Ing: Giovene Prez CampomanesHuaraz, 01 de marzo del 2015

CONTENIDO*Marco terico.

Manejo del software Hidroesta.

Desarrollo de un ejemplo de aplicacin.

Evaluacin.

Conclusiones finales

Fin de la conferencia.

1. INTRODUCCION*A travs de esta conferencia, dar una breve explicacin de los conceptos mas importantes para el desarrollo del tema, como disponibilidad de agua, ciclo hidrolgico, cambio climtico, calculo de las demanda de abastecimiento, recopilacin de la informacin de datos en el campo, caractersticas importantes anlisis de la calidad del agua, y el modelamiento de cuencas: HEC- HMS.

A continuacin realizare una breve explicacin sobre el manejo del software Hidroesta, y desarrollaremos ejemplos de aplicacin; concluyendo con una evaluacin de la sesin de aprendizaje.

2. MARCO TEORICO

2.1 Disponibilidad de aguaLa disponibilidad de agua en el mundo se ha reducido a la mitad en los ltimos treinta aos.Un 70% de la superficie de la tierra es agua, pero la mayor parte de sta es ocenica. En volumen, slo 3% de toda el agua del mundo es agua dulce, y en su mayor parte no se halla generalmente disponible (39, 57).Unas tres cuartas partes de toda el agua dulce se halla inaccesible, en forma de casquetes de hielo y glaciares situados en zonas polares muy alejadas de la mayor parte de los centros de poblacin; slo un 1% es agua dulce superficial fcilmente accesible.

sta es primordialmente el agua que se encuentra en los lagos y ros y a poca profundidad en el suelo, de donde puede extraerse sin mayor costo. Slo esa cantidad de agua se renueva habitualmente con la lluvia y las nevadas y es, por tanto, un recurso sostenible.

Mientras que el agua cada vez es ms escasa, la poblacin sigue aumentando

AUTORIDAD NACIONAL DEL AGUADIRECCIN DE CONSERVACIN Y PLANEAMIENTO DE RECURSOS HDRICOS DCPRHDisponibilidad de agua en el Per 17% PBI1.8%97.7%0.5%65%80% PBI30%5%3% PBI

VERTIENTEDISPONIBILIDADPOBLACIONPBIPACIFICO1.8%65%80%ATLANTICO97.7%30%17%TITICACA0.5%5%3%

Caracterizacin de las Disponibilidades por habitante/Ao

Disponibilidad Hdrica Per Cpita m3/hab/aoDISPONIBILIDAD HDRICA PER CPITA (m3/hab/ao)DISPONIBILIDAD HDRICA PER CPITA (m3/hab/ao)UNIVERSIDAD CESAR VALLEJOFACULTAD DE INGENIERIA

Disponibilidades al 75% de persistencia por cuencasUNIVERSIDAD CESAR VALLEJOFACULTAD DE INGENIERIA

Demandas atendidas por cuencasUNIVERSIDAD CESAR VALLEJOFACULTAD DE INGENIERIA

2.2 Ciclo hidrolgico

*EvapotranspiracinEvaporacinFormacin de nubesLluviaEscorrentaInfiltracin al agua subterrneaUsada por las plantasBombeo de agua subterrnea a travs de un pozoCiclo del agua

*Circulacin del agua en cualquiera de sus estados fsicos (lquido, slido o gaseoso).Conjunto de procesos que ocurren en forma continua, no tiene principio ni fin.Sol es fuente de energa.Ciclo hidrolgicoEcuacin del ciclo hidrolgico: Precipitacin = escurrimiento + infiltracin + evaporacin + transpiracin + almacenaje

*PrecipitacinInfiltracinFlujo superficialFlujo subterrneoDivisoria de aguasIntercepcinCiclo hidrolgico en cuencaEvapotranspiracinInterflujoNivel freticoDivisoria de aguasRoAgua subterrneaAgua subterrneaNivel freticoInterflujo

Precipitacin

*Hombre intenta adaptar o modificar ciclo hidrolgico para hacerlo ms til a sus necesidades. Ejemplos: Lluvia artificial, desalinizacin del agua de mar o construccin de embalses para controlar flujo de ros. Ciclo del agua puede ser modificado por hombre?

Kravk describe el ciclo hidrolgico de una gota de agua. Se evapora de una planta, de la superficie terrestre, de un pantano, de un ro, de un lago o del mar para acabar volviendo a la tierra en forma de precipitacin. Si la gota de agua vuelve a caer en un bosque, lago, hierba, prado o campo, puede cooperar con la naturaleza, para iniciar un nuevo ciclo hidrolgico. "El derecho de domicilio de una gota forma parte de los derechos fundamentales, y es un derecho infinitamente ms importante que los derechos humanos", afirma Kravk.

2.3 CAMBIO CLIMATICO

Fenmeno observado en las medidas de la temperatura que muestra en promedio un aumento en la temperatura de la atmsfera terrestre y de los ocanos en las ltimas dcadas.

Laconvencion marco de las naciones unidas, sobre el cambio climatico; usa el trmino cambio climtico solo para referirse al cambio por causas humanas:

Por "cambio climtico" se entiende un cambio de clima atribuido directa o indirectamente a la actividad humana que altera la composicin de la atmsfera mundial y que se suma a la variabilidad natural del clima observada durante perodos comparables. Artculo 1, prrafo 2

El calentamiento ocurre por el efecto invernadero, debido a que la luz solar penetra desde el espacio exterior, choca contra la superficie del planeta, se convierte en calor y luego es irradiada de regreso hacia el espacio exterior.

QUE ES LO QUE OBSERVAN AQU?

2.4 Demanda de sistemas de abastecimiento

2.4 Demanda de sistemas de abastecimiento.Para el calculo de la demanda de agua se requiere analizar cuatro variables que son: Periodo de diseo Poblacin actual y futura Dotacin de agua Calculo de caudales

Segn DIGESA.

Debe entenderse que para todos los casos la red de tuberas debe disearse para 20 aos

SistemasPeriodo de retorno( aos)Gravedad20(*)Bombeo10Tratamiento10

Poblacin actual y futuraSe obtendr de las autoridades locales, relacionando con los censos y con el conteo de viviendas.

La poblacin futura se obtendr de la siguiente manera:

de donde:Pf= poblacin futuraPa=Poblacion actualr=tasa de crecimiento anual por milt=numero de aos

Ejemplo:Datos:Pa: 5000R : 25 por milT : 20 aos

Dotacin de agua: se expresa en litros por persona al da(lppd) y DIGESA recomienda para el medio rural, los siguientes parmetros:

ZonaModulo (lppd)Sierra50Costa60Selva70

La OMS recomienda los parmetros siguientes:

PoblacinClimaFrioCalidoRural1001002000-1000012015010000-5000015020050000200250

En el fondo Per- Alemania, se ha considerado las dotaciones siguientes:

Tipo de proyectoDotacion(lppd)Agua potable domiciliaria con alcantarillado100Agua potable domiciliaria con letrinas50Agua potable con piletas30

La tendencia a mediano plazo es que las letrinas cambien a alcantarillado y las piletas a instalaciones domiciliarias, se recomienda disear con instalaciones a futuro con dotaciones de 100 lppd.

Planta de Tratamiento de la Mora

Caudales de diseo:Los parmetros para un proyecto de agua potable son los siguientes:Caudal medio diario (Qm)Caudal mximo diario (Qmax.d)Caudal mximo horario(Qmax.h)

Para el calculo se recomienda las relaciones siguientes:

Qmax d=1.3 QmQmax h=2.0 Qm

Aplicacin:Datos:Modulo: 100 lppdPoblacin: 2000 habitantes

Qmax d=1.3*2.31=3.0 l/sQmax h=2.0*2.31=4.62 l/s

El caudal Q Max d, servir para el diseo de la captacin y lnea de conduccin y reservorio.En Q mx. h, para el diseo del aductor y sistema de distribucin.En caso se pueda y decida captar el caudal mximo horario, se puede prescindir del reservorio en el sistema.

2.5 Medicin de las variables hidrolgicas:

2.5.1Medida de la precipitacin:

Se puede medir a travs de:

Pluvimetros y pluvigrafos. Rdares y satlites. Anlisis del manto de nieve. Condensaciones ocultas.

2.5.1 Caracterizacin de las precipitaciones:

AlturaDuracin e intensidadFrecuenciaPeriodo de retorno

Las principales fuentes de error que surgen al usar instrumentos para evaluar la precipitacin de una cuenca son:

Deficiencias en el instrumento.Falta de representatividad o exposicin de la estacin en la cuenca.Redes de estaciones planeadas pobre o insuficientemente.

Precipitacin promedio en una cuenca:

Mtodo de la media aritmtica. Mtodo de Thiessen. Mtodo de las isoyetas.

Media AritmeticaIsoyetasThiessen

Toma de datos en campo Rio santa

Rio Casma

Rio Viru

Estacin de condorcerro

ESTACION CONDORCERRO

Ao Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic 1956166.1216.1356.3366105.764.445.245.946.171.566.974.61957116.7139.5295.3538.8135.195.959.853.5638766.9119.71958191.1206.5274.1245.383.960.859.260.274.297.2109.5125.71959140.7247418.2304.9152.564.251.252.946.382.286170.11960245.5330.6371.1264.7129.672.550.950.649.964.496.4114.51961252.9209357.1324.611765.342.440.438.851.9104.7179.41962360.5520.3471.5284.1106.270.450.947.553.854.577.684.61963160.4200.7456.8361.4111.758.346.644.450.663.9128.12261964183.4234.8298.7269.3127.562.752.749.144.373.1104.375.71965101.4162.1361.1191.7107.558.446.545.364.596.5102.7144.71966239.8214.8182.1129.997.361.164.362.868115.5125.91251967198.4512.8469.6165.4101.572.760.449.250.1122105.3113.61968134.2141.5198.5105.260.646.641.539.749.778.487951969108.7142.1280.1296.49664.547.745.749.281.9108.8239.41970403.2193.7236.3224.1188.769.168.167.264.974.1110.5138.11971112.7245.5345.4379.5110.67163.663.148.885.984.7154.21972173.2262.4339345.4161.878.767.860.260.670.893.5135.51973220.6295.8403.2415.415984.96961.372131.7164.3202.41974302409.4337.7254.110076.457.951.550.169.283.196.91975178.2306506.4257.8168.987.161.456.264.992.59887.31976232.6305352.1196.373.96448.443.746.268.275.585.91977159.7424.5330.7186.793.868.75253.253.966.7113.71271978122.1223.2173.9140.7113.964.153.242.865.966.8100.2118.41979125.8248.5505.3231.3102.163.151.650.661.773.9100.8113.31980128.8142.3129.513072.264.750.754.172.4108.7138.9238.61981159.4477.1394177.786.766.954.747.644.489.61711951982175.8350.2190192.897.765.548.94348.7107.1181.8257.11983341.4202.6386.1330.8153.589.563.853.45470.594.3176.91984137.4711600346.4171.393.558.64545.1106.778.81441985142.5158.5172.5174.583.546.735.334.452.253.262.789.81986174.3165.6198.2269.2105.954.640.838.239.75783131.6

Tratamiento de la informacinAnlisis de saltos. Los saltos son formas determinsticas transitorias que permiten a una serie hidrolgica peridica pasar desde un estado a otro, como respuesta a cambios hechos por el hombre debido al continuo aprovechamiento de los recursos hdricos en la cuenca o a cambios naturales continuos que puedan ocurrir. Los saltos se presentan principalmente en los parmetros media y desviacin estndar.

Procedimiento de anlisis:Identificacin.Evaluacin y/o cuantificacin.Correccin y/o eliminacin.

UNIVERSIDAD CESAR VALLEJOFACULTAD DE INGENIERIAConsistencia en la media (prueba de medias).Prueba TConsistencia de la desviacin estndar (pruebas de variancias)Prueba F

UNIVERSIDAD CESAR VALLEJOFACULTAD DE INGENIERIACorreccin de la informacin:Completacin de datos hidrolgicosCompletacin de datos mediante un promedio simpleCompletacin de datos mediante el mtodo de razones normales.Completacin de datos mediante regresin simpleRegresin lineal simpleCompletacin de datos mediante generacin aleatoriaGeneracin de nmeros aleatorios con distribucin uniformeGeneracin de nmeros aleatorios con distribucin normal.Generacin de nmeros aleatorios con distribucin Log Normal.Generacin de nmeros aleatorios con distribucin Ganma.

- Diagrama de doble masa entre el promedio acumulado de las estaciones Condorcerro, Huacapongo y Quirihuac y cada una de ellas

Descargas promedio mensuales del ro Santa 1956 2012, para diversos percentiles

Distribuciones de las descargas mximas instantneas anuales (m/s)(*)

T (aos)GumbelGamma 2Gamma 3Log Normal 2Log Normal 3Promedio1002,0361,9911,8492,3551,8332,013501,8311,8141,7132,0651,6971,824251,6241,6301,5671,7841,5521,632101,3451,3681,3511,4231,3401,366

2.6 Anlisis y calidad del agua

2.6 Anlisis y calidad del aguaLa calidad de agua se determina por 3 parmetros que son: Fsicos Qumicos Bacteriolgicos

Calidad de agua por salinidad: Determinada por la conductividad elctrica(CE), que se expresa en mhos/cm

Tipo de aguaCE(micromhos/cm)Excelente a buenahasta 1000Regular a perjudicial1000-3000Perjudicial a dainaMayor a 3000

Requerimientos de salinidad del agua potable:

FsicoQumicoBacteriolgicoTurbiedadAlcalinidadContaje total de bacteriasSlidos totalesDurezaNMP de coli/100 ml de muestraColorHierroSaborManganesoOlorSulfatosClorurosAmoniacoNitritosNitratosOxigeno disuelto

Relaves mineros

Parmetros de calidad y limites mximos de agua potable en el Per.

ParmetroLMPColiformes totales UFC/100 ml0 ( ausencia)Coliformes termotolerancias, UFC/100 ml0 ( ausencia)Bacterias heterotroficas, UFC/ml500Ph6.5-8.5Turbiedad UNT5Conductividad 25 C . Micromhos/cm1500Color, UCV Pt-Co20Cloruros, mg/l250Sulfatos, mg/l250Dureza, mg/l500Nitratos, mg NO350Hierro, mg/l0.3Manganeso, mg/l0.2Aluminio, mg/l0.2Cobre, mg/l3Plomo, mg/l0.1Cadmio, mg/l0.003Arsenico, mg/l0.1Mercurio, mg/l0.001Cromo, mg/l0.05Fluor, mg/l2Selenio, mg/l0.05

Directrices de la OMS para la calidad de agua potable(Genova 1993).

temElementos/sustanciasSmbolo/formulaDirectriz(mg/l)1AluminioAL0.22AntimonioSb0.0053ArsnicoAs0.014BarioBa0.35BoroB0.36CadmioCd0.0037CloroCl2508CromoCr0.059CobreCu210CianuroCN0.0711FluorF1.512PlomoPb0.0113ManganesoMn0.514MercurioHg0.00115MolibdenoMo0.0716NiquelNi0.0217Nitrato y nitritosNO3, NO250.00 ( nitrato total)18SelenioSe0.0119SodioNa20020SulfatoSO4500

2.7 Anlisis y modelamiento de cuencas

2.7 Anlisis y modelamiento de cuencasEl proceso de modelizada de cuencas cuenta con dos posibilidades. Modelos matemticos y modelos fsicos.

Modelo: Un modelo matemtico representando un proceso estocstico se llama modelo estocstico o modelo de la serie de tiempo.

Para modelizar una cuenca se debe de conocer tanto el propio modelo matemtico como la cuenca a tratar.

Modelaje de series de tiempo: Los pasos en el modelaje son:Seleccin del tipo de tiempoIdentificacin de la forma o el orden del modelo (numero de parmetros).Estimacin de los parmetros del modeloComprobacin de la bondad del modelo.

El modelaje es por eso en un proceso iterativo.

Se debe contemplar el calibrado del modelo y el anlisis de sensibilidad.

El proceso de calibrado exige el conocimiento de datos de avenida, de datos de lluvia y de la situacin de la cuenca al momento de producirse.

Los modelos hidrolgicos tienen una clasificacin basada en su utilizacin.

Modelos de avenidas: Modelo HEC-HMS.Modelos de recursos.

HEC-HMSEl modelo permite:Modelizacin de cuencas complejas por medio de la divisin en subcuencas.Inclusin de lluvia, con la creacin de tormenta de lluvia del proyecto.Calculo de hidrogramas y superposicin de hidrogramas.Transito de hidrogramas.Laminacin del embalse y otros efectos de obras en el cauce ( tomas, bombas, rotura de presas, etc.).

El programa, puede simular la respuesta que tendr la cuenca de un rio en su escurrimiento superficial como producto de la precipitacin, mediante la representacin de la cuenca como un sistema interconectado de componentes hidrolgicos e hidrulicos.

Un componente puede representar una identidad de escurrimiento superficial, un canal de flujo o un embalse.

Los resultados de los estudios se pueden aplicar para :

Disponibilidad de agua.Drenaje urbano.Prediccin de flujo.Reduccin de los daos de las avenidas.Operacin de sistemas.

Diseo Hidrolgico:Es el proceso de evaluacin del impacto de los eventos hidrolgicos en un sistema de recursos hidrulicos y de escoger valores para las variables importantes del sistema para que este se comporte adecuadamente.

La principal preocupacin es el flujo de agua a travs de un sistema.Escala del diseo hidrolgico: Se pueden clasificar en dos categoras:

El control del agua: El drenaje, el control de crecientes, la disminucin de contaminacin, el control de sedimentacin y el control de salinidad. El uso de agua y su manejo: El suministro de agua domestica e industrial, la irrigacin, la generacin hidroelctrica, etc.

Diseo de uso de agua: El diseo para el uso de agua se maneja en forma similar, excepto que el problema es de agua insuficiente en lugar de agua en exceso.

Es mas difcil determinar los niveles de diseo de sequas a travs de anlisis de frecuencias, especialmente si el evento de diseo dura varios aos, como es el caso de diseo de suministros de agua. Una base para el diseo de sistemas de suministro de agua, es la sequia critica de registro. Es decir la peor sequia presentada.

El diseo hidrolgico para el uso del agua esta estrictamente regulado por los aspectos de derecho de agua, especialmente en regiones ridas. La ley especficamente que usuarios deben reducir sus consumos de agua en el evento de una sequia ( LRH).

.

Seleccin del nivel de diseo:Existen tres formas de uso comn para determinar el valor de diseo hidrolgico:

Aproximacin emprica Anlisis de riesgo Anlisis hidroeconomico.

3. ANALISIS DE IMAGENES

Cuenca del Rio Mala

4 HIDROESTA

4.1 Definicin:Es una herramienta que facilita y simplifica los clculos laboriosos y el proceso del anlisis de la abundante informacin que se debe procesar en los estudios hidrolgicos.

Este software permite:

El calculo de los parmetros estadsticos, para datos agrupados y no agrupados, tanto con los momentos tradicionales como son momentos lineales.

Clculos de regresin lineal, no lineal, simple y mltiple as como regresin polinomial.

Evaluar si una serie de datos se ajustan a una serie de distribuciones: Normal, log, Normal, gamma, log Pearson, tipo III, Gumbel y Log Gumbel, tanto con momentos ordinarios, como con momentos lineales. Si la serie de datos se ajusta a una distribucin, permite calcular por ejemplo caudales o precipitaciones de diseo, con un periodo de retorno dado o con una determinada probabilidad de ocurrencia.

Calcular a partir de la curva de variacin estacional o la curva de duracin, eventos de diseo con determina probabilidad de ocurrencia.

Realizar el anlisis de una tormenta y calcular intensidades mximas, a partir de datos de pluviogramas, as como intensidad mxima de diseo para una duracin y periodo de retorno dado, a partir del periodo de intensidades mximas.

Permite el calculo de la precipitacin promedio por los mtodos promedio aritmtico, polgono de Thiessen e Isoyetas.

Los clculos de los aforos realizados con molinetes o correntometros.

El calculo de caudales mximos, con mtodos empricos( racional, y Mac math) y estadsticos( Gumbel y Nash).

Clculos de la evapotranspiracin con los mtodos de Thorhwaite, Blaney Criddle, Penman, Hargreves y calculo del balance hdrico.

4.2 ImportanciaProporciona de fcil utilizacin para el ingeniero civil, hidrlogos y otros especialistas que trabajen en el campo de la hidrologa.

Permite clculos estadsticos con mucha informacin para el uso en hidrologa y clculos hidrolgicos en general.

Permite calcular los parmetros estadsticos, para los datos agrupados y no agrupados, tanto con los momentos ordinarios como con momentos lineales ( L- Moments).

Permite calcular la regresin lineal, no lineal simple y mltiple as como regresin polinomial.

Permite evaluar si una serie de datos se ajustan a una serie de distribuciones: normal, Log normal con 2 y 3 para metros, gamma con 2 y 3 parmetros, Log pearson tipo III, Gumbel y Log Gumbel, tanto con momentos ordinarios, como con momentos lineales.

Si la serie de datos, se ajusta a una distribucin, permite calcular por ejemplo caudales o precipitaciones de diseo, con un periodo de retorno dado o con una determinada probabilidad de ocurrencia.

Permite calcular a partir de la curva de variacin estacional o la curva de duracin, eventos de diseo con determinada probabilidad de ocurrencia.

Permite realizar el anlisis de tormentas y calcular las intensidades mximas, a partir de datos de pluviogramas , as como la intensidad mxima de diseo para una duracin y periodo de retorno dado, a partir de registro de intensidades mximas.

Permite el calculo de la precipitacin promedio por los mtodos promedio por los mtodos promedio aritmtico, polgono de Thiessen e isoyetas.

Permite los clculos de aforos realizados con molinetes o correntometros.

Permite los clculos de aforos realizados con molinetes o correntometros.

Permite el calculo de caudales mximos, con mtodos empricos ( racional y Mac Math) y estadstico( Gumbel y Nash).

Permite clculos de la evapotranspiracin con los mtodos de Thorthwaite, BlaneyCriddle, Penman, Hargreaves y calculo del balance hdrico.

Permite reducir enormente el tiempo de calculo, por que en todos los casos, se tiene que trabajar con el procesamiento de mucha informacin.

Permite realizar simulaciones rpidas, variando cualquier parmetro en las formulas de las diferentes opciones ofrecidas en la aplicacin.

Es posible almacenar la informacin de entrada en archivos , a fin de repetir los clculos las veces que se desee.

Los datos procesados y resultados obtenidos, se almacenan en archivos de textos en formato . RTF, de donde se puede agregar a un documento . DOC cuando se quiera elaborar un informe.

INICIO DE LA PRACTICA DIRIGIDA

5. CONCLUSIONES FINALES Es necesario trabajar mas y de manera conjunta, con todos los integrantes de la cuenca, para cuidarla, poder tener buena informacin, planificarla, y hacer un buen uso de sus aguas.Es importante el manejo de software que nos facilitan el trabajo en el procesamiento de datos hidrolgicos.

*FIN DE LA EXPOSICION EMAIL: gpcampomanes@gmail.com

BLOG: ingenieriahidraulicaunmsmimf.blogspot.com

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