Caudales Maximos Final

7/22/2019 Caudales Maximos Final

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UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO

VILLARREAL

FACULTAD DE INGENIERA GEOGRFICA,

AMBIENTALY ECOTURISMO

ESCUELA DE INGENIERA AMBIENTAL

HIDROGRAMA Y CURVA DE FRECUENCIA DEL RIO

NEPEA ESTACION SAN JACINTO

DOCENTE:

ING. ALEX URIARTE ORTIZALUMNO:

MANDROS MONTES, PIERRE

CODIGO:

2010236747

SEMESTRE:

NOVENO


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ECUACIONES EMPIRICAS PARA DETERMINAR CAUDALES MXIMOS

HIDROLOGIA II

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INDICE

I. INTRODUCCION ........................................................................................................................... 2

II. OBJETIVOS ................................................................................................................................... 3

III. MARCO TERICO ...................................................................................................................... 3

3.1. MTODOS DIRECTOS .......................................................................................................... 4

3.2. MTODOS INDIRECTOS ...................................................................................................... 5

3.3. ECUACIONES EMPIRICAS PARA CALCULAR EL CAUDAL MAXIMO....................... 6

3.3.1. Extrapolacin De La Curva De Calibracin...................................................................... 6

3.3.2. Mtodo logartmico. .......................................................................................................... 7

3.3.3. Mtodo de Manning. ......................................................................................................... 8

3.3.4. Mtodo De Creager ........................................................................................................... 9

3.3.5. Mtodo del H.U. Triangular ............................................................................................ 10

3.3.6. Mtodo Del Sistema Dipeo ............................................................................................. 12

3.4. ALGUNAS DEFINICIONES ................................................................................................ 14

IV. CONCLUSIONES ...................................................................................................................... 16

V. BIBLIOGRAFIA .......................................................................................................................... 17


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I. INTRODUCCION

El rgimen de caudales de una corriente de agua durante un perododeterminado, es

el nico trmino del balance hidrolgico de una cuenca quepuede ser medido directamente

con una buena precisin. Los otros elementosde ese balance, como las precipitaciones, la

evaporacin, etc, no pueden ser sino estimados a partir de mediciones observadas en

distintos puntos de lacuenca o deducidos de frmulas hidrolgicas, los cuales son

siempreestimativos muy aproximados.

El rgimen de caudales es un dato bsico, indispensable, para los todos los diseoshidrulicos y para muchas obrasciviles en los que ellos son parte importante como las

carreteras, puentes, acueductos, presas, etc. As la instalacin de muchas "estaciones de

aforo" quepermitan observar, en una serie de aos tan larga, como sea posible, loscaudales

escurridos en puntos caractersticos del ro principal y, si fuereoportuno, de sus diversos

afluentes, es el prembulo de todo estudio hidrulicode una cuenca. Si embargo en pases

como el nuestro las estaciones de aforode caudales son inexistentes en muchos sitios, lo que

ha obligado a recurrir amtodos aproximados para la estimacin de los caudales de diseo,

como sonlos mtodos de regionalizacin. Sin embargo jams debe olvidarse que

ningnmtodo por bueno que sea reemplaza la medida directa de la variable.

El objeto de toda estacin de aforo es poder establecer la curva de caudalescontra el

tiempo. Todos los ros de cierto tamao en una regin se deben medircerca de sus bocas lo

mismo que un cierto nmero de afluentes. Las corrientesque se piensen aprovechar en un

futuro deben ser instrumentadas. Sin embargono debe cometerse el error muy frecuente enColombia de instrumentar sololas corrientes que en futuro van a tener aprovechamientos

hidroelctricos o lasque drenan cuencas grandes dejndose de lado otras, importantes desde

elpunto de vista de control de inundaciones, navegacin, etc.


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II. OBJETIVOS

DETERMINAR LAS FORMULAS EMPIRICAS PARA LADETERMINACION DE LOS CAUDALES MAXIMOS.

ANALIZAR LAS VARAIBLES QUE DETERMINAN LAS CONDICIONESDEL AREA DE ESTUDIO PARA DETERMINAR LOS CAUDALESMAXIMOS.

III. MARCO TERICO

METODOS PARA MEDIR CAUDALES

Los mtodos para medir caudales pueden clasificares en dos grandescategoras: mtodos

directos y mtodos indirectos. En estas dos categoras losms utilizados son:

MTODOS DIRECTOS:

Mtodo rea velocidad Dilucin con trazadores

MTODOS INDIRECTOS:

Estructuras hidrulicas. Mtodo rea pendiente. Formula Racional. Mtodo de Creager. Mtodo del Hidrgrama Unitario. Mtodo del Sistema DIPEO.

Con muy pocas excepciones las medidas de caudal continuas en el tiempo sonmuy

costosas, por lo que se relaciona el caudal con el nivel del agua, el cualse puede medir


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mucho ms fcilmente que el caudal. Las curvas querelacionan estos niveles con el caudal

son las llamadas curvas de calibracin,cuya obtencin se discutir ms adelante.

3.1. MTODOS DIRECTOSMtodo rea velocidad.

Este mtodo consiste bsicamente en medir en un rea transversal de lacorriente,

previamente determinada, las velocidades de flujo con las cuales sepuede obtener

luego el caudal. El lugar elegido para hacer el aforo o medicindebe cumplir los

siguientes requisitos:

La seccin transversal debe estar bien definida y que en lo posible nosepresente agradacin o degradacin del lecho.

Debe tener fcil acceso Debe estar en un sitio recto, para evitar las sobreelevaciones y cambiosen la

profundidad producida por curvas.

- El sitio debe estar libre de efectos de controles aguas abajo, quepuedan producirremansos que afecten luego los valores obtenidos conla curva de calibracin.

Una de los procedimientos ms comunes empleados en este mtodo es eldescrito a

continuacin.En el sitio que se decidi hacer el aforo, se hace un levantamiento

topogrficocompleto de la seccin transversal, el cual dependiendo de su ancho

yprofundidad, puede hacerse con una cinta mtrica o con un equipo detopografa. .

En cada vertical, de las varias en que se divide la seccin, se midenvelocidades con

el correntmetro a 0.2, 0.6 y 0.8 de la profundidad total. Cadavertical tiene su

respectiva rea de influencia


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3.2. MTODOS INDIRECTOS

Los mtodos indirectos ms utilizados son las estructuras hidrulicas y el mtodo

rea -velocidad.

Estructuras Hidrulicas:

El principio de funcionamiento de todas las estructuras hidrulicas esestablecer una

seccin de control, donde a partir de la profundidad se puedaestimar el caudal. Las

estructuras hidrulicas mas comunes para este tipo demedidas son usar vertederos,

canaletas y compuertas: Para los vertederos esobtienen relaciones entre el caudal Qy la lmina de agua H del tipo

Donde C y n son coeficientes que dependen de la forma geomtrica del vertedero.

Mtodo rea-Pendiente

A veces se presentan crecientes en sitios donde no existe ningn tipo

deinstrumentacin y cuya estimacin se requiere para el diseo de

estructurashidrulicas tales como puentes o canales. Las crecientes dejan huellas

quepermiten hacer una estimacin aproximada del caudal determinando

laspropiedades geomtricas de 2 secciones diferentes, separadas una distancia L yel

coeficiente de rugosidad en el tramo. Supongase que se tiene un tramo dero con

profundidades Y1 y Y2 en las secciones 1 y 2 respectivamente, siendoNR el nivelde referencia:


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Dnde: h= Y+Z y hfson las prdidas de energa que se pueden hallar usando la frmula de

Manning

3.3. ECUACIONES EMPIRICAS PARA CALCULAR EL CAUDALMAXIMO

3.3.1. Extrapolacin De La Curva De CalibracinLa mayora de los diseos hidrolgicos para estructuras hidrulicas

necesitanconsiderar los caudales mximos extremos. Por razones obvias, la

medicindirecta de estos niveles y caudales extremos rara vez se puede

realizar, por quese hace necesario extrapolar la curva de calibracin para

hallar los caudalesque correspondan a estos niveles. Existen varios mtodos


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para hacer estaextrapolacin. Los dos ms utilizados se presentan a

continuacin: mtodologaritmico y mtodo de Manning.

3.3.2. Mtodo logartmico.Si la seccin de un ro puede aproximarse a una figura geomtrica

conocidacomo un rectngulo, trapecio, tringulo, etc el caudal, Q, en esta

seccin puedeexpresarse como

La cual representa una recta con pendiente n e intercepto logC.Generalmente HOno se conoce y puede encontrarse con el

siguienteprocedimiento:

a) De la curva de la calibracin se seleccionan parejas de valores Q y H.

b) Se asumen diferentes valores de H0y se grafican log Q vs log(H-H0)

c) El valor correcto de H0es aquel que permite, al graficar las parejas

devalores un ajuste a una lnea recta.

d) Se encuentran C y n,Se calcula Q para el valor deseado de H


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3.3.3. Mtodo de Manning.Para la aplicacin de este mtodo se usa la frmula de Manning, y se asume

que S F /n es constante para altos caudales. El valor de Sf/n quese emplea es

el correspondiente al caudal mximo de los registros de la curvadecalibracin

b) De la grfica anterior para un nivel mximo observado, H, se

obtieneA3/2HR

c) Con la ecuacin de Manning se calcula el caudal, Q..

Frmula Racional

El caudal se expresa como:

Dnde:

Q: caudal de diseo, correspondiente al periodo de retorno seleccionado, en

m3/s

C: coeficiente de escorrenta

I: intensidad de la lluvia de diseo, en mm/h

A: rea de la cuenca, en Ha


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Coeficiente de escorrenta (C)

El valor del coeficiente de escorrenta depende de diversos factores:

Permeabilidad de la superficie Pendiente y caractersticas de encharcamiento

de la superficie (almacenamiento de depresin) Caractersticas y condicionesdel suelo (humedad antecedente, compactacin, porosidad, posicin del nivel

fretico) Vegetacin.

La Intensidad de Lluvia (I)

El valor de la intensidad de lluvia de diseo se obtiene de las curvas

intensidad-duracin-frecuencia para una duracin igual al tiempo de

concentracin de la cuenca y para una frecuencia correspondiente al periodo

de retorno seleccionado.

3.3.4. Mtodo De Creager

Este mtodo, originalmente desarrollado por Creager, fue adaptado para el

territorio peruano por Wolfang Trau y Ral Gutirrez Yrigoyen. La

aplicacin de este mtodo permite la estimacin de los caudales mximos

diarios en cuencas sin informacin, para diferentes periodos de retorno,

tomando el rea de la cuenca como el parmetro de mayor incidencia en la

ocurrencia de caudales mximos.

La frmula empleada es la siguiente:

Dnde:Qmax: caudal mximo para un periodo de retorno T seleccionado, en m3/s.

A: rea de la cuenca aportante, en km2.

T: periodo de retorno, en aos.

C1, C2: coeficientes adimensionales de escala, por regiones hidrulicas.

m, n: exponentes adimensionales, por regiones hidrulicas.


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Segn los autores, el territorio peruano queda subdividido en siete regiones

hidrulicas diferenciables:

Para cada una de las zonas identificadas, se establece el conjunto de

coeficientes y exponentes indicados en el cuadro siguiente:

Cabe sealar que, en general, a pesar de su simplicidad, este mtodo es

bastante preciso.

3.3.5. Mtodo del H.U. Triangular

Este mtodo fue originalmente desarrollado por Mockus y posteriormenteadoptado por el Soil Conservation Service (S.C.S.). Proporciona los

parmetros fundamentales del hidrograma, como son: Caudal pico (Qp );

tiempo base (tb ) y tiempo en el que se produce el pico (tp).


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Dnde:de - duracin en exceso, en hrtc - tiempo de concentracin, en hr

El tiempo de retraso, tr, se puede estimar mediante las siguientesexpresiones:

a) tr = 0.6 tc

b) Segn Chow: ( )

Dnde:tr - tiempo de retraso, en hr

tc - tiempo de concentracin, en hrL - longitud del cauce principal, en m.S - pendiente del cauce, en %

Determinar la precipitacin efectiva o lluvia en exceso, Pe, mediante elmtodo del S.C.S.:

Dnde: ; Ia = 0.20SEn las expresiones anteriores:

Pe - precipitacin efectiva, en pulgadas

P - precipitacin de diseo, en pulgadas

S - abstraccin inicial

CN - nmero hidrolgico o nmero de curva

3.3.6. Mtodo Del Sistema Dipeo

El mtodo al que se hace referencia es el desarrollado por el Instituto

ORSTOM (Francia), el cual fue seleccionado por el Convenio GTZ-

EletroPer en la elaboracin del Sistema DIPEO para la Electrificacin


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Rural del Per, 1990 (ver Libro P, Vol 3, Tomo I). De acuerdo con este

mtodo, el caudal de avenidas extraordinarias en cuencas hidrogrficas de 1

km 2 a 200 km 2 puede determinarse mediante la siguiente ecuacin:

Dnde:

P(24h): precipitacin mxima diaria, en mm, correspondiente a un periodo

de retorno seleccionado.

A: rea de la cuenca, en km 2.

CR: coeficiente de reduccin, segn el rea de la cuenca.

Los valores de C R se obtienen del siguiente cuadro

CP/R coeficiente de reduccin segn la permeabilidad y pendientes

longitudinal y transversal de la cuenca El coeficiente C P/R se determina con

el auxilio de grficos que dependen de:


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CF coeficiente que considera la forma de la curva del caudal . El

coeficiente C F se obtiene del siguiente cuadro, en funcin de la

precipitacin prevaleciente y del rea de la cuenca:

Tctiempo de concentracin de la cuenca, en segundos. El mismo puede ser

determinado mediante los mtodos usuales o con el auxilio de los grficos

suministrados por el presente mtodo, en funcin del rea y de la pendiente

de la cuenca.

La nica limitacin de este mtodo es que los resultados tienen mayor

confiabilidad para cuencas pequeas o medianas, no mayores a 200 km2 en

extensin.

3.4. ALGUNAS DEFINICIONESPara el diseo de estructuras hidrulicas y en general obras relacionadas con elagua

se trabaja con una serie de trminos relacionados con el caudal que esnecesario

conocer. Los principales son:

Caudal medio diario: es la tasa promedio de descarga en m3/s para unperodo de 24

horas. Si se dispone de limngrafo (dispositivo que permite elregistro continuo de

los niveles en el tiempo) se puede obtener la hidrgrafaas:


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Caudal promedio diario.

El rea sombreada representa un volumen de agua en 24 horas. Este volumense

divide por el tiempo en segundos y se obtiene el caudal promedio diario. Sino se

tiene limngrafo, para hallar el caudal promedio diario, es necesariohallar los

caudales correspondientes al menos a 3 lecturas de mira diarias yluego promediarlos

Caudal medio mensual Qm. Se calcula hallando para cada mes lamediaaritmtica de los caudales promedios diarios.

Caudal promedio mensual interanual. Es la media de los caudalesmediosmensuales para un mes dado durante un perodo de n aos.

Caudal medio anual. Es la media de los caudales promedios diarios duranteunao.

Caudal mximo instantneo anual. Es el mximo caudal que se presenta enunao determinado. Para su determinacin es necesario que la estacin de aforo

tenga limngrafo. Si no es as se habla de caudal mximo promedio anual el cuales menor que el mximo instantneo anual.

Caudal mnimo anual. Es el menor caudal que se presenta durante unaodeterminado


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IV. CONCLUSIONES

El fenmeno natural de la llegada de avenidas a un determinado punto de un ro es

enormemente variable en frecuencia y magnitud, estando en esencia determinado por el

azar y siendo, por tanto, imposible de predecir de forma determinstica. De esta forma, el

objeto fundamental del mapa de caudales mximos, como el de la mayora de los estudios

hidrolgicos de crecidas, consiste en caracterizar estadsticamente dicho fenmeno

mediante el conocimiento de su ley de frecuencia, la cual relaciona la magnitud del caudal

punta de avenida con su frecuencia de presentacin (expresada mediante el periodo deretorno) o, lo que es lo mismo, con su probabilidad anual de ocurrencia.

La seleccin de la ley de frecuencia que mejor representa el comportamiento hidrolgico de

una regin no es sencilla. Por una parte, se debe analizar la capacidad descriptiva de la

funcin, es decir la capacidad de la funcin para ajustarse con precisin a la distribucin de

caudales.

La estimacin del caudal de las crecidas histricas puede ir acompaada de bastante error

debido a que las referencias de niveles suelen ser poco precisas y se desconoce la

morfologa del cauce en el momento que ocurri la crecida. No obstante, a pesar de la

incertidumbre asociada a los datos histricos, diversos estudios han demostrado que su

consideracin aumenta en gran medida la precisin de la estimacin de los cuantiles de alto

periodo de retorno.


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V. BIBLIOGRAFIA

Anlisis de Caudalescaptulo 3Ingenieriaambiental.com

XVIII Congreso Nacional de Ingeniera Civil. Sitio Web:http://www.slideshare.net/mgarcianaranjo/estimacin-de-caudales-mximos, fecha

de ingreso 11/25/2013

DGC, 1991. Mximas lluvias diarias en la Espaa peninsular. Serie monografas.Direccin General de Carreteras. Ministerio de Fomento. 1999.

Ferrer, 2003. Anlisis de Nuevas Fuentes de Datos para la Estimacin delParmetro Nmero de Curva del Modelo Hidrolgico del SCS. Cuadernos de

Investigacin CEDEX. C48. 2003.

Hawkins, R. H., Hjelmfelt, A. T. y Zevenbergen, A. W., 1985. Runoff probabilitystorm depth and curve numbers. Journal of the Irrigation and Drainage Division,

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Hosking y Wallis, 1997. Regional frequency analysis. J.R.M. Hosking y J.R. Wallis.Cambridge University Press. 1997.

Ponce, V. M. y Hawkins, R. H., 1996. Runoff curve number: has it reachedMaturity?. Journal of Hydrologic Engineering, January: 11-19. 1996.

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