ESTUDIO HIDROLÓGICO

INDUSTRIA ALMESA, CHINANDEGA NICARAGUA.

Chinandega, Nicaragua. Mayo de 2012.

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1. Análisis de frecuencia de cada estación.

El número de años que en promedio, se presenta un evento se llama período de retorno, intervalo de recurrencia o simplemente frecuencia y se acostumbra a denotarlo por la letra T. Así por ejemplo, el periodo de retorno de la precipitación máxima en 24 horas de 500 mm es de 25 años, cuando en promedio, se presenta una precipitación de esa magnitud o mayor una vez cada 25 años.

Usualmente, cuando se tienen datos de un cierto periodo, y se desea aplicar algún método estadístico para extrapolar dichos datos a periodos de retorno mayores al de las mediciones, es necesario asignar un valor de T a cada dato registrado.

Conviene usar la siguiente expresión para asignar periodos de retorno a una serie de datos:

T = (n+1)/m

Donde:

T: periodo de retorno.

m: número de orden.

n: número total de observaciones.

A continuación se muestra una tabla con las presipitaciones máximas anuales de la Ciudad de Chinandega desarrollado por el INETER y al final el ajuste de Gumbel para calcular la curva IDF ajustada y con cuyos datos se diseñan los canales de Almesa (TIP-TOP). En la sub siguiente pagina se muestra la curva IDF ajustada.

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Intensidades maximas anuales(mm)

Estacion Chinandega Latitud 12º 38' 00"Codigo 64018 Longitud 87º 08' 00"Periodo 1972-2004 Elevacion 60,00 msnm

Tipo HMP

Años Duraciones (Min) 5 10 15 30 60 120 3601971 179,9 142,60 123,20 91,50 65,3 41,7 19,41972 114,6 104,60 98,00 62,40 34,50 23,30 12,601973 152,3 133,40 104,00 82,60 54 31,7 10,91974 190,1 158,30 130,50 78,40 55,6 39,2 24,61975 189,1 156,80 132,80 76,80 58,2 26,3 6,51976 123,6 91,80 88,80 73,60 72 47 16,11977 146,4 123,00 100,80 69,40 53,6 37,4 16,71978 182,4 147,00 120,00 90,00 48,3 24,2 12,21979 207,6 153,00 120,00 86,80 71,8 52,6 21,21980 170,4 132,00 116,80 100,00 69,4 31,8 16,81981 199,2 178,80 158,80 133,00 87,8 31,8 15,31982 262,8 223,20 199,20 162,80 158,1 141,6 811983 240 180,00 160,00 120,00 76,4 41,5 6,51984 164,4 132,00 120,00 100,00 80 47,2 22,51985 242,4 181,20 148,80 105,00 74 62,3 34,91986 172,8 116,60 108,40 66,40 35,9 18,4 111987 206,4 134,40 117,60 78,20 45 24,8 81988 194,4 115,20 103,20 76,60 54 16,9 10,91989 232,8 184,20 148,00 99,60 85,9 48,6 14,51990 159,6 133,80 118,40 78,60 40,7 34,9 7,41991 156 156,00 156,00 121,60 92 56,8 21,11992 162 116,40 104,00 63,00 44,8 31,6 3,31993 132 97,80 76,00 63,00 60 34,6 18,81994 168 129,60 108,60 66,00 40,8 21,5 15,21995 216 166,20 132,00 115,00 75 53 25,11996 122,4 119,40 103,60 85,40 53 43,9 22,41997 157,2 156,00 121,20 84,00 43,3 26,8 15,71998 120 112,20 104,40 66,20 40,4 29,7 16,51999 168 133,80 121,20 84,60 58,6 41,3 16,52000 212,14 174,60 154,80 107,40 65,7 26,1 9,92001 168 150,00 119,60 110,20 78,4 41,8 23,92002 170,4 144,00 114,40 84,60 63,5 47,9 11,82003 154,8 135,00 120,00 92,80 56,8 29,8 8,12004 123,8 101,40 100,00 73,60 53,8 32,4 11,32005 169,2 123,00 104,40 98,20 71,4 45,3 24,12006 142,8 135,80 122,00 84,80 65 33,2 3,5

Suma 6273,94 5073,10 4379,50 3232,10 2283 1418,9 616,2n 28 28 28 28 28 28 28

Xmedia 224,07 181,18 156,41 115,43 81,54 50,68 22,01Desviacion(S) 39,16 30,14 25,77 24,09 24,87 23,20 14,09

0,0328 0,0426 0,0498 0,0532 0,0516 0,0553 0,0910 206,45 167,62 144,81 104,59 70,34 40,23 15,67

Periodo de retorno en añosDuraciones en min. 2 5 10 20 50 100

5 217,64 252,24 275,15 297,13 325,58 346,8910 176,23 202,86 220,50 237,41 259,30 275,7115 152,18 174,95 190,03 204,49 223,21 237,2330 111,48 132,76 146,85 160,37 177,87 190,9860 77,45 99,43 113,99 127,95 146,02 159,56120 46,86 67,37 80,94 93,96 110,81 123,44360 19,69 32,14 40,38 48,29 58,52 66,19

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2. Determinación de la precipitación más probable.

Algunas veces en los sistemas de conservación, es necesario realizar obras de almacenamiento; por lo tanto, se requiere conocer con cierto grado de certeza el volumen de precipitación en el próximo ciclo de lluvia y así planear el uso de ese recurso.

Para lograr lo anterior se podría considerar, la precipitación media del área, lo cual tendría cierto grado de aproximación, pero si se quiere una mayor precisión, es conveniente calcular la probabilidad de lluvia esperada o la precipitación máxima probable.

Para calcular la lluvia esperada se consideran los valores de la lluvia obtenidos en una estación meteorológica durante varios años de registro (a nivel diario, mensual o anual), los cuales se ordenan de mayor a menor y se establece la probabilidad de ocurrencia, según la siguiente fórmula:

Pe(X > Xm) = m/(n + 1)*100

Donde:

Pe: probabilidad empírica de ocurrencia, en %

m: número de orden.

n: número total de observaciones.

3. Estimación del coeficiente de escorrentía.

El Coeficiente de Escorrentía es la relación entre el agua que corre sobre la superficie del suelo y el total de agua que precipita. Este coeficiente depende del estado inicial del suelo de la cuenca. En general, el volumen de agua que escurre nunca es igual al que ha precipitado. Sin embargo, para estudios hidrológicos se asume un valor normalmente conservador, pero no arbitrario.

Se obtiene el valor del coeficiente de escurrimiento (C) de acuerdo a las características de las cuencas y al uso del suelo. Cuando la cuenca o área de drenaje presenta diferentes tipos de suelos, vegetación y pendiente media, el coeficiente de escurrimiento (C), se obtendrá para cada área parcial y posteriormente se calculará el promedio ponderado de C.

Los escurrimientos máximos en pequeñas cuencas o áreas de drenaje pueden estimarse mediante dos procedimientos:

a) Método racional

b) Método racional modificado

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El método racional presenta dos alternativas de solución, de acuerdo con la información disponible:

1) Cuando existen datos pluviográficos de una estación dentro o cercana al área en estudio, se puede utilizar el método racional propiamente dicho.

2) Cuando no existen datos pluviográficos, se pude utilizar el método racional modificado con la variante de considerar la lluvia máxima en 24 horas, en lugar de los datos de intensidad de la lluvia.

a) Método racional:

Este método requiere de datos pluviográficos para obtener escurrimientos máximos en una cuenca pequeña y se basa en la aplicación de la siguiente fórmula:

Q = 0.028*C*I*A

Donde

Q = Escurrimiento máximo m3/seg.

C = Coeficiente de escurrimiento, que varia de 0.1 – 1.0 de acuerdo con las características propias de la cuenca.

I = Intensidad de la lluvia para una frecuencia o período de retorno dado. Este valor se expresa en cm/hora.

A = Área de la cuenca en ha.

0.028 = constante numérica resultante de las unidades en que se expresan las variables.

Valores de coeficientes de escurrimientos C para el cálculo de los Escurrimientos.

USO DEL SUELO Us

Vegetación densa, bosques, cafetales con sombras, pastos.

0.04

Malezas, arbustos, solar baldío, cultivos perennes, parques, cementerios, campos deportivos.

0.06

Sin vegetación o con cultivos anuales. 0.10

Zonas suburbanas (viviendas, negocios). 0.20

Casco Urbano y zonas industriales 0.30 – 0.50

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TIPO DE SUELO Ts

Permeable (Terreno arenoso, ceniza volcánica, pómez)

1.00

Semipermeable (terreno arcilloso – arenoso) 1.25

Impermeable (terreno arcilloso, limoso, marga) 1.50

PENDIENTE DEL TERRENO Pt

0.0 – 3.0 1.00

3.1 – 5.0 1.50

5.1 – 10.0 2.00

10.1 – 20.0 2.50

20.1 y mayores 3.00

C = Us * Ts * Pt

Considerando las condiciones siguientes para la zona:

Uso del suelo: Zona industrial (Us = 0.45).

Tipo de Suelo: Semipermeable (Ts = 1.25).

Pendiente del Terreno: 0.0 – 3.0 (Pt = 1.00).

Coeficiente de Escorrentía: C = 0.56

4. Elaboración de las isoyetas para cada sitio.

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Este método consiste en trazar curvas de igual precipitación (isoyetas) para un período determinado en el área de estudio. Una vez trazadas las isoyetas se calculan las áreas entre líneas limítrofes, y cada una de ellas se multiplica por el promedio de precipitación del área correspondiente.

Se aplica la siguiente fórmula:

Pm=∑ (ai∗I i )∑ a i

Donde:

ai = Área entre dos isoyetas consecutivas del polígono.

Ii = Precipitación media entre dos isoyetas consecutivas del polígono, que encierran ai.

Así, tomando en cuenta los valores de precipitación media anual para las estaciones meteorológicas próximas a la zona de estudio, se trazan las isoyetas.

Estación Meteorológica. Precipitación Media Anual.Chinandega 1900 mmChichigalpa 1800 mm

El Viejo 1800 mmEl Realejo 1850 mm

Corinto 1800 mmVilla 15 de Julio 1400 mm

Poneloya 1600 mmLeón 1500 mm

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Sub-Cuenca Área (km2) Intensidad (mm) Ai*Ii

10.0009064047 1843.87 1.6713

0.0078007342 1844.95 14.3920

2

0.0010899592 1845.93 2.0120

0.0081364035 1846.80 15.0263

0.0002037501 1848.15 0.3766

30.0010815005 1847.60 1.9982

0.0034962366 1849.80 11.2062

4 0.0001400268 1847.90 0.2588

8

0.0060580601 1849.72 11.2057

0.0101719532 1850.87 18.827

0.0077671248 1852.93 14.3919

0.0002155396 1854.20 0.3996

5

0.0026237271 1849.12 4.8516

0.0065376073 1850.91 12.1005

0.0012654125 1852.80 2.3446

6

0.0019947616 1851.57 3.6934

0.0115743052 1853.11 21.4485

0.0017262141 1854.20 3.2008

7

0.0004714058 1853.89 0.8739

0.0066136294 1855.98 12.2748

0.0001354446 1856.08 0.2514

80.0018379044 1853.43 3.4064

0.0014401481 1854.28 2.6704

Pm1=16.06330.0087

Pm1=1844.84mm

Pm2=17.41490.00943

Pm2=1846.73mm

Pm3=13.20440.0071

Pm3=1849.47mm

Pm4=45.08300.0246

Pm4=1851.25mm

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Pm5=19.29670.0104

Pm5=1850.69mm

Pm6=28.34260.0153

Pm6=1853.03mm

Pm7=13.40000.0072

Pm7=1855.85mm

Pm8=6.07690.0033

Pm8=1853.80mm

Pm=1850.71mm