7/26/2019 Metodologa hidrologia

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1 ESTUDIO HIDROMTRICO DE RUTAS DE DERRAME

La elaboracin del estudio hidromtrico est basada en la aplicacin demtodos estadsticos, hidrolgicos, e hidrulicos, reconocidos en la literaturatcnica y en la prctica profesional de los estudios de recursos hdricos; en su

desarrollo se emplea informacin hidrolgica ocial recopilada por IDE!,informacin topogrca "DE! #!odelos de ele$acin digital% suministrados porEcopetrol, e informacin complementaria de la &'()

El procedimiento general incluye las siguientes acti$idades*

() nlisis morfomtrico de cuencas+) btencin y anlisis estadstico de informacin de caudales-) btencin y anlisis estadstico de informacin de llu$ias).) Estimacin de caudales en puntos de control/) Estimacin de tiempos de $ia0e desde cruces hasta puntos de control1) nlisis del desgaste o e$olucin del crudo derramado, a lo largo de

la ruta de derrame

1.1 ANLISIS MORFOMTRICO DE CUENCAS

El ob0eti$o del estudio morfomtrico es establecer la relacin espacial de lospuntos de control, las rutas de derrame, las bocatomas y las estacioneshidroclimatolgicas e2istentes en el rea de estudio mediante lacaracteri3acin paramtrica de las cuencas aferentes a cada uno"a% de ello"a%s;especial utilidad tiene el estudio en el establecimiento de caudales en cauces

no instrumentados en el sistema de informacin hidrolgico del IDE!)Desde el punto de $ista hidrolgico la metodologa propuesta est basada enla utili3acin del mtodo de generacin de caudales a partir de la escorrenta"llu$ias% establecido en (444 por el 'oil 5onser$ation 'er$ice de los Estados6nidos)

1.1.1 Esquema topolgico de las cuencas

7ara los puntos de control, la denicin topolgica de las cuencas se reali3a deaguas aba0o hacia aguas arriba, iniciando en un punto de control hasta incluirtodos los a8uentes 9ue cru3an el ducto) 7ara un determinado punto de controlpuedan generarse nrutas de derrame correspondientes al n:mero de cruces

de cauces 9ue conforman la red de drena0e en el 9ue se encuentra el punto decontrol) En la igura (se presenta un es9uema representati$o de la denicintopolgica de la cuenca de una ruta de derrame)

( 'DE! ? &') http*@@asterAeb)0pl)nasa)go$@

http://asterweb.jpl.nasa.gov/http://asterweb.jpl.nasa.gov/

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Figura 1. Esquema de topologa de rutas de derrame

Fuente: 575 ')) "+B(1%

En el es9uema se obser$a 9ue al punto de control identicado con el n:mero 1,llegan tres rutas de derrame originadas en los cruces (, + y -, cuyos recorridosson los siguientes*

=uta (* ( # . # / # 1=uta +* + # . ? / ? 1=uta -* - # / # 1

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control, y cuya informacin debe ser transpuesta a las cuencas menoresasociadas a los puntos de control utili3ando anlisis regional de caudales)

1.1.2 Parmetros morfomtricos

7ara cada una de las cuencas denidas se establecen cartogrcamente lossiguientes parmetros*

rea de la cuenca longitud de la corriente principal de la cuenca, pendiente promedio de la cuenca) pendiente del cauce principal

El tra3ado y clculo del rea, longitud y pendiente promedio de cada cuencaaportante se reali3a digitalmente sobre la cartografa disponible en rc>I', conlo cual se logra mayor claridad y precisin en la denicin de las reasaferentes y sus parmetros asociados)

1.1.3 Parmetros hidrolgicos de la cuenca

Los parmetros hidrolgicos utili3ados para cada cuenca "o para cada parte deella% son el factor de escorrenta y el tiempo de concentracin) 5omo se anotanteriormente, estos $alores son calculados con base en las deniciones 9uepara ellos propone el mtodo del &5=' citado)

El factor de escorrenta denominado 5& o n:mero de cur$a "5ur$e &umber%

permite establecer una relacin entre la llu$ia cada, la inltracin y laescorrenta, a partir de datos generales de cobertura $egetal y tipologaedafolgica para cada cuenca o parte de ella, utili3ando tablas contenidas en laliteratura tcnica de presentacin del mtodo)

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El segundo parmetro hidrolgico utili3ado es el tiempo de concentracin de lacuenca, denido como el tiempo mnimo necesario para 9ue toda la cuencaaporte agua de escorrenta hacia el punto de salida debido a un e$entohidrolgico "5hoA, !aidment, !ays, (44%, situacin 9ue determina el

caudal m2imo producido por el aguacero o la precipitacin cada en la cuenca)5on el ob0eto de lograr consistencia metodolgica, se utili3a en este estudio laecuacin del mtodo '5' para el clculo del tiempo de concentracin cuyaforma es*

tc=

10

6L

0.8(254022.86CN)0.7

14104CN0.7S0.5

F(G

dnde*tc es el tiempo de concentracin "horas%)

Les la longitud del cauce principal "metros%)S es la pendiente promedio de la cuenca "m@m%)CNes el n:mero de cur$a del '5')

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5omo se obser$a en la ecuacin anterior, el tiempo de concentracin es unparmetro hidrolgico 9ue representa bien la capacidad de produccin deescorrenta de una cuenca a partir de datos de tamaHo "L% y pendiente "'%, y deinformacin de suelos y cobertura incluida en el parmetro 5&)

1.2 ANALISIS ESTADISTICO DE INFORMACION HIDROLOGICA

La informacin hidrolgica disponible en el rea de estudio "departamento de5asanare entre !an y !onterrey% y correspondiente :nicamente a las cuencasde los ros 5usiana y 222222 se presenta en la siguiente tabla)

Tabla 1. Coefcientes para la ecuacin sinttica de intensidad-Regionalrinoquia

3

5omo se anot anteriormente, no e2iste informacin directa de caudales paralas corrientes 9ue forman las rutas de derrame del oleoducto 'antiago # El7or$enir, de manera 9ue la informacin de las cuencas instrumentadas"cuencas pi$otes% debe ser transpuesta o aplicada a las cuencas noinstrumentadas mediante el e0ercicio hidrolgico conocido como anlisisregional de caudales)

1.2.1 Caudales extremos

5on el ob0eto de determinar caudales m2imos con perodos de retorno +, /,(B, +B, +/, /B y (BB aHos en cada uno de los puntos de control se anali3aroninicialmente los caudales de las cuencas pi$otes, utili3ando una ho0a de clculo9ue permite a0ustar los datos registrados a funciones de distribucin deprobabilidad, y seleccionar la distribucin de frecuencia con me0or a0ustemediante la prueba de independencia de 5hi ? cuadrado "J+%, representati$ade la bondad del a0uste) La herramienta reali3a el a0uste con distribucionesde >umbel, 7earson y log 7earson tipo III, cuya descripcin detallada puedeencontrarse en la literatura tcnica)

La transposicin de caudales e2tremos a los sitios de los puntos de control se

reali3ar

1 Caudales medios y mnimos

1.3 ANALISIS ESTADISTICO DE INFORMACION PLUVIOMETRICA

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La informacin de llu$ias uti3ada en esta metodologa corresponde alasestaciones mostradas en la siguiente tabla)

Tabla !. Coefcientes para la ecuacin sinttica de intensidad-Regionalrinoquia

3

El ob0eto del anlisis plu$iomtrico es obtener los $alores de llu$ia diaria "+.horas% con diferentes perodos de retorno para cada una de las estacionesidenticadas, y para cada una de los sitios donde se re9uiere calcular caudalm2imo utili3ando la metodologa presentada)

La intensidad de la llu$ia para diferentes periodos de retorno se calcula pormedio de las K5ur$as sintticas regionali3adas de Intensidad?Duracin?recuencia para 5olombia "M=>' !)=), DNO?>=&D' )!%) Estas cur$asutili3an la siguiente ecuacin

i=aT

bM

d

( t60 )c F/G

Dnde*ies la intensidad de precipitacin "mm@h%)Tes el periodo de retorno "aHos%)M es la precipitacin m2ima promedio anual en +. horas a ni$el

multianual "mm%)Tes la duracin de la llu$ia "min%)a,b,c y d son coecientes regionales y se describen en la Error*

=eference source not found)

Tabla ". Coefcientes para la ecuacin sinttica de intensidad-Regionalrinoquia

Coefciente #alor

a /)/b B)+c B)1d B).

Fuente:M=>' !)=), DNO?>=&D' )!

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5on la ayuda de estas cur$as y contando con la precipitacin diaria "+. horas%con diferentes periodos de retorno es posible calcular la intensidad paraduraciones iguales al tiempo de concentracin, parmetro necesario paracalculara caudales m2imos de diferentes frecuencias como se presenta ensiguiente apartado)

1.4 ESTIMACIN DE CAUDALES MAXIMOS

7ara determinar los caudales m2imos de diferentes frecuencias de ocurrenciase utili3a el modelo llu$ia? escorrenta del '5', ba0o el supuesto de 9ue llu$iasde determinada frecuencia producen caudales de frecuencia similar)

El mtodo de carcter emprico "basado en obser$aciones% se estructura apartir de la denicin de la abstraccin inicial Ia9ue corresponde a la cantidadde agua perdida por inltracin y por retencin de la $egetacin antes de 9uese inicie la escorrenta; el mtodo dene Iacomo un porcenta0e del $alor de lam2ima retencin alcan3able por el suelo ', cuyo $alor es una funcin delsuelo, la cobertura $egetal y la condicin hidrolgica presente incluidos en el

parmetro 5& descrito anteriormente en el numeral ()()-)

El $alor de la m2ima retencin ', se calcula mediante la ecuacin

S (mm) =25400

CN 254

El $alor de la abstraccin inicial en el mtodo original corresponde al $einte porciento del $alor m2imo es decir,

Ia(mm) = 0.20S

EL $olumen de escorrenta M "mm% tambin llamado o e9ui$alente a laprecipitacin efecti$a 7e se asocia con una precipitacin 7 cada en un tiempoigual o mayor al tiempo de concentracin de la cuenca mediante la ecuacin

V=Pe(mm)=[P0.2( 25400CN 254)]

2

P+0.8( 25400CN 254)

5ontando con los $alores de precipitacin 7 y 5& calculamos entonces el$olumen de precipitacin, y procedemos a con$ertir ese $olumen en caudalhaciendo uso del concepto terico del hidrograma triangular contenido enelmtodo de llu$ia ? escorrenta del '5' presentado a continuacin)

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7ara con$ertir el $olumen de escorrenta en hidrograma de caudales "desarrollode la creciente% el '5' asume 9ue s@y del $olumen ocurre en la parteascendente del hidrograma hasta alcan3ar el caudal pico) Esta suposicinpuede e2presarse como un hidrograma triangular mostrado en la siguientegura, en el cual la escorrenta es producida por un aguacero cuya duracinefecti$a es el tiempo de concentracin de la cuenca

En la cual se cumplen las siguientes relaciones entre el tiempo y el caudal*

D P duracin efecti$a de llu$ia P

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5on la precipitacin 7 en milmetros, Rrea en hectreas y tiempo deconcentracin

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"7+.%ni precipitacin media "o mnima% en mm para cuenca noinstrumentada

5&ni n:mero de cur$a en cuenca no instrumentada Mni $olumen de escorrenta en mm, por llu$ia de +. horas en

cuenca no instrumentada

7rocedemos a calcular el caudal medio "o mnimo% en la cuenca noinstrumentada como

Q=

Qp[ AAp]0.65

V

VP

bsr$ese 9ue al incluir el $olumen de escorrenta M se est incluyendo ela0uste por precipitacin normalmente incluido en los anlisis refgionales decaudales, me0orando la bondad del a0uste al incluir el componente deinltracin asociado con el $alor del 5&)

El e2ponente Kn igual B)1/ utili3ado en la relacin de reas fue deri$ado paralas cuencas pi$ote a partir de la informacin mostrad en la siguiente tabla

Cuenca Estacin $rea %&m!' Caudal medio%m"(s'

n

6pa 5eibal 14)/ 1Q B)1/6pa =e$entonera 4-Q). Q. B)1-5usiana !ani --1+)Q +-Q B)1Q

)ibliogra*a

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5hoA, M)