Estudio Hidrológico de Cuenca

Estudio Hidrolgico de Cuenca. Embalse para el Control de Crecientes 1. Objetivos 2. Introduccin 3. reas Subcuencas 4. Estudio Hidrolgico 5. Obtencin de la Tormenta de Proyecto 6. Embalse para el Control de Crecientes 7. Conceptos tericos 8. Desarrollo 9. Conclusin 10. Referencia BibliogrficaObjetivos Generales:

Desarrollar una metodologa de trabajo en la cual a partir de un problema presentado se realiza la investigacin y la resolucin del mismo. Atendiendo al desarrollo de un modo de pensamiento capaz de integrar disciplinas, racionalizar problemas y elaborar una solucin particular. Consolidar los contenidos desarrollados durante el ao referidos a: fundamentos y aplicaciones hidrolgicas, y estudio y diseo de obras hidrulicas.

Especficos:

Recopilar datos e informacin previa y relevante; respecto a datos estadsticos de lluvias, topografa de la cuenca a estudiar, tipo de suelo, etc. Estimacin del potencial de escorrenta. Obtencin del hidrograma unitario a travs de un mtodo sinttico. Estudio de una obra para el control de agua. Aplicacin de un modelo de simulacin hidrolgica.

PRIMERA PARTE Introduccin A partir de informacin suministrada por la Secretara de Obras y Servicios Pblicos obtuve el plano donde puede verse la cuenca a analizar, esta tiene una extensin de 27997 hectreas; y tiene como punto de cierre la interseccin del canal "Las Calaveras" y la ruta nacional N 34. La cuenca se dividi en tres subcuencas. reas de las sub-cuencas Cuenca Canal "Roca" y "Oeste" Canal "Las Calaveras" Vas FF.CC y Ruta N34 rea (hectreas) 22473 ha 4196 ha 1328 ha

A continuacin se representa esquemticamente la cuenca con sus respectivas subcuencas.

Estudio Hidrolgico Para el clculo del hidrograma unitario, que es una constante de la cuenca, y representa el efecto de todos los factores fsicos que la caracterizan; y debido a la inexistencia de aforos en la cuenca, he optado por utilizar un mtodo sinttico de clculo, exactamente el mtodo de Mockus. Este mtodo se basa en un hidrograma adimensional que presenta la relacin entre el caudal q y el caudal pico q p y el tiempo t respecto al tiempo de ocurrencia del pico en el hidrograma unitario, Tp. Para tiempo de concentracin, si bien en el Anexo II se explican algunos mtodos, he adoptado 30 hs. Lo que queremos conocer es el qp, el cual puede ser obtenido por medio de la frmula: qp = C.A / Tp Tp = tr/2 + tp. Donde tp es el tiempo de retardo y tr es la duracin de la lluvia efectiva. Datos de la cuenca C = 2.08 A = 297.7 km2 tr = 9 hs. tp 0.6 Tc, entonces tp = 0.6 . 30 hs = 18 hs. Tp = tr/2 + tp = 9hs/2 + 18 hs = 22.5 hs. qp = 2.08*297.7 km2 / 22.5 hs = 27.52 m3/(s.cm) Una vez obtenido el valor de qp y Tp podemos convertir el diagrama adimensional en un Hidrograma unitario, para la cuenca especfica. A partir de las relaciones de q/qp y de t/Tp tabuladas en el Anexo II, o bien de grficas se obtienen las ordenadas de nuestro diagrama unitario. Los valores de t (hs) representan los valores de la absisa del diagrama y los valores de q (m3/ (s.cm)) representan las ordenadas.

Relacin de Relacin de descargas tiempos t/Tp q/qp 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 0 0,030 0,100 0,190 0,310 0,470 0,660 0,820 0,930 0,990 1,000 0,990 0,930 0,860 0,780 0,680

Valores t(hs) 0,0 2,3 4,5 6,8 9,0 11,3 13,5 15,8 18,0 20,3 22,5 24,8 27,0 29,3 31,5 33,8

de Valores de q(m3/ (s.cm)) 0,00 0,83 2,75 5,23 8,53 12,93 18,16 22,57 25,59 27,24 27,52 27,24 25,59 23,67 21,47 18,71

1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,5 5,0

0,560 0,460 0,390 0,330 0,280 0,207 0,147 0,107 0,077 0,055 0,040 0,029 0,021 0,015 0,011 0,005 0,000

36,0 38,3 40,5 42,8 45,0 49,5 54,0 58,5 63,0 67,5 72,0 76,5 81,0 85,5 90,0 101,3 112,5

15,41 12,66 10,73 9,08 7,71 5,70 4,05 2,94 2,12 1,51 1,10 0,80 0,58 0,41 0,30 0,14 0,00

Una vez obtenido el hidrograma unitario, es necesario encontrar el hidrograma de proyecto; para esto debemos encontrar la tormenta de proyecto.

Obtencin de la tormenta de proyecto Primero se debe estimar la lmina de precipitacin para una recurrencia elegida por medio de distintos mtodos. Para este caso utilic el mtodo de Gumbel, el cual luego lo corrobor con el mtodo de Log-Person. Se cuenta con una serie de datos lluvias mximas anuales desde 1931 hasta 1996 para lluvias de un da. Ao 1931 1932 1933 1934 1935 1936 1937 1938 1939 1940 1941 1942 1943 1944 1945 1946 1947 1948 1949 1950 1951 1952 1953 1954 1955 1956 1957 1958 1959 1960 1961 1962 1963 Lluvia 80 114 94 87 94 98,3 56 110 80 57 117,5 91 130 116,6 92,8 249,3 148,6 52,7 91 53,2 60,7 97 88,7 47,6 72,2 80,8 52,5 108,6 170 79,4 66,8 56,4 128,5 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 61,3 59,6 113,9 65,2 59,3 73,7 56,4 94 102,1 119,8 78,8 115,5 105 110,9 79,5 54,8 67,3 182,7 102,2 128,7 74,9 64,5 124,2 153,4 78,6 161,4 133,2 86,4 67,8 81,4 32 163,2 79,6

Mtodo de Gumbel Por medio de la frmula y = -Ln[ -Ln (1-1/Tr)] obtenemos: Tr (Tiempo de recurrencia) 1.58 2 2.5 3 4 5 10 y 0.000 0.367 0.671 0.902 1.245 1.5 2.250

El factor de frecuencia es: K = (y yn) / Sn Los valores de yn y Sn dependen de la longitud del registro de muestra utilizada (estos valores se encuentran tabulados, o bien se pueden obtener a partir del diagrama de Weiss). Para n=66; yn = 0.5538; Sn = 1.1814. Para calcular el evento correspondiente Gumbel utiliza la ecuacin general de Chow x = x(med) + K.Sx Ao 1931 1932 1933 1934 1935 1936 1937 1938 1939 1940 1941 1942 1943 1944 1945 1946 1947 1948 1949 1950 1951 1952 1953 1954 1955 1956 1957 1958 1959 1960 1961 1962 1963 Lluvia (X) 80 114 94 87 94 98,3 56 110 80 57 117,5 91 130 116,6 92,8 249,3 148,6 52,7 91 53,2 60,7 97 88,7 47,6 72,2 80,8 52,5 108,6 170 79,4 66,8 56,4 128,5 (x-x(med))2 217,56 370,56 0,56 60,06 0,56 12,60 1501,56 232,56 217,56 1425,06 517,56 14,06 1242,56 477,42 3,80 23885,70 2899,82 1768,20 14,06 1726,40 1159,40 5,06 36,60 2223,12 508,50 194,60 1785,06 191,82 5662,56 235,62 781,20 1470,72 1139,06 Ao 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 Totales Lluvia (X) 61,3 59,6 113,9 65,2 59,3 73,7 56,4 94 102,1 119,8 78,8 115,5 105 110,9 79,5 54,8 67,3 182,7 102,2 128,7 74,9 64,5 124,2 153,4 78,6 161,4 133,2 86,4 67,8 81,4 32 163,2 79,6 6253,5 (x-x(med))2 1118,90 1235,52 366,72 873,20 1256,70 443,10 1470,72 0,56 54,02 627,50 254,40 430,56 105,06 260,82 232,56 1596,00 753,50 7735,20 55,50 1152,60 394,02 915,06 867,30 3439,82 260,82 4442,22 1478,40 69,72 726,30 178,22 3937,56 4685,40 229,52 93629,21

x(med) = 6253,5/66 = 94,75 Sx=[93629,205/(66-1)]1/2 = 37,953 Tr 2 3 4 5 10 y 0,367 0,902 1,245 1,5 2,25 K -0,158 0,295 0,586 0,802 1,437 x (mm) 88,753 105,956 116,986 125,185 149,302

Mtodo de Log-Person Tipo III Este mtodo se basa en transformar los eventos x en sus logaritmos a partir de las frmulas: log x(medio) log xi / n= S log x (log xi - log= [ x(medio))2 / (n-1)]1/2 [(log xi - logg = n x(medio))3]/ [(n-1)(n-2)(Slogx)3] Al usarse el evento como log x, la ecuacin de Chow queda como: log x = log x(medio) + K.Slog x Donde el valor de K puede obtenerse de tablas que estn en funcin de g (coeficiente de asimetra).

Ao 1931 1932 1933 1934 1935 1936 1937 1938 1939 1940 1941 1942 1943 1944 1945 1946 1947 1948 1949 1950 1951 1952 1953 1954 1955 1956 1957 1958 1959 1960 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981

Lluvia (X) 80 114 94 87 94 98,3 56 110 80 57 117,5 91 130 116,6 92,8 249,3 148,6 52,7 91 53,2 60,7 97 88,7 47,6 72,2 80,8 52,5 108,6 170 79,4 66,8 56,4 128,5 61,3 59,6 113,9 65,2 59,3 73,7 56,4 94 102,1 119,8 78,8 115,5 105 110,9 79,5 54,8 67,3 182,7

log xi 1,90309 2,05690 1,97313 1,93952 1,97313 1,99255 1,74819 2,04139 1,90309 1,75587 2,07004 1,95904 2,11394 2,06670 1,96755 2,39672 2,17202 1,72181 1,95904 1,72591 1,78319 1,98677 1,94792 1,67761 1,85854 1,90741 1,72016 2,03583 2,23045 1,89982 1,82478 1,75128 2,10890 1,78746 1,77525 2,05652 1,81425 1,77305 1,86747 1,75128 1,97313 2,00903 2,07846 1,89653 2,06258 2,02119 2,04493 1,90037 1,73878 1,82802 2,26174

log xi - logx(medio) -0,04266 0,11115 0,02738 -0,00623 0,02738 0,04680 -0,19756 0,09564 -0,04266 -0,18988 0,12429 0,01329 0,16819 0,12095 0,02180 0,45097 0,22627 -0,22394 0,01329 -0,21984 -0,16256 0,04102 0,00217 -0,26814 -0,08721 -0,03834 -0,22559 0,09008 0,28470 -0,04593 -0,12097 -0,19447 0,16315 -0,15829 -0,17050 0,11077 -0,13150 -0,17270 -0,07828 -0,19447 0,02738 0,06328 0,13271 -0,04922 0,11683 0,07544 0,09918 -0,04538 -0,20697 -0,11773 0,31599

[log xi - logx(medio)]2 0,00182 0,01236 0,00075 0,00004 0,00075 0,00219 0,03903 0,00915 0,00182 0,03605 0,01545 0,00018 0,02829 0,01463 0,00048 0,20338 0,05120 0,05015 0,00018 0,04833 0,02643 0,00168 0,00000 0,07190 0,00761 0,00147 0,05089 0,00811 0,08105 0,00211 0,01463 0,03782 0,02662 0,02506 0,02907 0,01227 0,01729 0,02982 0,00613 0,03782 0,00075 0,00400 0,01761 0,00242 0,01365 0,00569 0,00984 0,00206 0,04284 0,01386 0,09985

[log xi - logx(medio)]3 -0,00008 0,00137 0,00002 0,00000 0,00002 0,00010 -0,00771 0,00087 -0,00008 -0,00685 0,00192 0,00000 0,00476 0,00177 0,00001 0,09172 0,01158 -0,01123 0,00000 -0,01062 -0,00430 0,00007 0,00000 -0,01928 -0,00066 -0,00006 -0,01148 0,00073 0,02308 -0,00010 -0,00177 -0,00735 0,00434 -0,00397 -0,00496 0,00136 -0,00227 -0,00515 -0,00048 -0,00735 0,00002 0,00025 0,00234 -0,00012 0,00159 0,00043 0,00098 -0,00009 -0,00887 -0,00163 0,03155

1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 Totales log medio = 1.945 S logx = 0.1634 g = 0.00008359

102,2 128,7 74,9 64,5 124,2 153,4 78,6 161,4 133,2 86,4 67,8 81,4 32 163,2 79,6

2,00945 2,10958 1,87448 1,80956 2,09412 2,18583 1,89542 2,20790 2,12450 1,93651 1,83123 1,91062 1,50515 2,21272 1,90091 128,42032

0,06370 0,16383 -0,07127 -0,13619 0,14837 0,24008 -0,05033 0,26215 0,17875 -0,00924 -0,11452 -0,03513 -0,44060 0,26697 -0,04484 0,00082

0,00406 0,02684 0,00508 0,01855 0,02201 0,05764 0,00253 0,06872 0,03195 0,00009 0,01311 0,00123 0,19413 0,07127 0,00201 1,73579

0,00026 0,00440 -0,00036 -0,00253 0,00327 0,01384 -0,00013 0,01802 0,00571 0,00000 -0,00150 -0,00004 -0,08553 0,01903 -0,00009 0,03877

Tr 2 3 4 5 10

Valores de K 0 0,23 0,68 0,843 1,362

log x 1,95 1,98 2,06 2,08 2,17

x(mm) 88,10 96,07 113,79 120,99 147,08

Finalmente vemos que no existe divergencia entre ambos mtodos. Para el clculo del hidrograma de proyecto deberamos contar con grficas temporales ms probables de la regin para distintas duraciones de tormentas, as como relaciones de intensidad vs. duracin para la recurrencia adoptada. Debido a la inexistencia de estos datos he decidido analizar un evento en donde la lmina cada sea de una recurrencia de 5 aos (aproximadamente 125 mm segn fue calculado segn los mtodos precedentes). En cuanto a la duracin de la tormenta de proyecto tomar la duracin de este nico evento y para la realizacin del hietograma de proyecto tomar el hietograma de la tormenta. A continuacin se muestran los datos obtenido por un pluvimetro ubicado en la Estacin Experimental del INTA Rafaela, en la lluvia del da 4 de Febrero de 2003. Horas de 5,30 a 5,45 de 5,46 a 6,00 de 6,01 a 6,15 de 6,16 a 6,30 de 6,31 a 6,45 de 6,46 a 7,00 de 7,01 a 7,15 de 7,16 a 7,30 de 7,31 a 7,45 X (mm) 0 0,2 0,4 10,6 8,2 1,8 31 20 1 10,04 61 11,2 Lluvia c/hora (mm)

de 7,46 a 8,00 de 8,01 a 8,15 de 8,16 a 8,30 de 8,31 a 8,45 de 8,46 a 9,00 de 9,01 a 9,15 de 9,16 a 9,30 de 9,31 a 9,45 de 9,46 a 10,00 de 10,01 a 10,15 de 10,16 a 10,30 de 10,31 a 10,45 de 10,46 a 11,00 de 11,01 a 11,15 de 11,16 a 11,30 de 11,31 a 11,45 de 11,46 a 12,00 de 12,01 a 12,15 de 12,16 a 12,30 de 12,31 a 12,45 de 12,46 a 13,00 de 13,01 a 13,15 de 13,16 a 13,30 de 13,31 a 13,45 de 13,46 a 14,01 de 14,01 a 14,15 de 14,16 a 14,30

3 3,04 3 3 3 2 4 2 2 2 3,8 3 0,2 0,4 0,6 3 1,6 3 2,4 1,6 1,2 1,2 0,4 0,6 0,8 1,2 0,2 2,8 4,4 10 4,2 9,8 12

Para el clculo ser necesario conocer la escorrenta directa "Pe" para encontrar este valor utilizar el Mtodo del Servicio de Conservacin de Suelos para Abstracciones. La frmula emprica a aplicar es: Pe = (P 0.2 S)2 / (P + 0.8.S) (*) CN = 1000 / (10 + S)

donde S = (1000 / CN) 10 En base al tipo de suelo y uso de la tierra se definen distintos grupos. La zona en anlisis corresponde al Grupo "C". El uso de la tierra en esta zona en particular es para la agricultura en su mayor medida por esto el valor de CN que adopt es de 78. Otro factor a tener en cuenta es que ante la falta de informacin sobre la verdadera distribucin de probabilidad de precipitacin promedio sobre un rea, sumado a que la estacin de medicin pudo haber estado en el centro de la tormenta, en los bordes exteriores o entre estos dos puntos; por esto se deber tener en cuenta grficas de profundidad-rea que relacionan la precipitacin promedio sobre el rea con medidas puntuales. Para este caso tenemos que el porcentaje de lluvia puntual para el rea dada es del 89%.

La grfica siguiente muestra la precipitacin con la reduccin areal. Intervalo (hs) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Totales Precipitacin Puntual (mm) 11,20 61,00 10,40 12,00 9,80 4,20 10,00 4,40 2,80 125,80 P. con reducc. Areal (mm) 9,97 54,29 9,26 10,68 8,72 3,74 8,90 3,92 2,49 111,96

A continuacin se calcula la precipitacin efectiva: P = 111.96 mm = 4.4 " S = 2.82" Pe = (4.4" 0.2*2.82")2 / (4.4" + 0.8*2.82") = 2.218" = 56.32 mm. Prdidas = P Pe = 111.96 mm 56.32 mm = 55.65 mm Sin embargo esta frmula solo calcula la escorrenta directa durante una tormenta, y si tomramos una tasa de prdida constante no sera realmente representativo del mtodo. Por este motivo ampliando el mtodo de clculo anterior, puede calcularse la distribucin temporal de las abstracciones en una tormenta. Ia = 0.2.S = 0.564". La abstraccin inicial absorbe toda la lluvia hasta P = 0.564" Lluvia (pulg) 0,393 0,393 54,29 2 9,26 3 10,68 4 8,72 5 3,74 6 8,9 7 3,92 8 2,49 9 Totales 111,97 4,408 0,098 4,408 0,564 1,627 2,218 2,218 56,326 0,154 4,310 0,564 1,609 2,137 0,080 2,037 0,350 4,156 0,564 1,580 2,012 0,125 3,180 0,147 3,806 0,564 1,508 1,733 0,279 7,079 0,343 3,658 0,564 1,475 1,619 0,115 2,910 0,420 3,315 0,564 1,393 1,358 0,260 6,615 0,365 2,894 0,564 1,276 1,054 0,304 7,720 2,137 2,530 0,564 1,158 0,808 0,247 6,273 0,393 0,000 0,808 20,512 P acumulada Abstracciones Acumuladas (pulg) Ia (pulg) Fa (pulg) 0,000 9,97 1 0,000 Exceso de lluvia Exceso de Exceso acumulado(pulg) lluvia(pulg) lluvia(mm) 0,000 0,000 0,000 de

Tiempo 0

Lluvia (mm)

Se representa esquemticamente como quedara el hietograma indicando las variables que intervienen en el Mtodo de las Abstracciones del Servicio de Conservacin de Suelos.

N=n+M1 N = Nmero de ordenadas del hidrograma real. n = Nmero de ordenadas del hidrograma unitario, distintas de cero. M = Pulsos de lluvias. N = 31 + 9 1 = 39

Finalmente obtenemos el hidrograma de la tormenta. Las desventajas de este mtodo (Mockus) son que no depende directamente de las caractersticas fsicas de la cuenca a diferencia de otros mtodos (como podra ser el mtodo de Clark); es decir no considera los distintos niveles de la cuenca, no consideras las distintas zonas que tienen el mismo tiempo de aporte (cosa que se podran tener en cuenta en el mtodo de Clark a travs del trazado de iscronas). La aplicacin explicita del mtodo fue uno de los objetivos de esta monografa. Para corroborar los resultados, utilic un software ingresando los mismos datos utilizados precedentemente. El software Hec-Hms (versin 2.2.2) del U.S. Army Corps of Engineers.

Esquemas de Subcuencas

Hidrograma Interseccin Canal "Las Calaveras" y Ruta N 34.

Como puede observarse los datos obtenidos por el software no son muy distintos a los obtenidos analticamente (cabe destacar que dentro del software se pueden elegir distintos tipos de mtodos para el clculo del hidrogramas; es decir, se puede utilizar: Clark, Snyder, Mockus, etc.) Para los clculos anteriores he tomado al tiempo de concentracin igual para todas las sub-cuencas, lo cual es una aproximacin burda que genera un error considerable. Para una resolucin ms certera habra que realizar para las subcuenca, con su tiempo de concentracin correspondiente, los distintos hidrogramas y luego trazar la envolvente de los hidrogramas; analticamente esto reviste de una mayor complejidad en cuanto a los clculos. Sin embargo el software anteriormente aplicado da la posibilidad de ingresar distintos tiempos de concentracin para cada subcuenca. Datos Cuenca Canal "Roca" y "Oeste" Canal "Las Calaveras" FF.CC y Ruta rea (ha) 22473 4196 1328 Cn (SCS) 78 78 78 Tc (hs) 48 30 10

Los datos otros datos permanecen sin variantes, lo nico que se cambi fue el tiempo de concentracin.

A continuacin se muestra el esquema de las subcuencas.

Hidrograma en Interseccin del Canal "Oeste" y Canal "Las Calaveras"

Fecha 04-feb-03 04-feb-03 04-feb-03 04-feb-03 04-feb-03 04-feb-03 04-feb-03 04-feb-03 04-feb-03 04-feb-03 04-feb-03 04-feb-03 04-feb-03 04-feb-03 04-feb-03 04-feb-03 04-feb-03 04-feb-03 04-feb-03 05-feb-03 05-feb-03 05-feb-03 05-feb-03 05-feb-03 05-feb-03 05-feb-03 05-feb-03 05-feb-03 05-feb-03 05-feb-03 05-feb-03 05-feb-03 05-feb-03 05-feb-03 05-feb-03 05-feb-03

Hora 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700

Entrada(m3/s) 0 0 0,225 0,513 0,88 1,399 2,006 2,901 3,953 5,119 6,382 7,794 9,387 11,073 12,908 14,82 16,873 19,149 21,536 24,028 26,538 29,188 31,987 34,781 37,574 40,349 43,168 46,006 48,844 51,607 54,292 56,811 59,218 61,521 63,738 65,827

Salida(m3/s) 0 0 0,225 0,513 0,88 1,399 2,006 2,901 3,953 5,119 6,382 7,794 9,387 11,073 12,908 14,82 16,873 19,149 21,536 24,028 26,538 29,188 31,987 34,781 37,574 40,349 43,168 46,006 48,844 51,607 54,292 56,811 59,218 61,521 63,738 65,827

05-feb-03 05-feb-03 05-feb-03 05-feb-03 05-feb-03 05-feb-03 05-feb-03 06-feb-03 06-feb-03 06-feb-03 06-feb-03 06-feb-03 06-feb-03 06-feb-03 06-feb-03 06-feb-03 06-feb-03 06-feb-03 06-feb-03 06-feb-03 06-feb-03 06-feb-03 06-feb-03 06-feb-03 06-feb-03 06-feb-03 06-feb-03 06-feb-03 06-feb-03 06-feb-03 06-feb-03 07-feb-03 07-feb-03 07-feb-03 07-feb-03 07-feb-03 07-feb-03

1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 100 200 300 400 500 600

67,522 69,071 70,463 71,739 72,895 73,71 74,382 74,937 75,401 75,688 75,693 75,556 75,271 74,905 74,42 73,829 73,182 72,506 71,879 71,089 70,179 69,222 68,205 67,172 66,071 64,913 63,73 62,569 61,412 60,211 58,998 57,768 56,533 55,299 53,962 52,594 51,191

67,522 69,071 70,463 71,739 72,895 73,71 74,382 74,937 75,401 75,688 75,693 75,556 75,271 74,905 74,42 73,829 73,182 72,506 71,879 71,089 70,179 69,222 68,205 67,172 66,071 64,913 63,73 62,569 61,412 60,211 58,998 57,768 56,533 55,299 53,962 52,594 51,191

Hidrograma Interseccin Canal "Las Calaveras" y Ruta N34

Fecha 04-Feb-03 04-Feb-03 04-Feb-03 04-Feb-03 04-Feb-03 04-Feb-03 04-Feb-03 04-Feb-03 04-Feb-03 04-Feb-03 04-Feb-03 04-Feb-03 04-Feb-03 04-Feb-03 04-Feb-03 04-Feb-03 04-Feb-03 04-Feb-03 04-Feb-03 05-Feb-03 05-Feb-03

Hora (hs) Entrada (m3/s) 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2 0 0 0.422 1.207 2.338 3.989 6.162 9.084 12.398 15.798 19.076 22.132 24.99 27.463 29.544 31.267 32.706 33.978 35.063 36.18 37.389

Salida (m3/s) 0 0 0.422 1.207 2.338 3.989 6.162 9.084 12.398 15.798 19.076 22.132 24.99 27.463 29.544 31.267 32.706 33.978 35.063 36.18 37.389

07-Feb-03 3 07-Feb-03 4 07-Feb-03 5 07-Feb-03 6 07-Feb-03 7 07-Feb-03 8 07-Feb-03 9 07-Feb-03 10 07-Feb-03 11 07-Feb-03 12 07-Feb-03 13 07-Feb-03 14 07-Feb-03 15 07-Feb-03 16 07-Feb-03 17 07-Feb-03 18 07-Feb-03 19 07-Feb-03 20 07-Feb-03 21 07-Feb-03 22 07-Feb-03 23 07-Feb-03 24

57.185 55.807 54.397 52.952 51.48 49.971 48.369 46.735 45.065 43.377 41.715 40.105 38.527 36.983 35.468 34.062 32.778 31.558 30.401 29.283 28.241 27.262

57.185 55.807 54.397 52.952 51.48 49.971 48.369 46.735 45.065 43.377 41.715 40.105 38.527 36.983 35.468 34.062 32.778 31.558 30.401 29.283 28.241 27.262

05-Feb-03 05-Feb-03 05-Feb-03 05-Feb-03 05-Feb-03 05-Feb-03 05-Feb-03 05-Feb-03 05-Feb-03 05-Feb-03 05-Feb-03 05-Feb-03 05-Feb-03 05-Feb-03 05-Feb-03 05-Feb-03 05-Feb-03 05-Feb-03 05-Feb-03 05-Feb-03 05-Feb-03 05-Feb-03 06-Feb-03 06-Feb-03 06-Feb-03 06-Feb-03 06-Feb-03 06-Feb-03 06-Feb-03 06-Feb-03 06-Feb-03 06-Feb-03 06-Feb-03 06-Feb-03 06-Feb-03 06-Feb-03 06-Feb-03 06-Feb-03 06-Feb-03 06-Feb-03 06-Feb-03 06-Feb-03 06-Feb-03

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

38.807 40.489 42.314 44.251 46.335 48.563 50.929 53.38 55.824 58.242 60.535 62.76 64.917 67.019 69.014 70.635 72.124 73.467 74.698 75.819 76.605 77.253 77.78 78.219 78.485 78.468 78.309 77.992 77.591 77.071 76.442 75.752 75.028 74.357 73.526 72.578 71.585 70.53 69.458 68.322 67.129 65.906 64.702

38.807 40.489 42.314 44.251 46.335 48.563 50.929 53.38 55.824 58.242 60.535 62.76 64.917 67.019 69.014 70.635 72.124 73.467 74.698 75.819 76.605 77.253 77.78 78.219 78.485 78.468 78.309 77.992 77.591 77.071 76.442 75.752 75.028 74.357 73.526 72.578 71.585 70.53 69.458 68.322 67.129 65.906 64.702

08-Feb-03 1 08-Feb-03 2 08-Feb-03 3 08-Feb-03 4 08-Feb-03 5 08-Feb-03 6 08-Feb-03 7 08-Feb-03 8 08-Feb-03 9 08-Feb-03 10 08-Feb-03 11 08-Feb-03 12 08-Feb-03 13 08-Feb-03 14 08-Feb-03 15 08-Feb-03 16 08-Feb-03 17 08-Feb-03 18 08-Feb-03 19 08-Feb-03 20 08-Feb-03 21 08-Feb-03 22 08-Feb-03 23 08-Feb-03 24 09-Feb-03 1 09-Feb-03 2 09-Feb-03 3 09-Feb-03 4 09-Feb-03 5 09-Feb-03 6 09-Feb-03 7 09-Feb-03 8 09-Feb-03 9 09-Feb-03 10 09-Feb-03 11 09-Feb-03 12 09-Feb-03 13 09-Feb-03 14 09-Feb-03 15 09-Feb-03 16 09-Feb-03 17 09-Feb-03 18 09-Feb-03 19

26.319 25.4 24.498 23.659 22.853 22.073 21.311 20.56 19.897 19.266 18.667 18.091 17.525 16.982 16.451 15.93 15.41 14.902 14.42 13.95 13.492 13.044 12.604 12.174 11.749 11.326 10.904 10.516 10.157 9.816 9.492 9.179 8.878 8.591 8.311 8.033 7.756 7.502 7.257 7.022 6.795 6.571 6.356

26.319 25.4 24.498 23.659 22.853 22.073 21.311 20.56 19.897 19.266 18.667 18.091 17.525 16.982 16.451 15.93 15.41 14.902 14.42 13.95 13.492 13.044 12.604 12.174 11.749 11.326 10.904 10.516 10.157 9.816 9.492 9.179 8.878 8.591 8.311 8.033 7.756 7.502 7.257 7.022 6.795 6.571 6.356

06-Feb-03 06-Feb-03 06-Feb-03 07-Feb-03 07-Feb-03

22 23 24 1 2

63.504 62.262 61.008 59.737 58.461

63.504 62.262 61.008 59.737 58.461

09-Feb-03 20 09-Feb-03 21 09-Feb-03 22 09-Feb-03 23 09-Feb-03 24

6.144 5.935 5.726 5.521 5.334

6.144 5.935 5.726 5.521 5.334

El resultado obtenido es el que representa ms la realidad, debido a que se tienen en cuenta un mayor nmero de factores que intervienen; por el cual desde ahora se utilizar el hidrograma ltimo. SEGUNDA PARTE Introduccin La segunda parte del trabajo es el estudio preeliminar de una presa para la atenuacin de crecida del Canal "Las Calaveras"; dado a que la oferta hidrulica del puente existente no es suficiente para lluvias que generen grandes caudales. Para hacer un trabajo completo se debera analizar, si con el hidrograma obtenido anteriormente el puente tiene la capacidad de evacuacin de agua suficiente para no generar el corte de la ruta. Si este no fuera el caso, se debera analizar para que recurrencia ocurre este fenmeno. El anlisis descrito no es objeto de este trabajo, pero s lo es el estudio de una presa de atenuacin de crecida. Para el anlisis se tomar el hidrograma encontrado en la primera parte. Conceptos tericos Los embalses de detencin de aguas-lluvias son uno de los medios utilizados para manejar las aguas de las tormentas. Un embalse de este tipo puede variar desde una simple estructura tal como el efecto de remanso aguas arriba de una alcantarilla de carretera hasta un embalse grande con mecanismos de control sofisticados. La detencin es mantener la escorrenta por un perodo corto antes de devolverla a su curso de agua natural. Los trminos de: detencin y retencin tienden a ser confundidos. La retencin es mantener el agua en un sitio de almacenamiento durante un perodo considerable con propsitos estticos, de consumo, para agricultura, y otros. Puede que el agua nunca se descargue en un curso de agua natural y por el contrario sea consumida por plantas, evaporacin o infiltracin en el suelo. Las estructuras de detencin generalmente no reducen en forma significativa el volumen total de la escorrenta superficial, sino que simplemente reducen las tasas de caudal pico redistribuyendo el hidrograma de caudal. Sin embargo, existen algunas excepciones: por ejemplo, el volumen de escorrenta superficial reducido de reas trabajadas con movimientos de suelo y la escorrenta superficial reducida en embalses de detencin en suelos granulares. La detencin in-situ del agua-lluvia es el almacenamiento de la escorrenta cerca del sitio donde ocurre la precipitacin. En algunas aplicaciones, la escorrenta puede conducirse primero pequeas distancias mediante colectores adyacentes o localizados en el sitio donde se ubica la estructura de detencin. La detencin in-situ es diferente a la detencin aguas abajo, debido a su proximidad al extremo aguas arriba de la cuenca y al uso de estructuras de detencin pequeas en contraste con las presas grandes normalmente asociadas con la detencin aguas abajo. El concepto de detener la escorrenta y liberarla a una tasa regulada es un principio importante en el manejo de aguas-lluvias. Existen varios mtodos para la detencin de aguas-lluvias, incluyendo el almacenamiento subterrneo, el almacenamiento en embalses y estanques, el almacenamiento en parqueaderos, etc. Varias consideraciones se hayan involucradas en el diseo para la detencin de aguas-lluvias. Estas son: 1. 2. 3. 4. 5. La seleccin de un evento de lluvia de diseo. El volumen de almacenamiento necesario. La tasa de liberacin mxima permitida. Los requerimientos y oportunidades para el control de contaminacin. Los diseos de las estructuras de salida para la liberacin del agua detenida.

Un esquema general de una presa de atenuacin de crecida en corte se da a continuacin.

Desarrollo Dado a la simplicidad y rapidez que brinda el modelo HEC-HMS, se utilizar ste para realizar pre-diseo del embalse de una estructura de detencin. De las consideraciones antes mencionadas: Evento de lluvia de diseo: Se adopta el descrito en la parte 1. El volumen de almacenamiento: Se obtiene a partir de curvas de nivel.

Los datos a ingresar en el modelo son: Cota (m) 83.7 86.9 87.1 87.3 87.5 87.7 87.9 Elevacin (m) 0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 rea (m2) 2100.04 14368.7 42608.7 77369.9 93949.23 142913.4 202267.16

La tasa de liberacin mxima permitida: Se considera un orificio de 1.5 metros de dimetro. Seccin = 1.767 m2. Coeficiente de descarga = 0.69

El esquema del modelo:

Fecha 04-Feb03 04-Feb03 04-Feb03 04-Feb03 04-Feb03 04-Feb03 04-Feb03 04-Feb03 04-Feb03 04-Feb03 04-Feb03 04-Feb03 04-Feb03 04-Feb03

Hora rea (m2) 600 700 800 900 0 0 1 4

Elevacin Entrada (m) (m3/s) 0 0 0.0011 0.0053 0.0144 0.0307 0.0568 0.096 0.1512 0.2237 0.3134 0.4193 0.5405 0.6754 0 0 0.4215 1.2067 2.3382 3.9891 6.1623 9.0843 12.3981 15.7983 19.0758 22.1324 24.99 27.4627

Salida (m3/s) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

07-Feb03 07-Feb03 07-Feb03 07-Feb03 07-Feb03 07-Feb03 07-Feb03 07-Feb03 07-Feb03 07-Feb03 08-Feb03 08-Feb03 08-Feb03 08-Feb03 08-Feb03

1500 13002 3.6651 1600 13104 3.6668 1700 13202 3.6685 1800 13294 3.67 1900 13381 3.6715 2000 13464 3.6729 2100 13542 3.6742 2200 13616 3.6755 2300 13687 3.6767 2400 13754 3.6778 100 200 300 400 500 13817 3.6789 13877 3.6799 13934 3.6809 13987 3.6818 14038 3.6826

38.5265 9.1826 36.9831 9.1853 35.4679 9.1879 34.0625 9.1903 32.7777 9.1927 31.5577 9.1949 30.4012 9.1969 29.2835 9.1989 28.2413 9.2008 27.2617 9.2026 26.3186 9.2042 25.4004 9.2058 24.4979 9.2073 23.659 22.853 9.2088 9.2101

1000 10 1100 21 1200 40 1300 67 1400 106 1500 157 1600 219 1700 294 1800 378 1900 473

04-Feb03 04-Feb03 04-Feb03 04-Feb03 04-Feb03 05-Feb03 05-Feb03 05-Feb03 05-Feb03 05-Feb03 05-Feb03 05-Feb03 05-Feb03 05-Feb03 05-Feb03 05-Feb03 05-Feb03 05-Feb03 05-Feb03 05-Feb03 05-Feb03 05-Feb03 05-Feb03 05-Feb03 05-Feb03 05-Feb03 05-Feb03 05-Feb03 05-Feb03

2000 573 2100 675 2200 780 2300 887 2400 997 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1108 1222 1339 1460 1586 1717 1855 1998 2148

0.8184 0.9647 1.1144 1.2676 1.4238 1.5831 1.7458 1.913 2.086 2.2659 2.4535 2.6493 2.8542 3.0689 3.209 3.2317 3.2556 3.2806 3.3067 3.3338 3.362 3.3912 3.4057 3.414 3.4224 3.4311 3.4398 3.4488 3.4577

29.5439 31.2673 32.7062 33.978 35.0627 36.1802 37.3894 38.807 40.4887 42.3143 44.2513 46.3346 48.5634 50.9289 53.3796 55.8244 58.2423 60.535 62.7604 64.9167 67.0194 69.0141 70.6352 72.1239 73.4673 74.698 75.8194 76.6053 77.2534

1.4062 2.492 3.2468 3.8694 4.4149 4.9088 5.3669 5.8001 6.2165 6.6218 7.0194 7.4119 7.8015 8.1899 8.4337 8.4725 8.5132 8.5556 8.5996 8.6451 8.6921 8.7405 8.7645 8.7781 8.7921 8.8062 8.8207 8.8352 8.85


600 700 800 900

14085 3.6834 14130 3.6842 14172 3.6849 14212 3.6856

22.0727 9.2114 21.3115 9.2126 20.5602 9.2137 19.8971 9.2147 19.2664 9.2157 18.667 9.2167

1000 14249 3.6862 1100 14285 3.6868 1200 14317 3.6874 1300 14348 3.6879 1400 14377 3.6884 1500 14404 3.6888 1600 14429 3.6892 1700 14453 3.6896 1800 14474 3.69 1900 14494 3.6903 2000 14511 3.6906 2100 14528 3.6909 2200 14542 3.6912 2300 14555 3.6914 2400 14567 3.6916 100 200 300 400 500 600 700 800 900 14576 3.6917 14585 3.6919 14592 3.692 14597 3.6921 14601 3.6921 14604 3.6922 14605 3.6922 14606 3.6922 14605 3.6922

18.0907 9.2175 17.5246 9.2184 16.9816 9.2191 16.4508 9.2198 15.9297 9.2205 15.41 9.2211

14.9016 9.2217 14.4202 9.2222 13.9495 9.2227 13.4915 9.2231 13.0444 9.2235 12.6044 9.2238 12.1742 9.2241 11.7488 9.2244 11.326 9.2246

1000 2306 1100 2472 1200 2647 1300 2830 1400 3021 1500 3220 1600 3426 1700 3640 1800 3860 1900 4085 2000 4315 2100 4550 2200 4790 2300 5032 2400 5277

10.9041 9.2248 10.5156 9.225 10.1571 9.2251 9.816 9.492 9.1786 8.8784 8.5914 9.2251 9.2252 9.2252 9.2252 9.2251

1000 14603 3.6922


100 200 300 400 500 600 700 800 900

5524 5773 6023 6274 6524 6773 7021 7267 7511

3.4668 3.476 3.4851 3.4943 3.5035 3.5127 3.5218 3.5308 3.5398 3.5486 3.5574 3.5661 3.5747 3.5831 3.5914 3.5996 3.6035 3.6072 3.6107 3.6142 3.6177 3.621 3.6243 3.6275 3.6306 3.6336 3.6366 3.6395 3.6423

77.78 78.2194 78.4846 78.468 78.3087 77.9918 77.5914 77.0707 76.4422 75.7523 75.028 74.3567 73.5256 72.5778 71.5853 70.5301 69.4583 68.322 67.1285 65.9057 64.7019 63.5041 62.2622 61.0081 59.7374 58.4606 57.1852 55.8072 54.3975

8.8648 8.8797 8.8946 8.9095 8.9244 8.9392 8.954 8.9685 8.983 8.9972 9.0113 9.0252 9.039 9.0525 9.0658 9.0789 9.0851 9.0909 9.0966 9.1021 9.1075 9.1129 9.1181 9.1231 9.1281 9.1329 9.1376 9.1421 9.1466


1100 14600 3.6921 1200 14597 3.6921 1300 14592 3.692 1400 14586 3.6919 1500 14579 3.6918 1600 14572 3.6917 1700 14563 3.6915 1800 14554 3.6914 1900 14544 3.6912 2000 14534 3.691 2100 14522 3.6908 2200 14510 3.6906 2300 14497 3.6904 2400 14483 3.6902 100 200 300 400 500 600 700 800 900 14469 3.6899 14454 3.6897 14439 3.6894 14422 3.6891 14406 3.6888 14388 3.6885 14370 3.6882 14352 3.6879 14333 3.6876

8.3109 8.033 7.7556 7.5017 7.2573 7.022 6.7948 6.5714 6.3556 6.144 5.9348 5.7259 5.5211 5.3339 5.153 4.9794 4.8114 4.6471 4.4886 4.333 4.1789 4.025 3.88 3.7465 3.6187 3.4967 3.3786 3.2645 3.1546

9.225 9.2249 9.2248 9.2247 9.2245 9.2243 9.2241 9.2238 9.2236 9.2233 9.223 9.2226 9.2223 9.2219 9.2216 9.2212 9.2208 9.2203 9.2199 9.2194 9.2189 9.2185 9.218 9.2174 9.2169 9.2164 9.2158 9.2153 9.2147

1000 7753 1100 7992 1200 8228 1300 8462 1400 8692 1500 8919 1600 9142 1700 9361 1800 9577 1900 9788 2000 9995 2100 10197 2200 10395 2300 10588 2400 10777 100 200 300 400 500 10962 11142 11317 11488 11653

1000 14314 3.6873 1100 14294 3.6869 1200 14273 3.6866 1300 14253 3.6863 1400 14231 3.6859 1500 14210 3.6855

07-Feb03 07-Feb03 07-Feb03 07-Feb03 07-Feb03 07-Feb03 07-Feb03 07-Feb03 07-Feb03

600 700 800 900

11813 11968 12118 12262

3.645 3.6476 3.6502 3.6526 3.6549 3.6572 3.6593 3.6613 3.6633

52.9522 51.4799 49.9713 48.3695 46.7349 45.0654 43.3769 41.7153 40.1054

9.1509 9.155 9.159 9.1628 9.1665 9.1701 9.1734 9.1766 9.1797

10-Feb03 10-Feb03 10-Feb03 10-Feb03 10-Feb03 10-Feb03 10-Feb03 10-Feb03 10-Feb03

1600 14188 3.6852 1700 14165 3.6848 1800 14143 3.6844 1900 14119 3.684 2000 14096 3.6836 2100 14072 3.6832 2200 14048 3.6828 2300 14024 3.6824 2400 13999 3.682

3.048 2.9438 2.8403 2.7459 2.6563 2.5707 2.4888 2.409 2.3321

9.2141 9.2135 9.2129 9.2123 9.2117 9.211 9.2104 9.2097 9.2091

1000 12400 1100 12532 1200 12659 1300 12779 1400 12893

Si ampliamos el rango de tiempo, para poder analizar la descarga del embalse; por ejemplo analizamos desde el 04/02/03 al 02/03/03 obtenemos la siguiente grfica:

La mxima altura que alcanza el embalse es de 3.699 mts el da 9 de febrero (ver en tablas anteriores). Luego, a partir de las curvas de nivel se obtiene la extensin que tendr la estructura de cierre.

La cota que alcanzara el agua es = 83.75 mts + 3.699mts = 87.45 mts. (Nota: Se debera tener en cuenta tambin una altura adicional por los efectos del oleaje y una revancha. Las dimensiones estn en funcin del material que se piensa utilizar para la construccin. Lo dicho excede el alcance de esta monografa). Otro Caso Si ahora analizamos el comportamiento del reservorio para un orificio de 2 metros de dimetro, y un coeficiente de descarga de 0.69; encontramos:

De esta forma podemos ir encontrando distintos modelos, con distintas alternativas para un determinado problema; y optar por el ms conveniente. Evidentemente antes de tomar cualquier decisin se debe realizar un anlisis de beneficios vs. costos de algunas posibilidades.

Conclusin Con el fin de concluir me gustara aclarar que si bien la monografa se hizo con datos reales, tiene solo por objeto establecer una metodologa de trabajo. Bajo ningn concepto los resultados finales deben tomarse como vlidos. Sin embargo queda abierta para una futura ampliacin, donde evidentemente con una mayor profundidad en las investigaciones y aplicando la misma metodologa de trabajo se podra llegar a obtener un proyecto final de la obra de "atenuacin de crecidas" ( u obra de detencin de aguas). Agradezco la ayuda del Ing. Marco Boidi de la Secretara de Obras y Servicios Pblicos de la Municipalidad de Rafaela; sin su ayuda no podra haber realizado esta monografa. BIBLIOGRAFA 1)- Chow, V.T., Maidment, D.R., Mays, L.: Hidrologia aplicada. Mc Graw Hill Interamericana S.A. Colombia 1994. 2)-Bolinaga Juan J.: Drenaje Urbano. Caracas 1979 3)-Universidad Nacional de Rosario, Escuela de Ingeniera Civil.: Apuntes Ctedra Hidrologa e Hidrulica Aplicada. 4)-Boidi, M; Ferraro, G; Seravalle, G.: Rectificacin Parcial Canal Las Calaveras. Secretara de Obras y Servicios Pblicos, Municipalidad de Rafaela, Santa Fe. Diciembre 2003. 5)-Novak, Moffat, Nalluri, Narayanan: Estructuras Hidrulicas. Mc Graw Hill Interamericana S.A. Colombia 2001. . AUTOR: Mauricio Tonda Estudiantes de 4to ao de Ingeniera Civil. Universidad Catlica de Crdoba. Facultad de Ingeniera Civil. Los Anexos no han sido enviados; si est interesado en los anexos o por cualquier consulta conctese va mail. [email protected]

Estudio Hidrológico de Cuenca

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