Unidad 10_Estimación Caudales Máximos

7/28/2019 Unidad 10_Estimacin Caudales Mximos

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UNIDAD 10: CAUDALES MAXIMOS ENCUENCAS SIN INFORMACION

Mg.Sc. Ricardo Apaclla Nalvarte

CURSO DE ACTUALIZACIONHIDROLOGIA Y DRENAJE VIAL

05- 06 Abril 2013


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Mtodos de

estimacinde caudales.

Si se cuenta con registros decaudales: Mtodos

estadsticos (anlisis defrecuencias). Se hace uso desoftware especializado(Distrib 2, HydroFreq, etc)No se tiene registros decaudales: se recurre afrmulas empricas o

hidrometeorologicos:Racional, Hidrogramasunitarios sintticos, basadosen registros de lluvias.


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Mtodos

deestimacinde

caudales.

Tambin se puede recurriral mtodo de seccin-pendiente.En todo caso, los caudalesestimados, deben serconfrontados con lascaractersticas del cauce ycon su capacidad de

conduccin.


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Mtodos de estimacin de

avenidas mximas: Mtodo

directol Mtodo de seccin y pendiente:

Se estima despus del paso de una avenida

recolectando datos en el campo.l Seleccin de un tramo del ro representativo, suficientemente

profundo, que contenga al nivel de las aguas mximas.l Levantamiento de secciones transversales en cada extremo del

tramo elegido, y determinar:


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Metodos

Empricos

Mtodo del IILAMtodo Racional

Mtodo de ChowHidrograma UnitarioTriangular


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Mtodo

IILA

Con el mtodo IILA, la intensidad de lluvia y laprecipitacin que tienen una duracin t(enhoras), para un periodo de retorno T (en aos),est dada por:

Ecuaciones vlidas para 3 t 24 horas.


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Mtodo

IILA

Para duraciones menores a 3 horas

Las constantes a, b, K y n fueron obtenidas en elEstudio de la Hidrologa del Per realizado por elconvenio IILA-SENAMHI-UNI.


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Mtodo

Racional.

A pesar de que han surgido crticasvlidas acerca de lo adecuado de estemtodo, se sigue utilizando debido a su

simplicidad.

La descarga mxima instantnea esdeterminada sobre la base de laintensidad mxima de precipitacin.


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Mtodo

Racional.

Este mtodo empez a utilizarse alrededor dela mitad del siglo XIX.

Es probablemente el mtodo msampliamente utilizado hoy en da para laestimacin de caudales mximos en cuencasde poca extensin.


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Mtodo

Racional.

Q = Descarga pico en m 3/seg.C = Coeficiente de escorrentaI = Intensidad de precipitacin en mm/hora,

para una duracin igual al tiempo deconcentracin.

A = Area de cuenca en Km 2.

6.3

CIAQ


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2 5 10 25 50 100 500 Areas de Cultivos

Plano, 0-2% 0.31 0.41 0.36 0.40 0.43 0.47 0.57Promedio, 2-7% 0.35 0.38 0.41 0.44 0.48 0.51 0.60Pendiente superior a 7% 0.39 0.42 0.44 0.48 0.51 0.54 0.61

PastizalesPlanos, 0-2% 0.25 0.28 0.30 0.34 0.37 0.41 0.53Promedio, 2-7% 0.33 0.36 0.38 0.42 0.45 0.49 0.58Pendiente superior a 7% 0.37 0.40 0.42 0.46 0.49 0.53 0.60

Bosques

Planos, 0-2% 0.22 0.25 0.28 0.31 0.35 0.39 0.48Promedio, 2-7% 0.31 0.34 0.36 0.40 0.43 0.47 0.56Pendiente superior a 7% 0.35 0.39 0.41 0.45 0.48 0.52 0.58

Fuente: Hidrologa Aplicada, Ven Te Chow , David R. Maidment, Larry W. Mays

Caracterstica de la

superficie

Perodo de retornoCoeficientes de escorrenta para ser usados en el Mtodo Racional


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Desarroll un mtodo para el clculo del caudalpico para el diseo de alcantarillas y otrasestructuras de drenaje pequeas. Se aplica a

cuencas con un rea menor de 25km2.

q p=m3/s/mmAc=km2d

e=horas

Mtodo de

Chow

Z d

Aq

e

c p

278.0


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Se calcula como una funcin del tiempo deretraso (tiempo que transcurre delcentro de masa de la lluvia al pico delhidrograma) y de la duracin efectiva d

e

L= longitud cauce principal, m.S= pendiente en %t

r= horas

Factor de

reduccin de

pico Z

64.0

005.0S

Lt

r


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Factor de reduccin de pico, Z


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Ejemplo:Calcular el caudal de diseo de unaalcantarilla de una carretera, para un T=10 aos

Area de cuenca: 15 km2Longitud del cauce principal: 5 kmTipo de suelo: arcilla, en su totalidadUso del suelo:bosques normalesPendiente del cauce principal: 1%La curva IDF:

7.0

4.0720

d

T I


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La altura de lluvia total P se relaciona con la altura delluvia efectiva Pe mediante las curvas mostradas en lafigura siguiente.


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Multiplicando por d a ambos miembros y para T=10aos, se tiene:

P=30.1 d 0.3

El tiempo de retraso t r es: 69.6 minSuelo inicialmente hmedo, N=89

d (min) P (mm) Pe (mm) d/tr Z Qp (m3/s)10 60 33.9 0.14 0.10 84.820 74 46.3 0.29 0.22 127.430 84 55.4 0.43 0.32 147.940 91 61.8 0.57 0.43 166.2

50 97 67.4 0.72 0.52 175.460 103 73 0.86 0.59 179.670 108 77.7 1.01 0.65 180.580 112 81.5 1.15 0.70 178.490 116 85.3 1.29 0.71 168.4


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hp

1

q

t

qp

Syntetic Unit Hidrograph by Mockus, Victor US. SCS.

de

de/2

tbtp

HIDROGRAMA UNITARIO TRIANGULAR


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El caudal pico est dado por:

tb= 2.67 t p b

p t A

q555.0

r p t de

t 2

A= km2tp= tiempo de pico en horasq p= caudal pico en m3/s/mmde= duracin en excesotr= tiempo de retraso, se estima mediante el tiempo de

concentracin


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64.0

005.0S

Lt r

cr t t 6.0

5.07.0

7.08.0

R SCN14104

CN86.222540Lt

El tiempo de retraso se puede calcular mediantelas ecuaciones siguientes:

donde:tR = Tiempo de Retardo (hrs.)L = Longitud del cauce principal (m.)S = Pendiente del cauce (m/m.)CN - Nmero de Curva del Soil Conservation Service


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C et d 2

La duracin en exceso para cuencas grandes es:

Para cuencas pequeas de=tc

El caudal mximo ser:

Qmax = qp x Pe


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HIDROGRAMA UNITARIO SNYDER

Los elementos a considerar para la aplicacin de este mtodo

Sinttico se representan enel g rfico siguiente:Dondetr = duracin de la lluvia unitaria (horas);tp = tiempo de retardo o tiempo transcurrido entre el centrode gravedad de la lluvia efectiva y el pico del hidrograma deescurrimiento directo (en horas);tb = tiempo de base del hidrograma (horas);qp = caudal pico del hidrograma.


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Para calcular el tiempo de retardo, SNYDER propone la

siguiente frmula:


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donde

L = longitud de la corriente principal del ro desde la estacinde aforos o desembocadura - al punto ms alejado de lacuenca (en km);Lcg = distancia entre la estacin de salida - desembocadura -y el centro de gravedad de la cuenca, medida sobre el cauce

principal, en km;Ct = coeficiente de retardo de SNYDER, dependiente de lascaractersticas fsicas de la cuenca.

El coeficiente Ct vara entre 1,35 y 1,65 para las reas demontaa, con inclinacin a tomar valores ms bajos cuando setrata de cuencas con pendientes altas.


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Una forma prctica de determinarlo consiste en aplicar lafrmula propuesta por TAYLOR - SCHWARTZ:

i = pendiente del curso principalConocido el tiempo de retardo (tp) se puede calcular la duracinde la lluvia unitaria (tr):


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El caudal pico del hidrograma es:

El coeficiente de Pico (Cp) es un trmino adimensional cuyavariacin est comprendida normalmente entre 0,56 y 0,69,aunque para reas de montaa con fuertes pendientes elltimo valor puede ser superado y en las regiones llanas puedenllegar a ajustarse con Cp menores a 0,5 inclusive.


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Sistema de Modelamiento Hidrolgico HMS

La generacin de descargas en los puntos de desage o punto deinters de una cuenca comienza al producirse la precipitacin;

pudiendo presentarse dicha precipitacin en forma lquida oslida. Inicialmente el programa HEC-HMS slo permita

considerar la primera forma, actualmente se puede hacer simulaciones con ambas formas de precipitacin.

La precipitacin puede tener lugar sobre diferentes tipos desuperficie (vegetacin, superficie del terreno y masa de agua),a partir de ella puede convertirse en flujo superficial, flujo baseo convertirse en perdidas.


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La descripcin del proceso, obliga llevar a cabo dos tipos de

modelacin matemtico. La primera, una modelacin de lamorfologa y a las caractersticas fsicas de la cuenca, y unasegunda modelacin, ms compleja que la anterior, es larepresentacin de los procesos hidrolgicos que tienen lugar enla morfologa de la cuenca.

En ambos tipos de modelacin, hay que tener presente elalcance y los objetivos del estudio. Si el objetivo es determinar el rea inundada con un cierto perodo de retorno, lamodelacin consistir en evaluar un evento de corta duracin ygran intensidad, y no ser importante considerar el movimientodel agua en las capas del suelo.


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En cambio si el objetivo es desarrollar el balance de los recursos

hdricos superficiales, la informacin de precipitacin serrelativamente larga, con periodos lluviosos y de estiaje. En estoscasos, es imprescindible considerar, de manera detallada, los

procesos de evapotranspiracin, infiltracin y percolacin, ascomo la variacin del contenido de humedad en el suelo y en elsubsuelo.


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Conceptualizacin de la cuenca:


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Calibracin

Los parmetros que intervienen en la definicin del modelo de

cuenca deben tener unos valores adecuados.

Hay dificultad en obtener los valores adecuados incluso enaquellos que estn relacionados, en mayor o menor medida, con

las caractersticas geomorfolgicas de la cuenca y del cauce.Es necesaria la calibracin para ello se necesita disponer, deregistros de precipitacin y medidas de caudal, y consiste en la

bsqueda sistemtica de los valores de los parmetros que

proporcionan un mejor ajuste entre el hidrograma simulado y elobservado.


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Calibracin


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Calibracin


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Bibliografia

Langbein, W.B., 1960, Ploting Positions in FrequencyAnalysis, USGS Water Supply Paper N1543-A, pp48-51.

Dalrymple, T., 1960, Flood Frequency Analysis, USGSWater Supply Paper N1543-A, pp1-47.

Kite, G.W. 1977, Frequency and Risk Analysis inHydrology, Water Resources Publications

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