Calculo de Caudales Para Diseño de Canales (1) (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
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
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
2014CÁLCULO DE CAUDALES – DISEÑO DE CANALES
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%
90 (3 meses)210 (7 meses)150 (5 meses)180 (6 meses)
130%10%20%20%
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
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
2014CÁLCULO DE CAUDALES – DISEÑO DE CANALES
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
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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HIDROLOGÍA 11
2014CÁLCULO DE CAUDALES – DISEÑO DE CANALES
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HIDROLOGÍA 12
2014CÁLCULO DE CAUDALES – DISEÑO DE CANALES
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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
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HIDROLOGÍA 13
2014CÁLCULO DE CAUDALES – DISEÑO DE CANALES
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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)
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Enero
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57.09
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800.6
100
Cálculo de las Demandas de Agua
Cálculo de los Caudales de Diseño para los Canales
HIDROLOGÍA 14
2014CÁLCULO DE CAUDALES – DISEÑO DE CANALES
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177.
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8014
235.
807
Dota
ción
Tota
l
Cálcu
lo d
e Ca
udal
de
Dise
ño
A
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
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