Calculo de Caudales Para Diseño de Canales (1) (1)

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CÁLCULO DE CAUDALES – DISEÑO DE CANALES 2014 DETERMINACION DEL “Q” QUE CIRCULA POR UN CANAL – Método: “CHRISTIANSEN” Calcular el uso consuntivo (UC) de cultivos “seleccionados”. Hallar los Qdiseño para cada canal. 1. MARCO TEÓRICO USO CONSUNTIVO DE LOS CULTIVOS (UC=ETR) Se considera como la evapotranspiración real del cultivo más el agua que se encuentra presente en los tejados de las plantas; pero como esta es muy pequeña en comparación con la evapotranspiración, se desprecia; por lo cual se considera: UC =ETR…… ( α ) Donde: ETR=K c ETP…… ( β ) EVAPOTRANSPIRACIÓN (ET) Suma de la cantidad de agua evaporada en el suelo y el agua transpirada por la planta en un tiempo determinado. EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL (ETP) Máximo consumo de agua que se produce bajo condiciones óptimas, cuando el cultivo cubre completamente el terreno y es de baja altura; el suelo está bien abastecido de agua y nutrientes y su superficie está bien nivelada. EVAPOTRANSPIRACIÓN REAL (ETR) El consumo de agua por parte de las plantes bajo condiciones actuales o reales. COEFICIENTE DE DESARROLLO DE LOS CULTIVOS (K) Coeficiente que tiene en cuenta el efecto de la relación agua-suelo-planta. MÉTODOS PARA DETERMINAR EL USO CONSUNTIVO a) Directos: A través de ensayos INSITU; ejm METODO LISÍMETRO. b) Indirectos: Uso de fórmulas, basado en principios físicos y datos meteorológicos Método de Penman Método de Blane y Criddle HIDROLOGÍA 1

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DETERMINACION DEL “Q” QUE CIRCULA POR UN CANAL – Método: “CHRISTIANSEN”

Calcular el uso consuntivo (UC) de cultivos “seleccionados”. Hallar los Qdiseño para cada canal.

1. MARCO TEÓRICOUSO CONSUNTIVO DE LOS CULTIVOS (UC=ETR)

Se considera como la evapotranspiración real del cultivo más el agua que se encuentra presente en los tejados de las plantas; pero como esta es muy pequeña en comparación con la evapotranspiración, se desprecia; por lo cual se considera:

UC=ETR…… (α )

Donde: ETR=K c∗ETP…… (β )

EVAPOTRANSPIRACIÓN (ET)

Suma de la cantidad de agua evaporada en el suelo y el agua transpirada por la planta en un tiempo determinado.

EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL (ETP)

Máximo consumo de agua que se produce bajo condiciones óptimas, cuando el cultivo cubre completamente el terreno y es de baja altura; el suelo está bien abastecido de agua y nutrientes y su superficie está bien nivelada.

EVAPOTRANSPIRACIÓN REAL (ETR)

El consumo de agua por parte de las plantes bajo condiciones actuales o reales.

COEFICIENTE DE DESARROLLO DE LOS CULTIVOS (K)

Coeficiente que tiene en cuenta el efecto de la relación agua-suelo-planta.

MÉTODOS PARA DETERMINAR EL USO CONSUNTIVOa) Directos:

A través de ensayos INSITU; ejm METODO LISÍMETRO.b) Indirectos:

Uso de fórmulas, basado en principios físicos y datos meteorológicos Método de Penman Método de Blane y Criddle Método de Christiansen Método de Hargreaves Método de Thornthwaite

MÉTODO DE CHRISTIANSEN

HIDROLOGÍA 1

2014CÁLCULO DE CAUDALES – DISEÑO DE CANALES

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Fórmula Básica

ETP=C∗K∗RT

C=CT∗C H∗CW∗CS∗CE

Donde:

ETP: Valor de Evapotranspiración (mm/día)

K: Constante Adimensional de Correlación = 0.324

RT: Radiación solar teórica considerada en el techo de la atmósfera

CT: Valores Mensuales de T°

CH: Humedad Relativa

CW: Velocidad del Viento

CS: Horas de Sol

CE: Altitud

COEFICIENTES:

CT=0.463+0.425∗( T c

T co)+0 .112∗( T c

T co)2

T c :Temperatura promedio en°C

T co:20 ° C

CW=0.672+0.406∗( WW o )−0 .078∗( WW o )2

W :Promedio de laVelocidad delViento a2msobreel nivel del suelo(A)

W o:100millasdía

o6.7kmhora

Deben ser corridos; usar:

V=V a∗( ZZa )

17

V: Velocidad del viento corregida

Va: Velocidad del viento medida

Z: Altura del instrumento de medición sobre el nivel del suelo

Za: Altura asumida del tanque de evaporación tipo “A”

HIDROLOGÍA 2

2014CÁLCULO DE CAUDALES – DISEÑO DE CANALES

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CT=1.035+0.24∗( Hm

Hmo)2

−0 .275∗( Hm

H mo)3

Hm :Humedad Relativa Promedio

Hmo:60%

CS=0.340+0.856∗( SSo )−0 .196∗( S

So )2

S :El Porcentaje Promedio de Luz Solar

SO :80%

Nota: Las horas del sol se registran generalmente en horas de sol totales al mes;

Por lo que hay que convertirlas en % de horas de sol diarias usando la expresión:

%S= Horasde sol acumuladasen elmes12∗N ° dedías almes

∗100

CE=0.970+0.030∗( EEo

)E : Altura sobreel nivel delmar de la estaciónmeterológica

Eo:305m

Nota: Para calcular la ETP mensual, se multiplica la ETP diaria por el número de Días del mes

Luego de conocido ETP, se aplica la expresión “β”

INFORMACIÓN REQUERIDA:

Valores medios mensuales de radiación extraterrestre. Temperaturas medias diarias. Velocidad del viento promedio en estación. Humedad relativa promedio en %. Heliofanía Coeficiente de uso consuntivo de los cultivos en % de crecimiento estacionario. Ciclos vegetativos del cultivo. Inicio de periodo vegetativo.

HIDROLOGÍA 3

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CÁLCULO DEL USO CONSUNTIVO (UC)

Para su cálculo, se multiplica el valor de evapotranspiración del mes considerado; por el coeficiente Kc del cultivo.

Se requiere conocer:

a. Ciclos Vegetativos del “cultivo”

b. Siembra (inicio de periodo vegatativo) ALFALFA: Enero, Abril, Julio, Octubre (*) ALGODÓN: Noviembre FRIJOL: Mayo, Agosto (**) MAIZ: Marzo, Setiembre (**)

* 4 cosechas

* * 2 cosechas

c. Determinación del coeficiente “Kc” de los cultivos para resolver la fórmula de Christiansen

HIDROLOGÍA 4

ALFALFAALGODÓN

FRIJOLMAÍZ

MESESDíasCultivo

80%70%

5

70%100%85%

6 7 8

85% 100%

100%

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260%25%40%40%

3100%40%60%55%

4

55%

EneroFebreroMarzoAbrilMayoJunioJulio

AgostoSeptiembre

OctubreNoviembreDiciembre

ALFALFA ALGODÓN FRIJOL MAÍZCULTIVOS

60 0.6 10 0.2 80 0.6 55 0.9100 0.3 25 0.475 100 0.2 70 0.85

100 0.3 40 0.85 20 0.530 0.5 60 0.9 40 0.8

30 0.5 100 0.2 85 0.67560 0.6 20 0.4 100 0.5

60 0.6 100 0.35 60 0.9 55 0.9100 0.3 80 0.6 70 0.85

100 0.3 70 0.85 20 0.4 20 0.530 0.5 85 0.65 40 0.85 40 0.8

30 0.5 40 0.75 85 0.67560 0.6 55 0.9 100 0.5

% Kc % Kc % Kc % KcMes

2014CÁLCULO DE CAUDALES – DISEÑO DE CANALES

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d. Cálculo del uso consuntivo de los cultivos: mm/mes y selección:

UC=ETR=KC∗ETP

CAUDALES DE DISEÑO

Se requiere conocer:

Uso consuntivo de los cultivos (UC). Capacidad retentiva de agua o eficiencia del suelo (fs) Pérdida por infiltraciones: en la conducción como en aplicación.

a. DEMANDA DE AGUA (d:mm/día)

d=UCmáx

fsmm /día

b. DOTACIÓN DE AGUA NETA (Dneta=m3*/ha-día)

Dneta=dn∗10m 3/hadía

HIDROLOGÍA 5

MESEPT (mm/mes)

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Setiembre Octubre Noviembre Diciembre

EneroFebreroMarzoAbrilMayoJunio

JulioAgosto

SeptiembreOctubre

NoviembreDiciembre

FRIJOL MAÍZ

UCmáx

USO CONSUNTIVO TOTALmm/mes mm/día

MesALFALFA

CULTIVOSALGODÓN

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donde : dn :Demanda Normaldeaguamm /día

c. DOTACIÓN DE AGUA REAL (Dreal=m3*/ha-día)

Dreal=Dneta∗( 1Ero) m3 /hadía

Er o=Ec∗Ea≅ 0.85∗0.80≈0.68

Ec :EficienciadeConducción y DistribuciónEa:Eficienciade Aplicación y Manejo

Para Ec: Pérdidas estimadas: 15% Eficiencia por conducción y distribución ≈ 85%

Para Ea: Pérdidas estimadas: 20% Eficiencia de aplicación y manejo≈ 80%

d. Cálculo de los Caudales de Diseño para los Canales

Dotación

Q=(Drealm3/sha )∗(A ha )

Q=∎ m3día

Q= ∎86400

m3seg

HIDROLOGÍA 6

CANAL Qi (m3/s)

ACaudal Máximo para el Diseño del Canal

"A"

BCaudal Máximo para el Diseño del Canal

"B"

C Caudal Máximo para el Diseño del Canal "C"

DCaudal Máximo para el Diseño del Canal

"D"Qdiseño

FcoAoAo

FcoFcoLo

FcoFcoLo

Fco

AoFco

FcoAoFcoLo

Ao

Tipo de Suelo Demanda Real (m3/ha*día) Área (Ha) Dotación (m3/día) Dotación Total

2014CÁLCULO DE CAUDALES – DISEÑO DE CANALES

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2. APLICACIÓN

DETERMINAR LOS CAUDALES DE DISEÑO SI SE CONOCE:

HIDROLOGÍA 7

A

B

CD

E

Ao: 90 HaFco: 80 HaFcoAo: 70 HaFcoLo: 60 Ha

Fco: 80 HaFcoAo: 70 HaAo: 90 Ha

Fco: 80 HaFcoLo: 60 Ha

Ao: 90 HaFco: 80 HaFcoLo: 60 Ha

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226.

522

0

166.

214

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8.4

239.

221

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173.

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237

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°46'

06"

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228

262.

123

4.5

224.

825

3.9

177

190.

720

517

2.2

151.

218

8.3

188.

722

5.3

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3.3

149.

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bre

No

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bre

Dic

iem

bre

2014CÁLCULO DE CAUDALES – DISEÑO DE CANALES

Page 10: Calculo de Caudales Para Diseño de Canales (1) (1)

HIDROLOGÍA 10LA

TITU

D S

UR

GRA

DO

S0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

17.1

517

.47

17.4

16.6

615

.16

13.0

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.09

10.1

10.5

112

.17

14.3

316

.16

17.2

215

.57

10.3

110

.72

12.3

414

.43

16.1

717

.32

16.6

415

.22

13.1

911

.28

17.0

217

.26

17.2

316

.62

15.2

913

.33

11.4

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917

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16.1

917

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16.5

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13.4

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.67

16.8

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616

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11.3

312

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17.1

611

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11.5

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16.9

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6

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116

.81

16.8

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12.2

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14.9

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16.6

9

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312

.59

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16.5

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15.6

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711

.98

12.3

213

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15.1

216

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16.5

416

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812

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13.7

615

.216

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16.4

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15.3

714

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5

16.2

316

.14

16.3

216

.26

16.4

915

.47

13.1

112

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15.2

516

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16.3

416

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916

.314

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7

1615

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16.0

716

.12

16.1

214

.68

13.4

412

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13.0

414

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15.3

616

.04

16.1

116

.01

12.5

313

.21

14.2

815

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1615

.94

16.0

515

.93

14.7

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.6

15.7

513

.56

15.8

115

.98

15.7

514

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13.7

613

.12

13.3

914

.41

15.4

615

.96

15.8

915

.72

13.2

913

.55

14.5

115

.49

15.9

15.5

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15.7

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13.9

1

15.4

915

.23

15.4

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15.8

415

.62

15.3

913

.63

13.8

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.73

15.5

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.78

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15.7

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14.1

9

15.2

314

.915

.22

15.6

215

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15.1

914

.33

13.8

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.84

15.5

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15.3

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.06

13.9

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.19

14.9

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15.6

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15.5

315

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15.2

714

.47

TABL

A N

° 1:

VALO

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DE

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Juni

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ubre

Nov

iem

bre

Dic

iem

bre

2014CÁLCULO DE CAUDALES – DISEÑO DE CANALES

Page 11: Calculo de Caudales Para Diseño de Canales (1) (1)

HIDROLOGÍA 11

2014CÁLCULO DE CAUDALES – DISEÑO DE CANALES

FRIJO

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0.1

0.2

0.4

0.5

0.6

0.6

0.6

0.55

0.45

0.35

0.3

0.9

0.2

0.25

0.4

0.6

0.7

0.75

0.75

0.65

0.55

0.3

0.2

0.85

0.9

0.9

0.9

0.9

0.25

0.45

0.6

0.74

0.8

0.5

0.25

0.3

0.45

0.55

0.6

0.65

0.65

0.6

0.55

0.45

0.3

0.55

0.7

0.8

0.7

0.6

0.15

0.2

0.25

0.3

0.45

0.9

0.8

0.95

1.05

1.15

1.2

1.3

1.3

1.2

1.1

0.9

0.5

0.9

0.95

0.95

0.95

0.9

0.2

0.35

0.4

0.65

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0.3

0.15

0.25

0.35

0.45

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0.6

0.65

0.65

0.6

0.45

0.3

0.65

0.5

0.45

0.4

0.35

0.35

0.45

0.55

0.75

0.75

0.55

0.65

0.65

0.6

0.6

0.55

0.35

0.35

0.45

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0.6

0.3

0.15

0.25

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0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0.9

0.3

0.55

0.75

0.85

0.9

0.9

0.15

0.2

0.25

0.3

0.4

0.35

0.2

0.35

0.55

0.75

0.85

0.9

0.85

0.7

0.6

0.35

0.15

0.9

0.9

0.85

0.75

0.55

0.1

0.2

0.4

0.55

0.75

0.2

0.2

0.3

0.5

0.65

0.8

0.9

0.9

0.85

0.75

0.6

0.5

0.9

0.9

0.8

0.6

0.35

0.2

0.3

0.4

0.65

0.85

010

2030

4050

6070

8090

100

TABL

A N

° 2:

COEF

ICIE

NTE

S D

E U

SO C

ON

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TIVO

DE

LOS

CULT

IVO

S EN

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TAJE

DE

CREC

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NTO

EST

ACI

ON

ARI

O

Page 12: Calculo de Caudales Para Diseño de Canales (1) (1)

CÁLCULOS

Tabulación para RT

Coeficientes de la fórmula de Christiansen

HIDROLOGÍA 12

2014CÁLCULO DE CAUDALES – DISEÑO DE CANALES

LATITUD SURGRADOS

66.333

715.983 16.073 15.993 14.747 13.547 12.600 13.153 14.237 15.393 16.013 16.037 15.91016.07 16.12 16.12 14.68 13.44 12.74 13.04 14.15 15.36 16.04 16.11 16.01

EXPRESADO COMO SU EQUIVALENCIA EN EVAPORACION (MILIMETROS POR DIA)Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Setiembre Octubre Noviembre Diciembre15.94 16.05 15.93 14.78 13.6 12.53 13.21 14.28 15.41 16 16 15.86

N° Dí

asT°M

ED.M

EN.

C TVe

l. Prom

.C W

Hm.Pr

om.M

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Helio

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%S C SAlti

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800.9

80

CÁLC

ULO D

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TES 0.980

0.980

0.980

0.980

0.980

0.980

0.980

0.980

0.980

0.980

0.840

0.877

102.7

102.7

102.7

102.7

102.7

102.7

102.7

102.7

102.7

102.7

102.7

102.7

0.741

0.800

0.838

0.856

0.857

0.729

0.760

0.719

0.790

0.790

200.2

722

5.73

41.23

145

.060

40.00

948

.871

48.89

242

.702

50.24

555

.317

57.83

657

.981

55.63

160

.680

153.7

318

6.91

205.7

820

8.21

215.6

915

3.38

151.4

014

8.83

175.9

418

1.88

69.3

67.6

0.963

0.962

0.931

0.927

0.918

0.877

0.868

0.884

0.906

0.918

0.931

0.946

74.6

75.4

74.0

71.9

70.7

65.5

65.6

69.3

69.8

70.7

9.60

9.60

1.114

1.114

1.071

1.058

1.082

1.032

1.082

1.071

1.094

1.094

1.094

1.094

7.60

9.20

8.80

9.60

9.60

10.40

10.40

8.80

8.40

9.20

22.3

24.1

1.200

1.240

1.238

1.191

1.123

1.053

1.012

1.027

1.049

1.067

1.077

1.136

21.6

20.4

20.8

21.5

22.0

25.9

27.0

26.9

25.6

23.7

Novie

mbre

Diciem

bre

3128

3130

3130

3131

3031

3031

Junio

Julio

Agos

toSe

tiemb

reOc

tubr

eEn

eroFe

brero

Marzo

Abril

Mayo

Page 13: Calculo de Caudales Para Diseño de Canales (1) (1)

Cálculo de EPT y UC

HIDROLOGÍA 13

2014CÁLCULO DE CAUDALES – DISEÑO DE CANALES

MESEPT (mm/día)EPT (mm/mes)

4.696 5.207147.705 144.421 139.764 129.648 117.619 84.853 98.602 114.177 130.553 144.827 140.871 161.421

2.828 3.181 3.683 4.352 4.6724.765 5.158 4.509 4.322 3.794

EVAPOTRANSPIRACION POTENCIAL MENSUAL ( ETP=CT*CH*CW*CS*CE*K*RT)

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Setiembre Octubre Noviembre Diciembre

Enero

Febre

roMa

rzo Abril

Mayo

Junio

Julio

Agos

toSe

ptiem

breOc

tubre

Novie

mbre

Diciem

bre

KcUC

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Cálcu

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mm/m

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USO C

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)N°

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CULTI

VOS

31 28 31 30 31 30 31 31 31

0.5 0.6 0.3 0.5 0.6 0.3 0.5 0.6 0.3 0.5

0.75

0.9 0.85

0.65

0.35

%

30 3130

147.7

0514

4.421

139.7

6412

9.648

117.6

1984

.853

98.60

211

4.177

130.5

5314

4.827

140.8

7116

1.421

30 60 100 30 60 100 30 60 100 30 60 100

0.6 0.3

73.85

286

.653

41.92

964

.824

70.57

125

.456

49.30

168

.506

39.16

672

.413

84.52

248

.426

40 55 70 85 100 10 25

0.20.2 0.4

75

110.7

7912

9.979

118.8

0084

.271

41.16

7

28.17

476

.675

60200.4

400.8

5 0.980

0.6

85 100

55.90

620

110.2

0040

105.8

5755

50.91

270

19.72

085

45.67

110

011

0.970

20

72.21

0.569

.880.8

103.7

20.9

105.8

60.8

572

.130.6

7566

.560.5

57.09

0.565

.28

100

0.220

0.440

0.85

UCmá

x12

.100

284.3

329.1

7228

8.842

10.31

628

6.517

9.242

363.0

1312

.100

323.4

5310

.434

148.4

934.9

5013

5.577

4.373

171.2

665.5

2521

5.412

7.180

130.3

4440

84.52

255

32.28

470

0.675

99.70

0.5

318.6

1910

.278

324.0

0310

.800

294.5

949.5

03

0.811

5.86

0.912

6.78

0.85

137.2

1

600.9

800.6

100

Page 14: Calculo de Caudales Para Diseño de Canales (1) (1)

Cálculo de las Demandas de Agua

Cálculo de los Caudales de Diseño para los Canales

HIDROLOGÍA 14

2014CÁLCULO DE CAUDALES – DISEÑO DE CANALES

CANA

L

2.09

2Qd

iseño

FcoA

o19

7.72

070

1384

0.36

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237.

263

9021

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711

B C D

6010

6.74

3

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177.

948

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177.

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880

1423

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7

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Dise

ño

A

Page 15: Calculo de Caudales Para Diseño de Canales (1) (1)

Cálculo del Qdiseño Óptimo

Qóptimo=1.07∗(QA+QB+QC+QD)

Qóptimo=1.07∗2.092m3/ s

Qóptimo=2.238m3 /s

RESULTADO

CONCLUSIONES

El Caudal de Diseño para el Canal “Hams A” es de 0.696 m3/s. El Caudal de Diseño para el Canal “Hams B” es de 0.535 m3/s.

HIDROLOGÍA 15

2014CÁLCULO DE CAUDALES – DISEÑO DE CANALES

A

B

CD

E

Page 16: Calculo de Caudales Para Diseño de Canales (1) (1)

El Caudal de Diseño para el Canal “Hams C” es de 0.288 m3/s. El Caudal de Diseño para el Canal “Hams D” es de 0.572 m3/s. El Caudal de Diseño Óptimo de Captación es de 2.238 m3/s.

HIDROLOGÍA 16

2014CÁLCULO DE CAUDALES – DISEÑO DE CANALES