2 78,6 65,7 3,3 12 110201,

9115,

2 45,8 1203

1992172,

9161,

1159,

5 40,7 34,9 17,1 23,9 39,5131,

9 129363,

8109,

8 1384,1

1993 44,4218,

6120,

6 30,6 27,3 26,3 16,8 30,1 0 19,3 41146,

6 721,6

1994177,

8 91,2218,

3 48,7 66,4 51,6 7,6 0 27,6123,

9 74,2152,

7 1040

1995233,

3197,

2115,

7 48,2 72,1 0,7 0,1 0,2 26,6 73,3308,

4 90 1165,81996 170 27 62,9 62,7 72,8 3,1 1 4,7 59 55,3 118 33,6 670,1

1997182,

5 85,5159,

7109,

9 70,1130,

6 1,5 47,4 10,4 51,2109,

2 84,5 1042,5

1998 74,6150,

7122,

8 98,7 56,1 51,8 3,3 33 65,8 153239,

5 75,4 1124,7

1999 30 73,1183,

2 42 10,4 37,1 14 0 14,1 20,2 102125,

6 651,7

2000 38,5162,

8147,

7 81,9 18,6 36,9 72,7 87,8 1,3 30,9188,

4118,

8 986,3

2001 44,1 78,4 80,4162,

2 83,6 18,4 5,9 0 53,2208,

5144,

7130,

8 1010,2

2002 75,9255,

2 63,9 47,4 81,7 6,5 0,5 17,9 15,4 73,4 89,5 107 834,3

2003 198 74179,

4133,

6 71,8 20,4 28,4 63,9 47,8104,

8115,

2298,

3 1335,6

2004 55,5 96,9 166123,

3131,

9 29,2 21,8 3,4 66112,

7106,

2 231 1143,9

2005321,

3 90 79,9 97,3 129 33,7 17 35,2 68,1 64,8 56,7198,

6 1191,6

2006175,

6 80,5118,

2 92,8 42,8 36,5 24 12,3 44,9118,

3109,

4346,

1 1201,4

2007219,

3 70,4 89,2 103 65,4 0 64,1 9,1 0 75,6191,

9199,

5 1087,5

2008233,

3 144 43,3 86,9 32,8 9,1 9,1 9,5 2,8 98,2194,

8 141 1004,8

2009 86,3306,

7 363 51,3 42,4 4,8 82,3 51,9 2,4 62,1 27,1163,

1 1243,4

2010183,

2 54,2 69,8 41,9 76,1 0,7 32,6 0 26,3 57,3 87,7145,

9 775,7

Prom 148131,

9 14287,3

369,8

133,8

726,2

1 32,741,8

994,5

3144,

6145,

91098,78709

7

El valor de la precipitación media anual para esa estación es:

Pi=1098.79mm

Los datos de las demás estaciones se adjuntarán en un CD aparte

APLICACIÓN DEL POLIGONO DE THIESSEN EN LA CUENCA DELIMITADA

Modelo para áreas de validación de cada estación, Cuenca del Plata (Método del polígono de Thiessen).

Área del polígono de la estación mencionada (se marca con un punto rojo en la figura):

a i=160000Km2

El área total de la cuenca es:

A=3300000Km2

El área del polígono para la estación mencionada se calculó de manera aproximada utilizando las herramientas del GOOGLE EARTH y AUTOCAD CIVIL3D.

Los pasos para el cálculo de las precipitaciones de las demás estaciones y sus respectivas áreas representativas son los mismos, y

estos tendrían que ser introducidos en la ecuación (2), y así obtener la precipitación media ponderada de toda la cuenca.

- Descarga o escorrentía superficial:

La determinación exacta del caudal o aportación del rio depende de la exactitud de la medida y el cálculo del caudal de la variación del mismo, de la duración del periodo de observación y la densidad de la red de estaciones de aforo, el caudal medio o descarga, calculado como media aritmética de la series de valores observados.

El caudal medio se puede calcular:

Q=1n∑i=1

n

Qi

Donde:

Q = Caudal medio.

Qi = Es el caudal anual en el año i de una periodo extenso de n años.

n = Numero de años.

Para su determinación a largo plazo es esencial tener un periodo de observaciones que abarque aproximadamente el mismo número de ciclos secos y húmedos. Cuanto más grande sea el número de ciclos completos, más pequeño será el error de estimación del caudal medio.

Cuando existen series suficientemente extensas de datos, el caudal medio se calcula como media aritmética de los valores observados.

Se tomara en cuenta solo los caudales anuales de los ríos de mayor capacidad, el Parana, el Uruguay y el Salado.

En la siguiente tabla se adjunta la ubicación de las estaciones (las estaciones se encuentran en el mapa de distribuciones de las estaciones):

 Nº  UBICACIONESTACIONES PARA CAUDALES LATITUD LONGITUD

 PERIODO DE REGISTRO

1 ARGENTINA CHAPETON - PARANA31º34'27,30'' 60º16'60'' 1976-2013

2 URUGUAY EL SOBERBIO - URUGUAY27º17'55,70''

54º11'35,70'' 1980-2012

3 ARGENTINA SALADO - El ARENAL 26º13'00'' 63º45'00'' 1970-2013

CAUDAL OBTENIDO CON LA ESTACIÓN SALADO – EL ARENAL

CAUDAL OBTENIDO CON LA ESTACIÓN CHAPETON - PARANA

CAUDAL OBTENIDO CON LA ESTACIÓN EL SOBERBIO - URUGUAY

En la siguiente tabla se muestra la media aritmética de los caudales de la estación Chapeton-Parana del Rio Paraná.

AñoPro.

Anual[m^3/seg]

1980 18688,58

1981 16747,5108

1982 20374,0058

1983 25832,015

1984 18381,5892

1985 18556,08

1986 17041,6808

1987 17917,25

1988 16831,24

1989 18261,1542

1990 20104,835

1991 17066

1992 21193,4325

1993 18.594,26

1994 17405,9133

1995 18241,8392

1996 17456,0975

1997 19929,7583

1998 22604,1808

1999 16837,9742

2000 16200,0675

2001 15615,2775

2002 16801,7883

2003 16209,1458

2004 15579,9358

2005 16151,4492

2006 14923,8325

2007 17661,6817

2008 15405,6517

2009 15921,8375

2010 19043,67

Caudal Promedio del rio [m^3/seg]

17986,44

El procedimiento es el mismo con la serie de datos de los caudales de salida de los demás ríos, no hay caudales de entradas ya que todos los ríos nacen en la cuenca, toda el agua que fluye en los ríos es producto de la precipitación.

La suma de los caudales de los ríos Paraná, rio Uruguay, rio salado (inferior y superior) y el rio negro, son la descarga en un determinado tiempo que tenemos que multiplicar por un año (en segundos) para obtener el volumen de agua de descarga de la cuenca y a eso tenemos que dividir entre el área de la cuenca y así obtenemos finalmente la descarga en milímetros.

Aunque también pudimos haber trazado primero las isolíneas de escorrentía con los datos de las estaciones y obtener el caudal de los rios.

Uno de los objetivos de nuestro balance era calcular de forma indirecta la evaporación y evapotranspiración en la cuenca así que de la ecuación (1) tenemos:

E=P−Q

Dónde:

E = Evaporación + Evapotranspiración

CONCLUSION

Debido a la inmensa cantidad de datos para procesar, y la complejidad de algunas variables en este proyecto se optó por una metodología de solución para un largo periodo de años, dando ejemplos de cómo se procedería con datos reales de estaciones existentes que se encuentran dentro de la cuenca Del Plata, en la ecuación del balance hidrológico (1) no se tomó en cuenta los caudales subterráneos debido a que su valor es pequeño en comparación con los valores de precipitación y caudales en los ríos, no se procedió dividendo la cuenca Del Plata en las diferentes cuencas que la componen y realizar su respectivo balance hidrológico para cada una por separado, pero el procedimiento es el mismo mostrado anteriormente, tampoco no se nombró el acuífero guaraní(el más grande del mundo) debido a que el balance se planteó para un largo periodo de años y la variación de volumen en el acuífero tiende a equilibrarse y tomarse como un valor aproximado a cero.

Al conocer las variables más importantes de la ecuación del balance hidrológico pudimos haber conocido de forma indirecta otra de sus variables, en la metodología de solución se planteó que la variable “E” (evaporización + evapotranspiración) está condicionada por la diferencia entre la precipitación y el caudal de descarga de la cuenca (Rio del plata), este último incluye la escorrentía.

El caudal de descarga de cada rio se obtiene mediante la mediante la media aritmética de las estaciones, también puedo haberse planteado el uso de isolineas pero debido al arduo trabajo para trazarlas no se tomó en cuenta, tampoco se optó por usar programas para trazarlas debido al limitado conocimientos de ellos.

Un estudio más detallado del balance hidrológico en la cuenca del Plata nos puede permitir hacer predicciones sobre el clima, comparar en diferentes periodos de tiempo la influencia del hombre en los procesos naturales como ser el ciclo hidrológico.

La precipitación es una de las variables más importantes del balance hidrológico y el principal aportador de los ríos por lo que su conocimiento, permite determinar la mejor ubicación de las presas hidroeléctricas para su mejor funcionamiento y aprovechamiento, diseñar canales y sistemas de drenaje, en proyectos de agricultura es el principal factor de una buena cosecha.

El conocimiento de las variables del balance hidrológico de la cuenca del Plata es de mucha importancia porque nos da una idea del volumen de agua que entra y sale de la cuenca, y el volumen que se queda (Principio de conservación de masas) para el mejor uso del recurso al ser este uno de primera necesidad y evitar conflictos sociales.

Los datos de las estaciones que no se muestran (debido a la gran cantidad) se encuentran en el CD adjuntado en el informe.