“ESTUDIO HIROLOGICO CUENCA LA CAÑADA”. Ing. Manuel .Mireles Zamarrón INTRODUCCION.- El espacio geográfico es sometido constantemente a transformaciones que muchas veces han provocado la ruptura del equilibrio necesario entre los diferentes componentes de un paisaje específico trayendo consigo una desproporción con empobrecimiento de elementos positivos y aumento excesivo de elementos negativos para el correcto desenvolvimiento de los procesos naturales. Si se tiene al agua como elemento primordial en dicho equilibrio, se comprenderá la razón de realizar un estudio evaluativo de un área como base muy importante para conocer los cambios innecesarios ocurridos, la tendencia de los mismos y las medidas o soluciones a tomar para erradicar los problemas. 1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
INTRODUCCION.-
El espacio geográfico es sometido constantemente a transformaciones que muchas veces han
provocado la ruptura del equilibrio necesario entre los diferentes componentes de un paisaje
específico trayendo consigo una desproporción con empobrecimiento de elementos positivos y
aumento excesivo de elementos negativos para el correcto desenvolvimiento de
los procesos naturales. Si se tiene al agua como elemento primordial en dicho equilibrio, se
comprenderá la razón de realizar un estudio evaluativo de un área como base muy importante
para conocer los cambios innecesarios ocurridos, la tendencia de los mismos y las medidas
o soluciones a tomar para erradicar los problemas.
LOCALIZACION.-
La cuenca del arroyo la Cañada está ubicada al sur de la Ciudad de Chihuahua con coordenadas UTM de 394 068 E, 3 155 437 N en la parte sur donde comienza la cuenca y en la parte norte
1
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
donde esta el cierre es de 396 042 E, 3 164 558 N. Cubre un área de de 14.79 kilómetros cuadrados con una longitud en su cauce principal de 10.548 Kms. Tiene la desembocadura en un arroyo ya canalizado con revestimiento de concreto sobre las calles Justiniani y Flores Magón. (figura 1)
(Figura 1 Localización de la cuenca “La Cañada”)Fuente: INEGI
CLIMA.-
El clima para el estado de chihuahua el 40% de su territorio existe clima Muy seco, localizado en las sierras y Llanuras del Norte; 33% de clima Seco y semiseco en las partes bajas de la Sierra
2
NORTE
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
Madre Occidental y en el 24% Templado subhúmedo, localizado en las partes altas de la misma. Sólo una pequeña proporción del territorio (3%) presenta clima Cálido subhúmedo. (figura 2)
40%
33%
24%
3%
FUENTE: INEGI Carta de climas 1: 1 000 000
(Figura 2 Clima del estado de Chihuahua)
OBJETIVOS.-
3
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
Se tratara de determinar las características físicas e hidrológicas de la cuenca, observando el impacto que tiene el caudal drenado por la cuenca sobre las estructuras de conducción en las calles Flores Magón y Justiniani (figura 3), siendo esta la desembocadura, evaluando su capacidad de conducción para periodos de retorno de 20, 50 y 100 años.
(Figura 3 Estructura de conducción de la cuenca “La Cañada)
METODOLOGIA.-
4
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
1.- Visita a la zona de estudio para identificar y reconocer las circunstancias de la cuenca.
2.- Recopilación de Información en campo y gabinete.
3.-Determinar las características de la cuenca.
4.-Elaboracion de cálculos para definir la magnitud de la problemática.
5.-Recomendaciones.
AREA DE LA CUENCA.-
5
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
El área de la cuenca “La Cañada” es de 14.799 km2, con un perímetro de 23.945 km, de acuerdo a la superficie que encierra el parteaguas podemos clasificar la cuenca en estudio (Campos, 1992), como se muestra en el recuadro:
Tamaño de la cuenca Descripcionkm2
< 25 Muy pequeña25-250 Pequeña
250-500 Intermedia pequeña500-2500 Intermedia grande
2500-5000 Grande>5000 Muy grande
(Cuadro 1 Clasificación de la cuenca por tamaño)
Como se observa en el recuadro la cuenca “La Cañada” se clasifica como muy pequeña.
PENDIENTE DE LA CUENCA.-
De acuerdo a los datos obtenidos en la cuenca:
TOTAL Nx = 195 intersecciones TOTAL Lx = 29.304 km d = 20mts = 0.020kms
TOTAL Ny = 235 intersecciones TOTAL Ly = 30.197 km
SEGÚN HORTON:
Sx = ∑ Nx .d
∑ Lx Sy =
∑ Ny .d
∑ Ly Sc =
Sx+Sy2
Sustituyendo:
6
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
Sx = 195(0.020)29.304
= 0.133 Sy = 235(0.020)30.197
= 0.155
Sc = 0.133+0.155
2 = 0.144
Por lo tanto, de acuerdo con el método de Horton la pendiente de la Cuenca es: 0.144
SEGÚN ALVORD con los datos obtenidos de la cuenca:
Sc = d .∑ L
A
Donde:
D = 0.020km
∑ L = 166.11 km
A = 14.799 Km2
Sustituyendo:
Sc = 0.020(166.11)14.799
= 0.224
Por lo tanto, de acuerdo con el método de Alvord la pendiente de la cuenca es: 0.224
7
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
HIDROGRAFIA.-
Las corrientes dentro de la cuenca se clasifican como corrientes fugaces, pues solo conducen agua durante la precipitación o inmediatamente después de esta. El cauce principal pertenece al 3er orden de corriente con una longitud de 10.548 km. La vertiente de esta cuenca es endorreica, ya que su flujo no es descargado en el océano.
COHEFICIENTE DE COMPACIDAD (Cc):
El coeficiente de compacidad (Cc), definido por H. Gravelius, permite establecer la forma de la cuenca como circular, alargada o asimétrica y se expresa como:
Cc = PPc =
0.282 .P
(A)12
Donde:
P = perímetro de la cuenca = 23.945 kms
A = área de la cuenca = 14.799 km2
Pc = perímetro de un círculo con área igual al tamaño A de la cuenca, en km
Sustituyendo:
Cc = 0.282(23.945)
(14.799)12
= 1.75
El coeficiente de compacidad tendrá como límite la unidad, indicando que la cuenca es circular y a medida que su valor crece indicará una mayor distorsión en su forma, es decir, se vuelve alargada o asimétrica. Por lo tanto con el resultado obtenido tenemos que la cuenca es alargada y asimétrica.
De acuerdo a la clasificación de Campos (1992), la cuenca tiene una forma de clase III, pues el resultado obtenido es mayor a 1.51, dicha forma se caracteriza por ir de oval-oblonga a rectangular-oblonga.
8
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
Por lo tanto hay mayor infiltración en esta cuenca debido a su forma alargada, también cabe resaltar que por esta forma el caudal tardará más en llegar al punto de cierre de la cuenca que si fuera circular.
DENSIDAD DE DRENAJE (Dd):
La densidad de drenaje (Dd) se define como la longitud total de los cauces dentro de la cuenca, dividida entre el área total de la cuenca, se calcula con la siguiente expresión propuesta por R.E. Horton
Dd = ∑ L
A
Donde:
L = sumatoria de la longitud del cauce principal y sus afluentes = 33.810 kms
A = área total de la cuenca = 14.799 Km2
Sustituyendo:
Dd = 33.81014.799 = 2.28
Presenta una densidad de drenaje baja (>14), típica de regiones en donde predominan las llanura, característica en cuencas resistentes a la erosión y de permeabilidad considerable.
Esto significa que solo hay 2.28 km de cauce por cada km2, el liquido tiende a infiltrarse conforme va descendiendo y por ello no erosiona mucho el terreno, también debido a que es una pendiente poco pronunciada.
9
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
RELACIÓN DE ELONGACIÓN (Re):
La relación de elongación, definida por S. A. Schumm como el cociente adimensional entre el diámetro (D) de un círculo de área (A) igual a la de la cuenca y la longitud Lc de la misma, expresándose como:
Re = DLc = 1.1284(A)
12
Lc
Donde:
Lc = longitud más grande de la cuenca, a lo largo de una línea recta medida desde la salida hasta el parteaguas, paralela al cauce principal = 9.577 kms
D = diámetro de un circulo de área igual a la de la cuenca, en km
A = Área de la cuenca = 14.799 km2
Sustituyendo:
Re = 1.1284(14.799)12
9.577 = 0.45
El valor del coeficiente Re, varía entre 0.60 y 1.01; el cálculo del relieve en una cuenca es importante, ya que una cuenca con relieve alto tiene una respuesta más rápida al escurrimiento debido a que disminuyen los tiempos de concentración de éste.
10
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
Por lo tanto con el resultado obtenido tenemos que la cuenca es alargada (Shumm, 1956), ubicada en áreas con relieve y pendientes pronunciadas (Senciales y Ferre, 1999), ya que su valor es menor que la unidad.
PENDIENTE DEL CAUCE PRINCIPAL.-
La relación del régimen hidráulico y la velocidad de la onda de avenida es directamente proporcional a la pendiente del cauce principal; existen diversos métodos para calcular la pendiente de este algunos de ellos son los siguientes:
TAYLOR & SCHWARZ LONGITUD CONSTANTE
Consiste en obtener la pendiente de intervalos de longitud constantes a lo largo del cauce, para los cuales se emplea la siguiente expresión:
Si=∆ hLi
Partiendo de esto se continua con:
S=( m1
√S1
+ 1√ S2
+ 1√S3
+…+ 1√Sm )
2
En donde:
S = pendiente media del cauce principal, adimensional.
Si = pendiente de cada tramo, desde i = 1 hasta m.
m = número de tramos de igual longitud en los que se dividió el cauce principal.
h = diferencia de elevación entre cada tramo “m”, en m.
11
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
(Cuadro 3 Pendiente del cauce principal por el método de Taylor & Schwarz de elevación constante)
Por lo tanto, de acuerdo al método de elevación constante la pendiente del cauce
principal es: 0.019174
Existen diferencias entre ambos métodos de Taylor & Schwarz porque no considera los mismos parámetros, pero si considera las mismas características generales, en elevación constante secciona los incrementos de alturas (y); mientras que en longitud constante, secciona los intervalos de longitud horizontal (x).
14
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
METODO DE LOS EXTREMOS
Consiste en obtener la diferencia de elevaciones entre el punto más alto de la cuenca y el más bajo, dividiéndolo entre la longitud del cauce principal.
∆ h=1773.81m−1486.15m
∆ h=287.66m
L=10548.12m
S= ∆hL
S= 287.66m10548.12m
Por lo tanto, de acuerdo al método de los extremos la pendiente del cauce principal es:
0.027271
15
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
METODO DE LA RECTA EQUIVALENTE
La pendiente promedio del cauce principal se obtiene por la pendiente de una línea recta que se apoya en el inicio o salida de la cuenca, y tiene igual área arriba y abajo respecto al perfil del cauce principal.
(figura 4 Pendiente del cauce principal por la recta equivalente)
EscalaH=1:1
EscalaV=1:10
∆ y=186.11m
∆ x=10548.12m
S= 186.11m10548.12m
Por lo tanto, de acuerdo al método de la recta equivalente la pendiente del cauce
principal es: 0.017644
16
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
PENDIENTE PARA LOS CALCULOS
En el siguiente cuadro se muestran los valores obtenidos por distintos métodos para obtener la pendiente del cauce principal, para realizar una comparativa y establecer la pendiente que se utiliza en delante.
Taylor & Schwarz longitud constante 0.017258Taylor & Schwarz elevación constante 0.019174Método de los extremos 0.027271Método de la recta equivalente 0.017644
(Cuadro 4 Pendientes del cauce principal por distintos métodos)
De acuerdo con los resultados obtenidos el valor de la pendiente del cauce principal es el
promedio de los resultados por longitud constante y elevación constante: 0.018216
17
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
CURVAS INTENSIDAD DURACION PERIODO DE RETORNO.-
Debido a que no se cuenta con una estación meteorológica dentro de la cuenca, es necesario determinar las curvas de intensidad-duración-periodo de retorno (i-d-Tr), para después de esto obtener el escurrimiento superficial.
Una tormenta puede durar desde algunos minutos hasta varias horas o incluso días, puede extenderse por zonas amplias o presentarse en una pequeña región y su intensidad es variable también, por ende, se definen las variables como se enuncia a continuación.
Intensidad: Es variable durante la tormenta, mm/h.
Duración: Es el tiempo que transcurre entre el inicio y el fin de la tormenta, puede cuantificarse en minutos u horas.
Frecuencia: Es el periodo de retorno que se le asigna a la tormenta de ciertas características, medida en años.
PRECIPITACION
Es toda forma de humedad originada en las nubes y que llega a la superficie terrestre, para que se genere la precipitación, es necesario que exista una elevación de vapor en la atmosfera y un enfriamiento para que alcance el punto de rocío y así vaya condensando parte de la masa.
La precipitación, como variable de estado hidrológica, se puede caracterizar a través de la intensidad, su distribución en el espacio y en el tiempo, y su frecuencia o probabilidad de ocurrencia, y para poder caracterizarla es necesario un gran número de observaciones, extraídas de series pluviográficas, con el objeto de deducir el patrón de comportamiento en una zona determinada y permitir su análisis o uso posterior.
18
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
Para construir las curvas i-d-Tr, se manejaron datos de precipitación de la estación Observatorio para precipitación máxima anual con duración de 1 hora y 24 horas, a continuación se muestran los datos:
PRECIPITACION MAXIMA ANUAL DE 1 HORA
# Año Precipitacion Precipitacion Ordenada(mm) (mm)
(Cuadro 6 Precipitación máxima anual para una duración de 24 horas)
20
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
CHENG-LUNG-CHEN
Esta fórmula fue presentada en 1983 por Chen, aplicable para periodos de duración entre 5 minutos y 24 horas, y periodos de retorno mayores a un año, funciona bastante bien para periodos de retorno mayores o iguales a 10 años.
PtTr=
(a ) (P6010) log {(102−F ) (Tr F−1 )}t
60 (t+b)c
a ,b y cParámetros de la fórmula de Cheng-Lung-Chen.
F Coeficiente de lluvia-periodo de retorno.
Tr Periodo de retorno, en años.
t Duración, en minutos.
P6010 Precipitación para un periodo de retorno de 10 años y una duración de
1_hora, en mm.
PtTr Precipitación para un periodo de retorno Tr y una duración t, en mm.
Es necesario obtener la relación lluvia-duración R, que viene a ser el cociente de la precipitación máxima con un periodo de retorno de 2 años y una duración de 60 minutos, entre la altura máxima de precipitación con un periodo de retorno de 2 años y una duración de 1440 minutos.
R=P60
2
P14402
P602 Precipitación en 1 hora para un periodo de retorno de 2 años.
P14402 Precipitación en 24 horas para un periodo de retorno de 2 años.
21
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
Coeficiente lluvia-periodo de retorno F, es el cociente de la precipitación máxima con un periodo de retorno de 100 años y una duración de 1440 minutos, sobre la altura de precipitación máxima con un periodo de retorno de 10 años y una duración de 1440 minutos (24 horas), también obtenidas en los cálculos con el AX.
F=P1440
100
P144010
P1440100 Precipitación en 24 horas para un periodo de retorno de 100 años.
P144010 Precipitación en 24 horas para un periodo de retorno de 100 años.
Para los valores de precipitación con periodos de retorno se tomaron los valores obtenidos en la investigación “Transito del vaso de la presa “El Rejón” a partir de un estudio Hidrológico”.
100 46.23 51.09 54.92 59.47 62.52 68.51 75.64 94.19(Cuadro 9 Datos de las curvas Precipitación-duración-Tr, por F. C. Bell)
25
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
1 10 100 1000 100001
10
100
1000
Tr = 20 añosTr = 50 añosTr = 100 años
Duracion, minutos
Inte
nsid
ad, m
m/h
r
(figura 7 Precipitación para 20, 50 y 100 años por la fórmula de F. C. Bell)
CURVAS PARA LOS CALCULOS
Para los cálculos siguientes se utilizan las precipitaciones obtenidas por la fórmula de Cheng-Lung-Chen.
26
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
TIEMPO DE CONCENTRACION
Es el tiempo que transcurre para que la primer gota de lluvia llegue a la descarga de la cuenca desde el punto más alejado de la cuenca; se encuentra en función de la longitud del cauce principal y de la pendiente del cauce principal.
FORMULA DE KIRPRICH
Para tiempos de concentración menores de 10 horas.
Tc=0.0662[ L√s ]0.77
Donde:
Tc = Tiempo de concentración, en horas.
L = Longitud del cauce principal, en m.
s = Pendiente del cauce principal.
Tc=0.0662[ 10548.12m
√0.018216 ]0.77
Por lo tanto, de acuerdo a la fórmula de Kirprich el tiempo de concentración es:
1.9_horas
FORMULA DE ROWE
27
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
Tc=[ 0.86L3
H ]0.365
En donde:
Tc = Tiempo de concentración, en horas.
L = Longitud del cauce principal, en km.
H = Desnivel total del cauce, en m.
Tc=[ 0.86(10.548km)3
287.66m ]0.365
Por lo tanto, de acuerdo a la fórmula de Rowe el tiempo de concentración es:
1.58_horas
FORMULA DE CHOW
Tc=0.01[ L√s ]0.64
En donde:
Tc = Tiempo de concentración, en horas.
L = Longitud del cauce principal, en m.
s = Pendiente del cauce principal, %.
28
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
Tc=0.01[ 10548.12m
√1.8216 ]0.64
Por lo tanto, de acuerdo a la fórmula de Chow el tiempo de concentración es:
3.11_horas
FORMULA DE LA S. C. S.
K=√ L3
H
Tc=0.0195K0.77
Tc = Tiempo de concentración, en minutos.
L = Longitud del cauce principal, en m.
H = Desnivel total del cauce, en m.
K=√ 10548.12m3
287.66m Tc=0.0195(63873.77)0.77
Por lo tanto, de acuerdo a la fórmula de la S. C. S. el tiempo de concentración es:
97.75_minutos = 1.63_horas
29
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
TIEMPO DE CONCENTRACION PARA LOS CALCULOS
Fórmula TcFormula de Kirpich 1.90Formula de Rowe 1.58Formula de la S. C. S. 1.63Formula de Ven Te Chow 3.11
(Cuadro 10 Tiempo de concentración por distintas fórmulas)
De acuerdo con los resultados obtenidos el valor del tiempo de concentración es el
promedio de los resultados por Rowe y por la S. C. S.: 1.605 horas
30
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL
Se define como escurrimiento superficial a la cantidad de agua que no se infiltra y fluye por encima del terreno natural, existen distintas formas de determinar el caudal superficial, los cuales se clasifican en métodos estadísticos y a partir de datos de lluvia, son a estos últimos a los que se refiere a continuación.
Se considera que las avenidas más criticas tienen lugar cuando la duración de la precipitación es por lo menos igual al tiempo de concentración, por lo que se toma esto como premisa para el desarrollo en los distintos métodos.
FORMULA RACIONAL
Considera que la precipitación ocurre con la misma intensidad en toda la cuenca, por lo que a medida que la superficie de esta es mayor sus resultados difieren frecuentemente con la realidad, sin embargo, la cuenca “La Cañada” se clasifica como muy pequeña (Campos, 1992), por lo que podemos considerar el método sin inconvenientes.
Q=0.278C I A
Q = gasto máximo, en m3/s.
C = coeficiente de escurrimiento adimensional.1
I = intensidad media de la lluvia para una duración igual al tiempo de concentración, en mm/h.
A = área de la cuenca, en km2.
Para obtener el coeficiente de escurrimiento observamos el siguiente cuadro:
31
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
Tipo de superficie a drenarCoeficiente de
escurrimiento CMinimo Maximo
A) PRADERAS Suelo arenoso plano (pendiente < 2%) 0.05 0.10Suelo arenoso medio (pendiente 2% a 7%) 0.10 0.15Suelo arenoso empinado (pendiente > 7%) 0.15 0.20Suelo arcilloso plano (pendiente < 2%) 0.13 0.17Suelo arcilloso medio (pendiente 2% a 7%) 0.18 0.22Suelo arcilloso empinado (pendiente > 7%) 0.25 0.35B) ZONAS PAVIMENTADAS Pavimento asfaltico 0.70 0.95Pavimento de concreto 0.80 0.95Pavimento adoquinado 0.70 0.85Estacionamientos 0.75 0.85Patios de ferrocarril 0.20 0.40C) ZONAS RESIDENCIALES Unifamiliares 0.30 0.50Multifamiliares, espaciados 0.40 0.60Multifamiliares, juntos 0.60 0.75Suburbanas 0.25 0.40Casa habitacion 0.50 0.70D) ZONAS COMERCIALES Zona comercial (areas centricas) 0.70 0.95Areas vecinas 0.50 0.70E) ZONAS INDUSTRIALES Construcciones espaciadas 0.50 0.80Construcciones juntas 0.60 0.90F) CAMPOS DE CULTIVOS 0.20 0.40G) ZONAS FORESTADAS 0.10 0.30H) TERRACERIAS 0.25 0.60I) PARQUES Y CEMENTERIOS 0.10 0.25J) AREAS DE RECREO Y CAMPOS DE JUEGO 0.20 0.35K) AZOTEAS Y TECHADOS 0.75 0.95
(Cuadro 11 Parámetros para obtener el coeficiente de escurrimiento C de la fórmula racional)
Uso de suelo y cubierta vegetal
Area% C C
PONDERADOm2
32
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
Σ = 0.188(Cuadro 12 Coeficiente de escurrimiento C de la fórmula racional)
C = 0.188
Para determinar la intensidad de lluvia obtenemos la precipitación, para una duración de 1.605 horas y periodos de retorno de 20, 50 y 100 años, de la fórmula de Chen.
100 74.52 16.67 1.605 70.841 46.422 14.799 46.533(Cuadro 16 Escurrimiento superficial por el Hidrograma Unitario Triangular)
METODO DE CHOW
Nos permite conocer el gasto máximo para cierto periodo de retorno, interviene directamente el escurrimiento, agrupando la afectación se denotan dos bloques, en uno de ellos se afecta el escurrimiento directo dado por la cantidad de lluvia en exceso, el otro por las características de la cuenca.
Q=A XY Z
En donde:
Q = caudal de entrada, en m3/s.
A = área de la cuenca, en km2.
X = factor de escurrimiento, X=Ped
Y = factor climático, debido a que no se cuenta con una estación pluviométrica base dentro de la zona de estudio se toma como valor 0.278
35
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
Z = factor de reducción de pico, por la siguiente gráfica.
(figura 8 Factor de reducción de pico “z” para obtener el escurrimiento superficial por el método de Chow)
Además de esto, es necesario determinar el tiempo pico de la cuenca, el cual consiste en el tiempo que tarda en presentarse el caudal pico.
100 0.758 1 7.451676 0.01672 14799303 41.68063(Cuadro 20 Escurrimiento superficial por el método de Sánchez Bribiesca)
ESCURRIMIENTO SELECCIONADO
Como se muestra a continuación en el cuadro, se presentan los resultados obtenidos por cada uno de los métodos para los diferentes periodos de retorno:
CriterioTr
20 50 100
Formula Racional 29.04057 32.90662 35.83117
H. U. T. 27.72054 38.03595 46.53332
Chow 27.71004 38.01608 46.50515
Sánchez Bribiesca 24.45496 34.55105 41.68063
(Cuadro 21 Comparación de los escurrimientos superficiales obtenidos)
El caudal que se selecciona para los cálculos es el obtenido por el método de Chow.
Q20años = 27.71 m3/s
Q50años = 38.02 m3/s
Q100años = 46.51 m3/s
41
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
EVAPOTRANSPIRACION
La evapotranspiración es esencialmente igual a la evaporación, excepto que la superficie de la cual se escapan las moléculas de agua no es una superficie de agua, sino hojas de plantas.La cantidad de vapor de agua que transpira una planta, varía día a día con los factores ambientales que actúan sobre las condiciones fisiológicas del vegetal y determinan la rapidez con que el vapor del agua se desprende de la planta, siendo los principales:
Radiación solar Humedad relativa Temperatura Viento
Radiación solar. Este término comprende la luz visible y otras formas de energía radiante (radiaciones infrarrojas y ultravioleta). El principal efecto de las radiaciones solares sobre la evapotranspiración proviene de la influencia de la luz sobre la apertura y cierre de los estomas, ya que en la mayoría de las especies vegetales, los estomas por lo común, permanecen cerrados cuando desaparece la luz.Humedad relativa. En general si otros factores permanecen constantes, cuando la presión del vapor es mayor, será más lenta la evapotranspiración. Si los estomas están cubiertos, la difusión del vapor de agua de las hojas dependerá de la diferencia entre la presión de vapor de agua en los espacios intercelulares y la presión de vapor de la atmósfera exterior.Temperatura. Influye en la velocidad en que se difunde el vapor de agua de la hojas a través de los estomas, en general cuanto más alta es la temperatura para un gradiente dado, más alta es la velocidad de difusión.Viento. El efecto del viento sobre la evapotranspiración dependerá de las condiciones ambientales. Un aumento en la velocidad del viento, dentro de ciertos límites significa una mayor evapotranspiración, sin embargo, puede decirse que la evapotranspiración aumenta relativamente más, por los efectos de una brisa suave (0 a 3 km/hora), que por vientos de gran velocidad. Se ha observado que estos últimos ejercen más bien un efecto retardante sobre la evapotranspiración, probablemente debido al cierre de los estomas en tales condiciones. El efecto del viento puede ser indirecto sobre la evapotranspiración a través de la influencia que ejercen en la temperatura de las hojas.
42
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
Thornthwaite
Describió la importancia física y biológica de la evapotranspiración en la clasificación climática y desarrollo una ecuación para la estimación de la evapotranspiración potencial. La formula se utiliza para calcular la evapotranspiración potencial mensual en mm, expresándose de la siguiente manera:
U j=1.6Ka( 10T j
I )a
a=675 x10−9 I 3−771 x10−7 I 2+179 x10−4 I+0.492
Uj uso consuntivo en el mes j, cm
Tj temperatura media en el mes j, °C
a, I constantes
Ka constante que depende de la latitud y el mes del año
(Cuadro 22 Evapotranspiración por el método de Thornthwaite)
43
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
I = 93.24858 a = 2.038048
U = 98.50581 cm/año
U = 985.0581 mm/año
Thornthwaite-Holzman
Esta ecuación fue desarrollada por Thornthwaite y Holzman (1939) para transporte de vapor, para evapotranspiración con el ajuste en “B” presentado a continuación, el cual fue recomendado por Doorenbos y Pruitt (1977).
Ea=B (eas−ea )
B=0.0027 (1+ u100 )
ea=RH easeas=611[ 17.27T
273.3+T ]
Ea evapotranspiración, mm/día
B coeficiente de transporte de vapor, mm/(día*Pa)
u recorrido de viento en 24 horas en km/día, a una altura de 2 horas
ea presión de vapor ambiental en el aire, Pa
eas presión de saturación del vapor correspondiente a la temperatura ambiental del aire, Pa
RH humedad relativa, %
T temperatura del aire, °C
44
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
La fórmula de Hargreaves (Hargreaves y Samani, 1985) para evaluar la Evapotranspiración Potencial necesita solamente datos de temperaturas y de Radiación Solar; la expresión que se emplea a continuación es la formula modificada.
ET 0=0.0023 (tmed+17.78 ) R0∗(tmax−tmin )0.5
Donde:
ET0 evapotranspiración potencial diaria, mm/día
tmed temperatura media diaria, °C
47
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
tmax temperatura diaria máxima
tmin temperatura diaria mínima
R0 radiación solar extraterrestre tabulada, mm/día
(figura 11 Radiación solar extraterrestre en mm/día)
48
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
(Cuadro 26 Evapotranspiración por el método de Hargreaves)
Los valores calculados se encuentran relativamente cercanos, el método de Thornthwaite es el más alejado a los otros datos, se da por bueno el valor obtenido por el método de Hargreaves, pues es el valor medio dentro de los obtenidos, pero no altera el caudal obtenido por el método de Chow, porque el valor determinado es para el periodo de un año.
49
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
ETP = 1610.042 mm/año
CONCLUSION
Observando la capacidad hidráulica de las estructuras de conducción en las calles Flores Magón y Justiniani, es necesario recalcar que la doble sección circular se encuentra clausurada, por lo que únicamente se cuenta con la sección trapezoidal para dar paso al flujo proveniente de la precipitación.
(figura 12 Fotografía de la zona de riesgo a evaluar)
Por consiguiente únicamente se puede soportar un caudal de 44.35 m3/s IMPLAN (2010), según los cálculos obtenidos mediante esta investigación:
Tr20 50 100
27.71004
38.01608
46.50515
La sección no es apropiada para un periodo de retorno de 100 años, por lo que es necesario incrementar el área de dicha sección o rehabilitar la doble sección circular que se encuentra contigua para prevenir riesgos de inundación en las zonas cercanas.
50
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n
Otra solución factible seria implementar zonas verdes en las que parte del flujo pueda ser vertido aminorando su energía y disminuyendo su caudal.
En este caso únicamente es recomendable canalizar el cauce en sus paredes laterales para favorecer la infiltración del líquido, sin embargo la infiltración no altera los caudales determinados por el estudio, únicamente seria una acción de prevención a inundaciones de las zonas contiguas con topografía similar a la del cauce del arroyo.
51
“ E S T U D I O H I R O L O G I C O C U E N C A L A C A Ñ A D A ” .I n g . M a n u e l . M i r e l e s Z a m a r r ó n