Clases de Hidrología Semana N° 03_FICA_UNHEVAL
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Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO
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FACULTAD DE INGENIERA CIVIL Y ARQUITECTURA
UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZN
HUNUCO - PER
Curso:
Cdigo:
Condicin:
Pre - requisitos:
HIDROLOGA GENERAL
4105
OBLIGATORIO
ESTADISTICA Y MECANICA DE FLUIDOS II
CLASES S03 - CICLO 2015.1
Responsable de ctedra :
C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
Hunuco. Abril del 2015
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La Cuenca Hidrogrfica
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Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
Ge
nera
lid
ad
es
Las regiones en el Per se definen por lmites
polticos en base a una delimitacin topogrfica, en
las cules es importante definir desde el punto de
vista hidrulico las unidades hidrolgicas, base
fundamental de los estudios, anlisis y modelacin
de planes y programas de desarrollo integral,
definiendo sus caractersticas fsicas e inter-relacin
de sus diversos componentes, con la finalidad de
conocer ndices paramtricos que sirven para definir
sus atributos y vulnerabilidades, como de
comparacin con otras regiones hidrolgicas para
compensar carencias o generar proyectos con
recursos de varias cuencas a la vez.
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Configuracin espacial para el anlisis de una cuenca hidrogrfica, sub-cuenca, micro-cuenca y
un sector de tratamiento.
Fuente: Absaln Vsquez Villanueva Manejo de Cuencas Alto Andinas UNALM, Lima, 2000
La Cuenca Hidrogrfica
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Identificacin de problemas principales en una cuenca hidrogrfica tpica
Fuente: Absaln Vsquez Villanueva Manejo de Cuencas Alto Andinas UNALM, Lima, 2000
La Cuenca Hidrogrfica
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Fuente: Absaln Vsquez Villanueva Manejo de Cuencas Alto Andinas UNALM, Lima, 2000
GESTIN Y MANEJO DE
CUENCAS
Enfoques:
Enfoque proteccionista
Enfoque hidrulico
Enfoque sistmico
Nuevo enfoque (Mixto)
La cuenca como sistema, sus elementos e inter-
acciones
La Cuenca Hidrogrfica
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Cara
cte
rizaci
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LATITUD Y CLIMA
(ONERN, 1980)
Por su localizacin
(Zona Tropical Sur), el
clima del Per debera
ser clidosin embargo
el territorio peruano es
un complejo geogrfico,
climtico, morfolgico,
geolgico y ecolgico
Caracterizacin Hidrolgica del Per
COLOMBIA
ECUADOR
BRASIL
BOLIVIA
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CORDILLERA DE LOS
ANDES (ONERN, 1980)
Es el rasgo geogrfico
geolgico ms importante
del Per, y es el que
determina las regiones
naturales del pas, influye
en su clima y es el asiento
de gran parte de sus
recursos naturales
Caracterizacin Hidrolgica del Per
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CORDILLERA DE LOS
ANDES Y VERTIENTES
(ONERN, 1980)
La cordillera, es la columna
vertebral del Per
(A=1285,215 km2), atraviesa
en direccin Sureste
Noroeste, dando origen a
tres vertientes hidrogrficas:
(1) Pacfico, (2) Atlntico
(Amazonas) y (3) Lago
Titicaca
DISPONIBILIDAD HDRICA EN EL PER
Caracterizacin Hidrolgica del Per
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ESQUEMA DEL RELIEVE DE LOS ANDES
PERUANOS (ONERN , 1989)
Caracterizacin Hidrolgica del Per
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CARACTERIZACIN
PLUVIOMTRICA (ONERN,
1980).
Caracterizacin Hidrogrfica del Per
Cara
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Vertiente del Pacfico
53 ros
Vertiente del Atlntico
44 ros
Vertiente del Titicaca
9 ros
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PER: DISPONIBILIDAD DE AGUA POR VERTIENTE EN PORCENTAJE (%)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
Pacfico Atlntico Titicaca
Vertiente
Po
rce
nta
je (
%)
2.18% 0.56%
97.27%FUENTE: ANA (2010).
2,066.64 m3/hab./ao
198,121.19 m3/hab./ao
10,734.96 m3/hab./ao
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Caracterizacin Hidrogrfica del Per
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Caracterizacin Hidrogrfica del Per
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Caracterizacin Hidrogrfica del Per
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CARACTERIZACIN HIDROLGICA DEL RO
SANTA (UGEH, IRH, INRENA, 2006).
Caracterizacin Hidrogrfica del Per
Cara
cte
rizaci
n Desglaciacin
Cordillera Blanca:
1970: 723.37 km2
(UGRH),
1997: 611.48 km2,
En 27 aos, una
prdida de 111.89 km2
(15.46% c/1970).
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FACTORES DE MODELAMIENTO EN EL PER
1.- Cordillera de los Andes 2.- Anticicln del Pacfico Sur
3.- Corriente de Humboldt
4.- Fenmeno del Nio
Caracterizacin pluviomtrica
Caracterizacin hidrogrfica e hidrolgica
Caracterizacin Hidrolgica del Per
Cara
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Configuracin espacial tridimensional, para el anlisis de una cuenca hidrogrfica, sub-cuencas,
micro-cuencas y sectores de tratamiento (Nabil Mobayed Khodr, Quertaro, Mxico, 2006)
La Cuenca Hidrogrfica
P: Precipitacin
R: Escorrenta Superficial
E: Evaporacin
T: Transpiracin
I: Infiltracin
S: Almacenamiento
Vb: Volumen de bombeo
Qle: Caudal de entrada
Qls: Caudal de salida
Gle: Escorrentas Subterrnea entrante
Gls: Escorrenta Subterrnea saliente
Rg: Escorrenta sub-superficial que
aparece como escorrenta superficial
Sg
Ss
Qle Qls
Gle Gls
ET Q
T
Q
T
T
T
In
Rg
R R AS
Vb
P
T
Estacin
hidromtrica
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Bala
nce h
dri
co
La Cuenca Hidrogrfica
Balance hdrico encima de la superficie
P R + Rg Es Ts I = Ss
Balance hdrico debajo de la superficie
I + Gle + Gls Rg Eg Tg = Sg
Balance hdrico en la cuenca hidrogrfica
P R (Es + Eg) (Ts + Tg) + (Gle Gls) = (Ss + Sg)
Los sub-ndices s y g significan el origen del vector, respectivamente
encima y debajo de la superficie del suelo
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Sistema Hidrolgico Distribuido para Modelacin y Pronstico
(Nabil Mobayed Khodr, Quertaro, Mxico, 2006)
La Cuenca Hidrogrfica
01
530
540
540 550 540
530
520
515
510 msnm
550
104 105 106 107 108 110
119
109
55
120 121 122 123
86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96
72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82
62 63 64 65 66 67 6859 60 61
48 49 50 5152 53 54
40 4139
38
3736
2324 25 26
273
550
560
A
Sin duda, la hidrologa
fsica de parmetros
distribuidos es uno de los
caminos que habr de
seguir esta disciplina en el
futuro, pero aceptarlo no
demerita en modo alguno
los logros alcanzados por
la hidrologa clsica
Ramn Domnguez Mora
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a S
ist
mic
o
La Cuenca Hidrogrfica
Enfoque nuevo de la hidrologa
DISCIPLINAS Enfoque CLSICO NUEVO
Atmsfera
Suelo
Agua
- Meteorologa
- Climatologa
- Fisiografa
- Hidrulica
- Mecnica suelos
- Geohidrologa
Estadstica
Variable
Proceso
- Distribuida
- Estocstico
- Distribuida
- Estocstico
Variable
Proceso
- Concentrada
- Estocstico
- Distribuida
- Determinstico
Q
P
HERRAMIENTAS
- MDE
- Percepcin remota
- SIG ( GIS)
- FSICA
REDES DE DRENAJE
MODELOS DE ESCURRIMENTO
MODELOS DE INFILTRACIN
Sistema Hidrolgico Distribuido para Modelacin y Pronstico
(Nabil Mobayed Khodr, Quertaro, Mxico, 2006)
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La Cuenca Hidrogrfica
Criterios de clculo y aplicaciones en Modelacin y Pronstico Hidrolgico
(Nabil Mobayed Khodr, Quertaro, Mxico, 2006)
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La Cuenca Hidrogrfica
SIG ... Est bien ... y los modelos?
Modelos 1) Balances
2) Lluvia-escorrenta
3) Erosin hdrica
4) Inundaciones
Herramientas 1) Arc VIEW, Arc GIS
2) Hec-Hms, ILWIS
3) AnnANGPS, RMMF, ANSWER,
CREAMS, KINEROS,
EUROSEM, WEPP, SPANS
4) Hec-Ras, FLO-2D, IDRISI
Informacin
S I S T E M A I N T E G R A L
Herramientas y Modelos
(Nabil Mobayed Khodr, Quertaro, Mxico, 2006 Agregado y Complementado)
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La Cuenca Hidrogrfica
Clasificacin de los curso de agua:
1) Perennes
2) Intermitentes
3) Efmeros
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La Cuenca Hidrogrfica
Caractersticas Fsicas: 1) rea de drenaje LMITES
La cuenca en estudio, limita con las siguientes
cuencas:
Norte: Cuenca del ro Higueras.
Sur: Cuenca del ro Mantaro.
Este: Cuenca del ro Pachitea.
Oeste: Cuenca del ro Maraon.
HIDROGRAFA.
La cuenca integral del ro alto Huallaga, desde
sus nacientes a la altura de Cerro de Pasco
hasta la ciudad de Hunuco (Puente Taruca),
tiene una extensin de 4,789.4 Km2. Es una
cuenca hmeda en su integridad, sometida a
precipitaciones significativas; tiene dos sub-
cuencas principales y sub-cuencas
secundarias: cuatro en el Alto Huallaga y tres
en el ro Huertas, adems tiene una sub-
cuenca lateral del ro Higueras.
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La Cuenca Hidrogrfica
Caractersticas Fsicas: 1) rea de drenaje
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La Cuenca Hidrogrfica
Caractersticas Fsicas: 1) rea de drenaje.-
Informacin mnima necesaria: Cartas Nacionales a escala 1/100,000 (Ejemplo: Hunuco:
Hojas 19k, 20k); con curvas de nivel a cada 50 m; elaboradas
por el Instituto Geogrfico Nacional de Per (IGN).
ASTER GDEM, con formato GeoTIFF, de 30 m de resolucin espacial, mapa topogrfico diseado por La NASA y el
Ministerio de Economa, Comercio e Industria del Japn-METI
(1999), distribuido por Ministerio del Ambiente del Per -
MINAM en la pgina web.
Mapa Ecolgico del Per, publicado por la Oficina Nacional de Recursos Naturales ONERN (1976) - Per.
Levantamiento topogrfico, curvas de nivel (Cada dos, cinco o diez metros: dependiendo de la topografa).
Vistas satelitales (complementario para anlisis especficos)
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La Cuenca Hidrogrfica
Caractersticas Fsicas:
2) Forma de la cuenca
2.1) ndice de Gravelius o coeficiente de Compacidad (Kc) Donde:
P: Permetro de la cuenca, en Km. o m.
A: rea de la cuenca en Km2 o m2
Cuando ms irregular sea la hoya, mayor ser su coeficiente de compacidad Una hoya circular posee el coeficiente mnimo, igual a 1 Hay mayor tendencia a las crecientes en la medida que ste nmero sea
prximo a la unidad
Si Kc = 1.128, se trata de una cuenca cuadrada Si Kc = 3.0, las cuencas son muy alargadas Kc = 1.481, la cuenca tiende a un cuadrado (largo y ancho son valores
cercanos)
A
PKc 282.0
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La Cuenca Hidrogrfica
Caractersticas Fsicas:
2) Forma de la cuenca
2.2) Factor de forma (Kf)
Una cuenca con un factor de forma bajo est menos sujeta a crecientes que otra del mismo tamao, pero con mayor factor
de forma
2L
AK f
Donde:
A = B/L
A: rea de drenaje en Km2 o m2
B: Ancho medio en Km. o m.
L: Longitud axial de la cuenca, en Km. o m.
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La Cuenca Hidrogrfica
3) Sistema de Drenaje:
3.1.Orden de las corrientes de agua
3.1.1.) Mtodo Pfasftetter Se usa cartografa validada, el
modelo de elevacin digital y el
modelo de sombras.
Se subdivide las cuencas hidrogrficas, identificando los
mayores afluentes en trminos
de rea y longitud al rio
principal.
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La Cuenca Hidrogrfica
3) Sistema de Drenaje:
3.1.Orden de las corrientes de agua
3.1.1.) Mtodo Pfasftetter
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La Cuenca Hidrogrfica
3.1.1.) Mtodo Pfasftetter
Nivel alcanzado por el Mtodo Pfafstetter, segn cuenca, cordillera y rea - ANA )
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La Cuenca Hidrogrfica
3) Sistema de Drenaje: 3.1.Orden de las corrientes
de agua
3.1.2.) Mtodo Strahler Se usa cartografa validada, el
modelo de elevacin digital y el
modelo de sombras.
Refleja el grado de ramificacin o bifurcacin dentro de una cuenca.
- Corrientes de 1er. Orden: Pequeos canales que no tiene tributarios - Corrientes de 2do. Orden: Cuando dos corrientes de 1er. Orden se unen
- Corrientes de 3er. Orden: Cuando dos corrientes de 2d. Orden se unen
- Corrientes de orden n + 1: Cuando dos corrientes de orden n se unen
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La Cuenca Hidrogrfica
3) Sistema de Drenaje: 3.1.Orden de las corrientes de agua
3.1.2.) Mtodo Strahler
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La Cuenca Hidrogrfica
3.1.2.) Mtodo Strahler
Nmero de cuencas delimitadas por el mtodo Strahler, segn cuenca, cordillera y rea - ANA)
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La Cuenca Hidrogrfica
La densidad de drenaje, toma valores entre 0.5 Km/km2 para cuencas con drenaje pobre hasta 3.5 km/km2 para cuencas bien drenadas.
A
LDd
Donde:
L = Longitud total de las corrientes de
agua , en km.
A = rea de drenaje de la cuenca, en Km2
3) Sistema de drenaje 3.2) Densidad de drenaje (Dd)
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La Cuenca Hidrogrfica
3) Sistema de drenaje 3.3) Extensin media de la escorrenta superficial
L
Al
lLA
4
4
Donde:
l = Extensin media de la escorrenta
superficial, en km.
L = Longitud total de las corrientes de agua en
la cuenca , en km.
A: rea de drenaje de la cuenca, en Km2
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La Cuenca Hidrogrfica
3) Sistema de drenaje 3.4) Sinuosidad de la corriente de agua
tL
LS
Donde:
L = Longitud del cauce el ro
Lt = Longitud del valle el ro,
medido en lnea curva o
recta
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4) Caractersticas del relieve 4.1) Pendiente de la cuenca
Esta caracterstica controla en
buena parte la velocidad con
que se da la escorrenta
superficial y afecta por lo tanto,
el tiempo que lleva el agua de
la lluvia para concentrarse en
lechos pluviales que
constituyen la red de drenaje
de las hoyas
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4) Caractersticas del relieve 4.2) Curva Hipsomtrica
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La Cuenca Hidrogrfica
4) Caractersticas del Relieve: 4.3) Elevacin media de la cuenca
Donde:
n: Nmero de intervalos de clase
Tambin se puede definir la elevacin de una cuenca, por un rectngulo de rea equivalente al rea limitada por la curva
hipsomtrica y los ejes coordenados.
Se debe tener en cuenta que la altitud y la elevacin media de una cuenca son, tambin, importantes por la influencia que ejercen sobre
la precipitacin, prdidas de agua por evaporacin y transpiracin y
consecuentemente sobre el caudal medio.
)(
)(
1
1
n
i
i
i
n
i
i
rea
reaIntervaloMediaCota
E
-
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4) Caractersticas del relieve 4.4) Pendiente de la corriente principal
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La Cuenca Hidrogrfica
4) Caractersticas del relieve 4.4) Pendiente de la corriente principal
La velocidad de escurrimiento de las corrientes de agua
depende de la pendiente de sus canales fluviales. A mayor
pendiente mayor velocidad
4.1. Pendiente media (S1)
4.2. Pendiente media ponderada (S2)
4.3. Pendiente equivalente constante (S3)
21
KSV
Donde:
V = Velocidad del agua (m/s)
L = Longitud del recorrido del agua (m)
T = Tiempo de recorrido del agua (s)
K = Constante (m/s)
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4) Caractersticas del relieve 4.5) Rectngulo equivalente
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La Cuenca Hidrogrfica
5) Suelos
As como la precipitacin
depende de las condiciones
climatolgicas de la cuenca, la
escorrenta y la prdidas de
precipitacin dependen de las
caractersticas fsicas de la
cuenca, entre las cuales los
suelos desempean un papel
importante. La escorrenta y
las prdidas determinan el
volumen de agua aportado en
la cuenca , y la manera como
ese volumen de agua se
distribuye en el tiempo
-
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Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1
Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
Cara
cte
rizaci
n
La Cuenca Hidrogrfica
6) Cuenca representativa y Experimental
6.1) Cuenca representativa
De tipo ecolgico determinado y localizado sin
limitaciones de intervencin humana, para el estudio de
las diversas fases del ciclo hidrolgico.
6.2) Cuenca experimental
De tipo ecolgico modificable con intervencin humana
para estudiar sus efectos sobre el ciclo ecolgico
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Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1
Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
Tra
bajo
escalo
nad
o
La Cuenca Hidrogrfica
Actividades a desarrollar para el trabajo escalonado En el Expediente Tcnico del proyecto que evala, determinar:
1) Delimitar y calcular el rea total de la cuenca, sub-cuenca o micro-cuenca donde tiene influencia
el proyecto hidrulico, indicando sus principales caractersticas geomorfolgicas, sub-divisiones y
su clasificacin cuantitativa. Describir el mtodo usado, sus limitaciones y ventajas comparativas
con respecto a otros mtodos. Describa el material cartogrfico (IGN), satelital, fotogrfico, etc.
usado, su fuente de procedencia y proceso de adquisicin.
2) Defina posibles vasos de almacenamiento, achurando el rea e indicando sus principales
caractersticas descriptivas y cuantitativas. Ensaye posibles usos justificndolos
convenientemente
3) En el rea delimitada defina la siguiente
3.1) Determine el permetro
3.2) Determinar la curva hipsomtrica y la curva de frecuencia de altitudes. Calcular la elevacin
media. Comente sus resultados
3.3) Calcular el ndice de forma y el ndice de compacidad. Comente sus resultados.
3.4) Grafique el rectngulo equivalente de la cuenca. Comente sus resultados.
3.5) Calcular el ndice de pendiente. Comente sus resultados
3.6) Calcular la densidad de drenaje de la cuenca. Comente sus resultados.
3.7) Grafique el perfil longitudinal del curso principal. Comente sus resultados.
3.8) Calcule la pendiente del cauce principal, usando por los menos (05) mtodos. Elija el que se
acomoda mejor a sus requerimientos de diseo. Comente sus resultados.
3.9) Calcule la pendiente de la cuenca usando por los menos (05) cinco mtodos diferentes. Elija
el que se acomoda mejor a sus requerimientos de diseo. Comente sus resultados.