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DETERMINACIN DE CAUDALES DE CRECIDA PARA LA CUENCA DEL RIO MOROCHATA MEDIANTE E L MODELO HIDROLGICO HEC-HMS

I. INTRODUCCIN

La aplicacin de sistemas de informacin geogrfica como el ILWIS Ver. 3.23 the integrated land and water information system, ( sistema de informacin integrado de tierra y agua ) y el Modelo de Simulacin Hidrolgica HEC-HMS permitirn hacer la determinacin de caudales en la cuenca de Morochata para diferentes periodos de retorno. El conocimiento de estos caudales permitir proyectar obras hidrulicas adecuadas y por ende el aprovechamiento de agua de dicha cuenca.

II. ANTECEDENTES

2.1 Temtica de la investigacin

Una caracterstica comn en toda la regin es la falta de informacin hidrolgica bsica, ante esta situacin es frecuente el uso de informacin, a veces no representativa, de estaciones metereolgicas ubicadas fuera del rea de estudio (Muoz, 1998)

La falta de informacin hidrometereolgica representa una limitante fundamental para el desarrollo de proyectos tcnico y econmicamente adecuados (Muoz, 1998).

La cuenca del ro Morochata se encuentra localizada a 58 Km al Nor-Este de la ciudad de Cochabamba. Su accesibilidad es a travs del camino carretero Cochabamba-Morochata.

La cuenca del ro Morochata se divide en cinco subcuencas, debido a la falta de informacin se las nombr con nmeros de abajo hacia arriba, no se efectuaron estimaciones de crecidas porque no se tuvo ningn tipo de informacin en la zona.

Por su parte el HEC-HMS es un programa computacional del sistema de modelamiento hidrolgico del cuerpo de ingenieros de la armada de los Estados Unidos de Norteamrica.

El HEC-HMS es una versin mejorada para el entorno Windows de HEC-1. Este programa simula procesos de precipitacin escurrimiento y procesos de transito de avenidas tanto controlados como naturales. Este modelo se constituye en el sucesor y reemplazante del HEC-1.

El HEC-HMS es uno de los mas difundidos a nivel nacional e internacional en la cuenca piloto Taquia, en el Laboratorio de Hidrulica de la UMSS y en el CLAS.

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El problema para determinar los caudales mximos, es que al igual que en muchas cuencas en Bolivia no se dispone de informacin pluviomtrica ni fluviomtrica. Para el planteamiento y resolucin del problema, es posible desarrollar mtodos adecuados para la estimacin de caudales mximos, basados en la escasa informacin pluviomtrica existente.

2.2 Contexto Geogrfico.

La cuenca de Morochata , rea donde se desarrolla el presente trabajo se encuentra ubicado a unos 85 Km. al noreste de la ciudad de Cochabamba y forma parte del sistema hidrogrfico alta machi _Beni_ Mamore _Amazonas

III. J USTIFICACIN

Los recursos hdricos se constituyen en un elemento de vital importancia para el desarrollo de la vida en la tierra. El agua es esencial tanto para el consumo humano, la salud, la elaboracin de alimentos etc.

La presente propuesta sugiere como alternativa para proporcionar una metodologa de calculo de caudales para diferentes periodos de retorno utilizando modelos hidrolgicos y sistemas de informacin geogrfica que consideren un registro de precipitacin actualizado

IV. PLANTEAMIENTO DE L PROBLEMA

Existe una falta de conocimiento de los caudales de crecida en toda lo cuenca de Morochata, y falta de conocimiento sobre posibles mtodos y tcnicas que permitan mejorar la determinacin de caudales mximos en la cuenca

V. OBJETIVOS

El objetivo principal del trabajo de tesis es de proporcionar informacin de hidrogramas para diferentes periodos de retorno en la cuenca de Morochata para el buen aprovechamiento del agua.

VI. PREGUNTA CENTRAL

En la cuenca Morochata que caudal mximo se genera aplicando el sistema de modelamiento Hidrolgico (HEC-HMS), con la combinacin de sistemas de informacin geogrfico (SIG).

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VII. MARCO CONCEPTUAL

7.1. Cuenca hidrogrfica.

Es una unidad territorial formada por un ro con sus afluentes y una rea colectora de agua. En la cuenca estn contenidos los recursos naturales bsicos para mltiples actividades humanas, como agua, suelos, vegetacin y fauna. Todos ellos mantienen una continua y particular interaccin con los aprovechamientos y desarrollos productivos del hombre. (FAO, 1990).

7.2. Caracterizacin fisiogrfica e hidrolgica.

Entre las caractersticas hidrogrficas que afectan la respuesta de una cuenca y de las cuales se puede obtener una idea cuantitativa del grado de su influencia se tienen: rea y tipo del suelo, posicin y orientacin, elevacin, pendiente y red de drenaje.

7.3. Hidrogramas.-

La estimacin de los hidrogramas de crecida se elabora a travs de los hidrogramas segn Vente Chow (1994) un hidrograma de caudal es una grafica o tabla que muestra la tasa de flujo del tiempo en un lugar dado de la corriente. En efecto, el hidrograma es una expresin integral de las caractersticas fisiogrficas y climticas que rigen las relaciones entre lluvia y escorrenta de una cuenca de drenaje particular, dos tipos de hidrogramas son particularmente importantes: el Hidrograma anual y el Hidrograma de tormenta.

7.4. Caracterizacin fisiogrfica e hidrolgica

Entre las caractersticas hidrogrficas que afectan la respuesta de una cuenca y de las cuales se pueden obtener una idea cuantitativa del grado de su influencia, se tienen: rea, tipo y uso del suelo, posicin y orientacin, forma de la pendiente, elevacin, red de drenaje.

7.4.1. rea de la cuenca

Esta determinada por una lnea imaginaria que encierra el rea de confluencia. Esta lnea que separa una cuenca de las circundantes, se denomina lnea divisoria de aguas o parte aguas y en su trazado no debe cortar ninguna corriente de agua, salvo a la salida de ella.

El rea de la cuenca tiene una gran influencia en la magnitud del caudal que de ella va ha drenarse. Normalmente, a medida que crece el rea de la cuenca as mismo lo harn los caudales promedio, mnimos y los mximos instantneos.

Dividir el caudal de una cuenca (Q) por el rea de la cuenca (A) permite obtener los caudales especficos (q), los cuales se expresan generalmente en lt/seg/ km2

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q=Q/A

Este parmetro permite la comparacin entre cuencas de la misma o de diversas regiones; al igual que cuando se evalan los rendimientos mximos, mnimos o medios.

7.4.2. Tipo y uso del suelo.

Teniendo en cuenta el tipo de suelo y la vegetacin de las cuencas hidrogrficas se han definido una serie de parmetros empricos para su clasificacin. Entre los mas aceptados y empleados se encuentra el llamado Nmero de escurrimiento (N), el caudal varia de 0 a 100 segn el Servicio de Conservacin de Suelos (SCS). (Jimenez 1992).

Para la seleccin del Nmero de escurrimiento N, se clasifican los suelos con su grado de permeabilidad designndose por letras A, B, C y D de acuerdo al uso y/o vegetacin de dicho suelo.

Suelo tipo A. Potencial de escurrimiento bajo. Suelos que tienen altas capacidades de infiltracin cuando estn completamente hmedos: principalmente arenas y gravas muy bien ordenadas. Estos suelos tienen alta velocidad de transmisin de agua.

Suelo tipo B. Suelos que tienen capacidades de infiltracin moderadas cuando estn completamente hmedas: principalmente suelos medianamente profundos y drenados, con textura de sus agregados variando entre moderada y muy fina. Estn caracterizadas porque tienen velocidades medias de transmisin de agua.

Suelo tipo C. Suelos que tienen capacidades de infiltracin bajas cuando estn completamente hmedas principalmente de suelos que contienen una capa que impide el movimiento hacia abajo del agua o suelos con textura fina o moderadamente fina, estos suelos tienen baja transmisin de agua.

Suelo tipo D. Suelos que se expanden significativamente cuando se mojan, arcillas altamente plsticas y ciertos suelos salinos. Estos suelos tienen una velocidad de transmisin de del agua muy baja.

7.4.3. Pendiente.

La pendiente de la cuenca tiene una importante correlacin son la infiltracin del escurrimiento superficial, la humedad del suelo. Es uno de los factores fsicos que controla el flujo sobre el terrino y tiene una influencia directa en la magnitud de las avenidas y crecidas.

7.4.4. Tiempo de concentracin.

Es el tiempo transcurrido entre el final del hietograma de exceso y el final de escurrimiento directo, siendo esta la definicin que aparece reseada en la literatura con mayor frecuencia,

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sin embargo otros autores el Tc como el tiempo comprendido entre el centroide del hietograma de excesos y el punto de inflexin sobre la curva de recensin del hidrograma de escurrimiento directo.

Adems se puede definir como el tiempo que se demora en viajar una partcula de agua desde el punto ms remoto hasta el punto de inters. Comprende al lapso entre el final de la lluvia y el momento en que cesa el escurrimiento superficial.

Para el calculo del tiempo de concentracin se puede utilizar las ecuaciones propuestas por Kirpich,Temes, Rowe y Soil Conservation Service.

Ecuacin de kirpich: Tc= 0.39*[(L2)/S]0.385

Ecuacin de Temes: Tc= 0.3*[L/(S0.25)]0.75

Ecuacin de Rowe: Tc= [(0.86*L3)/H]0.385

Ecuacin de SCS Tc= 0.95*(L3/H)0.385

Siendo:

L= Longitud del cauce principal (Km)

S= Pendiente del cauce principal (m/m)

A= rea de la cuenca (km2)

7.4.5. Modelo de elevacin digital.

El modelo de elevacin digital consiste en una representacin digital de altitudes como las de la superficie terrestre, sta informacin segn su origen puede ser almacenada en formato Raster o vector para su posterior utilizacin. Los DEM son mapas de entrada que se usan con mayor frecuencia en un SIG, sus aplicaciones mas importantes son despliegues tridimensionales de mapas, seleccin de perfiles, clculo de pendientes, patrn de drenaje, clculo de ortoimagenes a partir de fotografas areas o imgenes satelitales.

7.4.6. Sistemas de Informacin Geogrfica.

Es un sistema informatizado de almacenamiento, anlisis de recuperacin de datos en el que los datos se hallan identificados por sus coordenadas geogrficas. Adems los datos primarios

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, como las caractersticas climticas y del suelo es posible utilizar un SIG para calcular valores derivados como el peligro de erosin, clase de producto forestal o aptitud de la tierra para determinar los tipo de aprovechamiento.

Los datos se extraen normalmente de los mapas, mientras que los valores derivados pueden presentarse en forma de mapas (Morales y Saavedra 1998).

VIII. METODOLOGA.

8.1. Recopilacin de la informacin espacial existente

La informacin cartogrfica est compuesta por cartas topogrficas de Instituto Geogrfico Militar (IGM) e imgenes satelitales (?) correspondiente al rea de estudio. Las cartas IGM y la imagen satelital fueron proporcionadas por el CLAS.

8.2. Recopilacin y procesamiento de datos de lluvia

La informacin pluviomtrica fue proporcionada por el Servicio Nacional de Hidrologa y Metereologia, siendo la correspondiente a sta rea de estudio la Estacin Morochata.

Tabla 1. Caractersticas de las estaciones Pluviomtricas de la Cuenca Morochata

Periodo Coordenadas Estacin

De A

Elevacin m.s.n.m.

Latitud S Longitud W

Morochata 1948 1999 3027 17014, 66032,

Los registros de precipitaciones para la implementacin del trabajo corresponden a informacin de precipitaciones mximas diarias anuales.

La informacin pluviomtrica original fue sometida a un anlisis previo donde se observo inicialmente la existencia de muchos valores de precipitacin repetidas los cuales fueron eliminados. Finalmente la informacin bsica con la que se trabajo se presentan en los anexos.

Una vez realizado este primer anlisis con la informacin se procedi a verificar la consistencia de los mismos, a travs del mtodo Mann Kendall utilizado para precipitaciones mximas diarias, tomando un nivel de significanca de 0.05.

A partir de la informacin pluviomtrica base previamente verificada y corroborada, su consistencia se procedi a elaborar las curvas de precipitacin-duracin-frecuencia

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denominadas comnmente PDF para determinar el diseo de tormenta para los diferentes periodos de retorno que corresponden a 5, 15, 25, 50 y 100 aos

Una vez determinadas las precipitaciones se procedi a realizar la desagregacin de la precipitacin para el tiempo de duracin de la tormenta, para ste efecto se utilizaron los factores de desagregacin de la cuenca Taquia al no tener ningn factor en el rea de estudio y estos valores son los que ms se asemejan por las caractersticas de la cuenca.

Tabla 2. Factor de desagregacin de la Cuenca Taquia

Tiempo (horas) Cuenca Taquia Factor

24 Dia/24hr 1.23

12 24h/12h 0.86

6 24h/6h 0.72

1 24h/1h 0.44

0.5 1h/30min 0.73

0.25 30min/15min 0.62

0.83 30min/5min 0.26

Tabla 3 precipitacin para el caculo de la tormenta para los diferentes periodos de retorno

Estaciones Tr_5 Tr- 15 Tr-25

Morochata 47.82 64.35 71.75

Fuente: Elaboracin Propia

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A partir de esta informacin pluviomtrica se efectu la desagregacin de la misma a partir de los diferentes periodos de retorno En la tabla 4 se muestra esta informacin para estacin Morochata con su respectiva curva P-D-F.

Tabla 4 desagregacin de la precipitacin para un periodo de retorno de 5 aos de la estacin de Morochata

T (hr.)

Cuenca Taquia

Factores de desagregacin

pp (mm)

I (mm/hr)

Y (mm) X (hr) DtoPDF

max Incremento

24 24hr/d 1.23 58.8 2.45 19.79 0.50 19.79 3.91

12 12hr/24hr 0.86 50.6 4.22 26.47 1.00 6.68 19.79

6 6hr/24hr 0.72 42.3 7.06 30.38 1.50 3.91 6.68

1 1hr/24hr 0.44 25.9 25.88 33.15 2.00 2.77 2.77

0.5 30min/1hr 0.73 18.9 37.78 35.30 2.50 2.15 2.15

0.25 15min/30min 0.62 11.7 46.85 37.06 3.00 1.76 1.76

0.08 5min/30min 0.26 4.9 58.94 38.54 3.50 1.49 1.49

39.83 4.00 1.29 1.29

40.96 4.50 1.14 1.14

41.98 5.00 1.02 1.02

42.90 5.50 0.92 0.92

43.74 6.00 0.84 0.84


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Tabla 5 Desagregacin de la precipitacin para un periodo de retorno de 15 aos de la Estacin de Morochata

T (hr)

Cuenca Taquia


pp (mm)

I (mm/hr)


max Incremento

24 24hr/d 1.23 79.2 3.30 26.63 0.5 26.63 5.26

12 12hr/24hr 0.86 68.1 5.67 35.62 1.0 8.99 26.63

6 6hr/24hr 0.72 57.0 9.50 40.88 1.5 5.26 8.99

1 1hr/24hr 0.44 34.8 34.83 44.61 2.0 3.73 3.73

0.5 30min/1hr 0.73 25.4 50.85 47.51 2.5 2.89 2.89

0.25 15min/30min 0.62 15.8 63.05 49.87 3.0 2.36 2.36

0.08 5min/30min 0.26 6.6 79.32 51.87 3.5 2.00 2.00

53.60 4.0 1.73 1.73

55.13 4.5 1.53 1.53

56 5.0 1.37 1.37

57.73 5.5 1.24 1.24

58.86 6.0 1.13 1.13


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Tabla 6 Desagregacin de la precipitacin para un periodo de retorno de 25 aos de la Estacin de Morochata

T (hr)

Cuenca Taquia


pp (mm)

I (mm/hr)


max Incremento

24 24hr/d 1.23 88.2 3.68 29.69 0.5 29.69 5.86

12 12hr/24hr 0.86 75.9 6.32 39.71 1.0 10.02 29.69

6 6hr/24hr 0.72 63.5 10.59 45.58 1.5 5.86 10.02

1 1hr/24hr 0.44 38.8 38.83 49.74 2.0 4.16 4.16

0.5 30min/1hr 0.73 28.3 56.69 52.96 2.5 3.23 3.23

0.25 15min/30min 0.62 17.6 70.30 55.60 3.0 2.64 2.64

0.08 5min/30min 0.26 7.4 88.44 57.83 3.5 2.23 2.23

59.76 4.0 1.93 1.93

61.59 4.5 1.83 1.83

63 5.0 1.40 1.40

64.36 5.5 1.38 1.38

65.623 6.0 1.26 1.26

Una vez elaborado la desagregacin de la precipitacin para los diferentes periodos de retorno de la estacin metereolgica de Morochata se graficaron las mismas y se aadi las lneas de tendencia con el fin de obtener la ecuacin de obtener la ecuacin que nos permita obtener el diseo de tormenta de uso.las curvas P-D-F tambin se realizo bajo la misma metodologa, la tendencia de la curvas presento un valor de R2 mayor 0.995 en todos los casos con lo que se considera una buena correlacin.

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Figura 1 Curvas P-D-F para la estacin Morochata para un periodo de retorno de 5 aos

Curva Precipitacion - Duracion - Frecuencia (Tr=5 aos)

y = 9.6372Ln(x) + 26.469

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5 10 15 20

T i e m p o ( h r )

P P

Loga r tm i ca (PP )

|||



Curva Precipitacion - Duracion - Frecuencia (Tr = 15 aos)

y = 12.97Ln(x) + 35.622

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 5 10 15 20

T (hr)

pp (

mm

)

P P

Loga r tm i ca (PP )


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Curva Precipitacion - Duracion - Frecuencia (Tr = 25 aos)

y = 1 4 .46Ln(x) + 3 9 .7 1 4

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

0 5 1 0 1 5 2 0

T (hr)

pp (

mm

)

S e r i e 1

L o g a r t m i c a ( S e r i e 1 )

Fuente Elaboracin Propia

De acuerdo al tiempo de concentracin para la cuenca se determino el tiempo de duracin de la tormenta y se efectu la desagregacin de la misma para intervalos de 30 minutos

8.3. Empleo del sistema de informacin Geogrfico ILWIS para obtener datos preliminares

Haciendo uso de parte de los recursos que nos brinda el ILWIS, realizamos las operaciones que se Irn detallando una a una a continuacin.

8.3.1. Digitalizacin de la cuenca

Al realizar primero la delimitacin de la cuenca, ros y drenajes tal como se observa en la figura 4 se hizo un mapa de segmentos para posteriormente hacer los cortes de mapas necesarios para los diferentes mapas.

8.3.2 Caracterizacin de la red de drenaje

La digitalizacin de la red de drenaje se realizo de acuerdo ala informacin basca que se tenia ose la imagen, en la cual se digitalizo los ros principales y secundarios y toda la red de drenaje.

8.3.3. Delimitacin de las subcuencas

De acuerdo con la elaboracin de la red de drenaje ya digitalizada se procedi ala delimitacin de las subcuencas, la metodologa utilizada fue encontrar los drenajes secundarios que concluyan en el principal. Como producto de esta delimitacin se identificaron 5 subcuencas.

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8.4. Procesamiento de los datos.

De acuerdo con la informacin ya digitalizada anteriormente con el SIG ILWIS se podrn elaborar lo dems mapas para este trabajo:

8.4.1. Mapa de elevacin digital

Una ves con los mapas de curvas de nivel se procedi a elaborar el modelo de elevacin digital el cual muestra la forma espacial de la cuenca de acuerdo a las elevaciones.

8.4.2. Mapa de pendientes

La elaboracin de este mapa es muy importante, ya que este sirve de base para elaborar otros mapas necesarios para corrida del modelo hidrolgico.

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8.5 Recopilacin de informacin del campo.

SE realizo una visita ala zona de estudio esto con la finalidad de hacer un reconocimiento general de lugar , as mismo se recolectaron muestras de textura y descripcin de paisajes para luego elaborar los mapas de textura y cobertura vegetal de la zona de estudio.

La elaboracin de estos mapas fue realizada en su integridad a partir de cartas topogrficas y con la ayuda del GPS .

8.6 Elaboracin de mapas temticos

Es necesario la elaboracin de estos mapas previamente a la etapa de aplicacin del HEC-HMS como ser elaboracin de cobertura necesario para la determinacin del nmero de curva CN parmetro requerido para la corrida del modelo.

8.6.1. Mapa de cobertura.

Este mapa fue elaborado sobre la base de informacin recopilada en la visita al campo, el cual se muestra a continuacin detallando las unidades identificadas.

Figura 4 Mapa de cobertura para la Cuenca de Morochata.

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Tabla 7 Unidades de cobertura

Tipo de Cobertura Area (m) rea (km2)

Bosque denso caducifolio 155795000 155.79

Bosque ralo semidesiduo 79795000 79.80

Matorral denso con rboles dispersos 99955000 99.96

Matorral ralo con gramneas 46380000 46.38

Pajonal con arbusto disperso 13685000 13.69

Pajonal con suelo expuesto 3255000 3.26

Vegetacin herborea dispersa 5885000 5.89

TOTAL 404750000 404.76


8.6.2. Mapa de textura.

Este mapa es importante ya que a partir de l se obtendrn los valores de CN para introducir al modelo HEC-HMS.

Se realizo un total de 20 muestras en la visita al campo para posteriormente hacer los anlisis respectivos en el Laboratorio de Agua y Suelos de la Facultad de Agronoma, adems de algunos anlisis que se realizaron insituo bajo el mtodo del tacto en el lugar y tomando en cuenta la plasticidad del los diferentes tipos de suelo, presentando el mapa de textura a continuacin.

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Figura 5 Mapa de textura.

8.6.3.Mapa de CN.

Es necesario el calculo de nmero de curva por subcuencas para poder ingresar estos valores al HEC-HMS, para poder caracterizar el modelo de la subcuenca, para lo cual fue elaborado el mapa de CN, de acuerdo a la siguiente tabla.

Tabla 8 Unidades de Texturas

Tipo de Textura Tipo de suelo

Franco arenoso A-B

Franco limo arcilloso B-C

Franco Limoso C

Franco Arcillo limoso D

Franco Arcilloso C-D

Limo arcilloso A-B

Fuente: Elaboracion Propia

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Algunas texturas estn clasificadas en dos grupos debido a que no se poda definir exactamente a que grupo podra pertenecer para estos casos la asignacin de los valores de CN fueron asumidos en un valor intermedio, stos valores se obtuvieron de las tablas del manual del HEC-HMS, Barren Viessman (1995) y Ven Te Chow (1994).

8.6.4. Mapa de Permeabilidad.

Es necesario la elaboracin de ste mapa para la obtencin de valor de permeabilidad indispensables para la corrida del modelo. Es importante este mapa para poder ingresar los valores de permeabilidad para pode calcular las perdidas mediante el Mtodo de Numero de Curva

8.7. Enfoque sobre el empleo del HEC-HMS.

Es un software que permite simular transformacin de lluvia histrica o hipottica en escurrimiento, a travs de un sistema que integra diferentes mtodos hidrolgicos ya sean concentrados o distribuidos para el transito de caudales.

8.7.1.Modelo de cuenca.

Los parmetros que utiliza este modelo son: las perdidas iniciales, la transformacin de lluvias en escurrimiento y el mtodo de flujo base.

La tasa de perdidas se puede calcular mediante los siguientes mtodos: el modelo de perdida inicial y perdida de tasa constante; el modelo de dficit y tasa constante; el modelo de nmero de curva del SCS y el modelo de Snyder.

Transformacin. Para la transformacin de lluvia en escorrenta se utilizan mtodos como el Snyder y SCS.

para la transformacin de la lluvia en escurrimiento se utilizarn los mtodos:

Mtodo Snyder.- que requiere los siguientes parmetros: Snyder Estndar Lag Tp (hr) y Snyder Peaking Coeficiente Cp

Tp = Ct*(Lca * L)0.3

Tp = Tiempo Lag Standard (hr) Ct = Coeficiente que representa variaciones de los tipos y localizaciones de los rios.

Varia entre 1.8 y 2.2. se asumira 2. Lca = Distancia del centro de gravedad de la subcuenca a su salida (millas) L = Longitud del curso principal (millas) Cp = Coeficiente adimensional varia entre 0.4 y 0.8, se asumira 0.6.

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Mtodo SCS.- Que requiere el SCS Lag, calculado de la siguiente manera:

SCS Lag (hr) = 0.6 * Tc (hr)

Tc (min) = K 0.77 * 0.00195

K = L/(H/L) 0.5

L = Longitud del canal principal H = Desnivel del canal principal Tc = Tiempo de concentracin

8.7.2. Modelo de precipitacin.

En el que se define una precipitacin hipottica o histrica para ser utilizada junto con el modelo de precipitacin, este modelo fue el Hietograma del Usuario.

Tormenta de diseo un tormenta de proyecto, es la distribucin hipottica de la cantidad de lluvia precipitada en el tiempo. En el estudio de avenidas, representa la lluvia que genera un caudal extremo con determinado periodo de retorno (LH-UMSS-PROMIC, 1996).

8.7.3. Control de especificaciones.

En el que se incluyen las fechas y horas de inicio, fin de la simulacin e intervalo de tiempo para el calculo del hidrograma de escurrimiento

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Tabla 9 Parmetros de entrada al HEC-HMS para el modelo de la cuenca

Centro de gravedad lca lca L L Tp Cp

subcuenca x y m millas m millas

1 752080 8098875 5177,22 3,14 8475 5,14 4,61 0,6

2 709286 8097199 4666,22 2,83 8889 5,39 4,53 0,6

3 756740 8087468 9713,24 5,89 13597 8,24 6,41 0,6

4 765447 8089727 5853,88 3,55 6227 4,02 4,44 0,6

5 768044 8093951 5783,87 3,51 4961 3,01 4,06 0,6


El mtodo utilizado para encontrar el centroide de las subcuencas con un algoritmo proporcionado por el TIC

Tabla 10 Parmetros para las subcuencas

sub S Ia (mm)

CN (SCS)

Inperm (%del area)

Tp (hr)

Cp Area (km2)

1 71.64 14.32 78 33.5 4,61 0,6 77.65

2 67.51 13.50 79 36.2 4,53 0,6 55.26

3 80.21 16.04 76 39.3 6,41 0,6 158.66

4 119.52 23.9 68 28.6 4,44 0,6 49.53

5 98.77 19.75 72 38.8 4,06 0,6 64.9


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Para calculo de perdidas iniciales se empleo la formula correspondiente al modelo de perdida iniciales del mtodo de curva

Ia = 0.2*S

S = 25400/Cn-254

Donde :

Ia=Perdidas iniciales

S= retencin potencial mxima, una medida de habilidad de retener o obastraer la precipitacin de la tormenta

CN= Numero de Curva

Dentro el modelo de la cuenca el calculo de perdidas iniciales se determino bajo el Mtodo de Numero de Curva de SCS

El mtodo de transformacin de lluvia en escurrimiento fue Snayder y para el mtodo de flujo base se asume que no existe flujo base, esto debido a que la informacin es insuficiente como para tener algn caudal medido

8.7.4.Transito de Avenida

Los mtodos a utilizar para el clculo de transito en los canales sern:

lag.- Uno de los mtodos para calcular el tiempo de retardo es la extrada de Olivera (2000)que utiliza la siguiente relacin

Lag(min)={100*L[(1000/CN)-9)0.7 }/(1900*S0.5 )

L = Longitud de canal principal(pies) S = pendiente (%) del canal principal

CN = numero de curva del SCS para la cuenca en cuestin.

Para el elemento de transito de avenida de (Reach) el hidrograma producido por cada subcuenca se muestra a continuacin en la siguiente tabla

21

Tabla 11 Tiempos Lag para los Transitos


Nombre del transito

Longitud del transito

(m)

Longitud del transito (pies)

Pendiente (%)

Numero de curva

Lag (min)

T1 8475 30267.85 18.52 78 120.14

T2 8889 31746.41 26.17 79 101.85

22

Figura 6 Diagrama del modelo de la subcuencas para la cuenca de Morochata

8.8.Anlisis y comparacin de resultados.

Finalmente en esta etapa se presentan inicialmente los resultados generados mediante el modelo.

En las tablas siguientes se podr observar los siguientes resultados arrojados por lo diferente mtodos de transformacin.

8.9. Caudales especficos estimados para los diferentes periodos de retorno

Los caudales mximos obtenidos para los diferentes periodos de retorno se observan en los siguiente periodos de retorno donde se observa unas precipitaciones de 43.8, 58.9 y 65.6 respectivamente para toda la cuenca y las perdidas totales computadas por el programa varan segn los parmetro utilizados en el modelo de la cuenca, el exceso de precipitacin es la lluvia efectiva que en la mayora de las subcuencas coincide con el escurrimiento superficial y la descarga total en las subcuencas. El caudal mximo es proporcional al tamao de la cuenca de modo que los caudales especficos estimados muestran que para una determinada condicin

23

de la cuenca 1km2 genera cierta cantidad de caudal, de manera que las subcuencas que tienen caudal especifico menor son las que tienen mayor perdida al generar el escurrimiento.

Tabla 12 Resultados generados por el HEC-HMS Para caudales especficos por subcuenca para un periodo de retorno de 5 aos con el mtodo de transformacin de lluvia con los SCS

subcuenca PP total (mm)

Perdidas totales (mm)

Exceso de presipitacion (mm)

Escurrimiento total (mm)

Descarga total (mm)

Caudal maximo (m3/s)

Area (mm)

Caudal especifico (m3/s/km2)

1 43.8 26.6 17.1 17.1 17.1 151.63 77.65 1.95

2 43.8 21.9 21.8 21.8 21.8 106.33 55.86 1.90

3 43.8 22.2 21.5 21.5 21.5 337.28 158.66 2.12

4 43.8 29.2 14.5 14.5 14.5 89.6 49.53 1.81

5 43.8 23.9 19.9 19.9 19.9 208.6 64.91 3.21

Figura 7 Hidrograma de salida con el mtodo de transformacin de SCS.

24

Tabla 13 Resultados generados por el HEC-HMS Para caudales especficos por subcuenca para un periodo de retorno de 5 aos con el mtodo de transformacin de lluvia con los Snyder





Descarga total (mm)


Area (mm)


1 43.8 26.6 17.1 16.3 16.3 41.28 77.65 0.53

2 43.8 21.9 21.8 21.8 21.6 37.5 55.86 0.67

3 43.8 22.2 21.5 21.5 20.3 81.77 158.66 0.51

4 43.8 29.2 14.5 14.5 14.4 22.3 49.35 0.45

5 43.8 23.9 19.9 19.9 19.8 43.8 64.91 0.67

Figura 8 Hidrograma de salida con el mtodo de transformacin de Snyder

25

Tabla 14 Resultados generados por el HEC-HMS Para caudales especficos por subcuenca para un periodo de retorno de 15 aos con el mtodo de transformacin de lluvia SCS





Descarga total (mm)


Area (mm)


1 58.9 32.9 26.0 26.0 26.0 220.65 77.65 2.84

2 58.9 25.9 32.9 32.9 32.9 160.18 55.86 2.86

3 58.9 26.7 32.2 32.2 32.2 503.64 158.66 3.17

4 58.9 36.4 22.5 22.5 22.5 135.0 49.35 2.73

5 58.9 29.4 29.6 29.6 29.6 298 64.91 4.49


26

Tabla 15 Resultados generados por el HEC-HMS Para caudales especficos por subcuenca para un periodo de retorno de 15 aos con el mtodo de transformacin de lluvia Snyder





Descarga total (mm)


Area (mm)


1 58.9 32.9 26 24.7 24.7 62.4 77.65 0.80

2 58.9 25.9 32.9 32.6 32.6 56.7 55.86 1.01

3 58.9 26.7 32.2 30.4 30.4 122.29 158.66 0.77

4 58.9 36.4 22.5 22.3 22.3 34.3 49.35 0.69

5 58.9 29.2 29.6 29.5 29.5 65.2 64.91 1.01

Figura 10 Hidrograma de salida con el mtodo de transformacin de Snyder.

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Tabla 16 Resultados generados por el HEC-HMS Para caudales especficos por subcuenca para un periodo de retorno de 25 aos con el mtodo de transformacin de lluvia SCS

Subcuenca PP total (mm)




Descarga total (mm)


Area (mm)


1 95.6 43.7 51.9 51.9 51.9 570..36 77.65 7.34

2 95.6 32.3 63.4 63.4 63.4 381.46 55.86 6.82

3 95.6 34 61.6 61.6 61.6 1148.7 158.66 7.24

4 95.6 49.1 46.6 46.6 46.6 343.0 49.35 6.95

5 95.6 38.4 57.3 57.3 57.3 825.4 64.91 12.71


28

Tabla 17 Resultados generados por el HEC-HMS Para caudales especficos por subcuenca para un periodo de retorno de 25 aos con el mtodo de transformacin de lluvia Snyder

Subcuenca PP total (mm)




Descarga total (mm)


Area (mm)


1 95.6 43.7 51.9 51.4 51.4 131.40 77.65 1.69

2 95.6 43.7 63.4 62.8 62.8 115.70 55.86 2.07

3 95.6 32.3 61.6 58.5 58.5 292.2 158.66 1.84

4 95.6 34.0 46.2 46.2 46.2 75.55 49.35 1.51

5 95.6 49.1 57.3 57.1 57.1 134.32 64.91 2.06

Figura 12 Hidrograma de salida con el mtodo de transformacin de Snyder

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8.10. Caudal mximo de la cuenca Morochata

Los caudales mximos a la salida de la cuenca son productos de los hidrogramas generados por la subcuencas 1, 2, 3, 4 y 5 donde el hidrograma de salida muestra que el caudal mximo por ejemplo para un periodo de retorno de 5 ao es de 594.76 m3/s. El HEC-HMS considera las perdidas por que existe en el transito de las avenidas, de modo que el caudal mximo a la salida de la cuenca no es la simple sumatoria de los hidrogramas de las subcuencas , ya que existe una diferencia de 233m3/s puesto que el caudal mximo resultado de la simple sumatoria es de 893.44m3/s

Tabla 18 Caudal mximo a la salida de la cuenca con el mtodo de transformacin de lluvia SCS

Periodo de retorno Caudal mximo (m3/s) Simple sumatoria

Caudal mximo (m3/s) Estimado con HMS

5

15

25

893.44

1317.47

3269.48

594.76

882.05

1935.5

Tabla 19 Caudal mximo a la salida de la cuenca con el mtodo de transformacin de lluvia Snyder.

Periodo de retorno Caudal mximo (m3/s) Simple sumatoria

Caudal mximo (m3/s) Estimado con HMS

5

15

25

226

359.31

649.17

194.98

293.66

310.12

30

9. CONCLUSIONES

El estudio de las crecidas, realizado para las subcuencas de la cuenca Morochata nos permite elaborar las siguientes conclusiones :

La aplicacin de del modelo HEC-HMS en su diagramacin permite obtener una caracterizacin hidrolgica de cada subcuenca, lo cual nos permite operar de alguna manera mas detallada en un rea de menor extensin no generalizar la informacin. Ejecutando trabajos puntuales.

El caudal especifico de 25 aos de retorno alcanza un valor promedio de 1.84m3/s este valor puede ser utilizado para disear obras dependiendo del tamao de las subcuencas.

Un aspecto que se debe tomar en cuenta es que no existen estaciones metereologicas automatizadas en zona donde los parmetros hidrolgicos sean medidos y registrados por lo tanto se corre el riesgo de precisar los resultados por la escasa disponibilidad de informacin en la zona.

Los resultados obtenidos por en programa con los mtodos de transformacin arrojan resultados similares, lo que varia son los caudales pico lo cual se atribuye a que son mtodos diferentes lo nico que varia es la forma del hidrograma por el tiempo que toma cada mtodo.

31

9.1 Recomendaciones

Es necesario poder contar con informacin bastante detallada y precisa de las caractersticas principales de la zona.

Cabe destacar que en este caso especficamente, al no contar con la informacin de las secciones del ro se tuvo que asumir el mtodo de prdidas de trnsito Lag. Lo cul no es un buen indicador, lo que nos sugiere que para estudios posteriores se podrn obtener resultados ms reales con las respectivas mediciones que se hagan en el lugar.

La implementacin de mejor equipo como ser limngrafos en la cuenca para tener la posibilidad de comparar los valores observados con los simulados, de manera que los modelos se puedan calibrar para adecuarlos a las condiciones del medio.

Un aspecto que se debera tomar en cuenta es la realizacin de mas visitas al campo para lograr obtener mayor infamacin acerca del comportamiento hidrolgico de las cuencas y as mismo conocer de esta forma el historial de las mismas

Se debern tomar en cuenta en el control de especificaciones la duracin del evento para obtener resultados mucho mas precisos en cuanto a comparacion de resultados se refiere.

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XII. BIBLIOGRAFA

Cardona, R. Estimacin de caudales de crecida para la cuenca Misicuni mediante un modelo hidrolgico y SIG., Tesis 200 CLAS.

CHOW, 1996. Hidrologia aplicada. Santafe de Bogota Colombia

FAO. 1986. Tercer seminario nacional, manejo de cuencas hidrogrficas Proyecto Regional Manejo de cuencas. La Ceiba , Honduras 125 p

Flores, L. Determinacin de caudales especficos por subcuencas en la cuenca Molino Mayu., Tesis 2000 CLAS.

Montenegro E. y Zrate O. 1998. Sistematizacin para actualizacin caracterizacin hidrolgica en cuenca Taquia. Convenio LHUMSS PROMIC. Serie Estudios Hidrolgicos, Publicacin n 7 p. Cochabamba Bolivia.

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US Army Corps of Engineering Center, 2000. Hydrologic Modeling System HEC-HMS. User Manual Versin 2. Trad. Del Ingles por M. Auza. 186 p. Davis CA. USA.

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