Análisis de una cuenca hidrográfica

Análisis de una cuenca hidrográfica

Jennifer Naranjo Cruz 1002543858

Hidrología

Introducción

Es bien sabido que los estudios hidrológicos requieren de un análisis de información hidrometeorológicas. Esta información pueden ser datos de precipitación, caudales, temperatura, evaporación, infiltración, etc. Se puede contar con datos recopilados de un periodo disponible y, si esta información es organizada y se analiza adecuadamente, equivale a una herramienta muy útil para la toma de decisiones sobre el diseño de estructuras hidráulicas y ayuda a responder innumerables dudas en el diseño.

En el presente informe se utilizarán todos los datos obtenidos en los dos informes anteriores para así calcular la lluvia efectiva, el flujo base, la escorrentía todo esto con el fin de obtener un caudal de diseño a nivel de prefactibilidad dependiendo del tipo de obra que corresponda a cada estudiante.

El flujo base se define como el proceso por el cual el agua del acuífero corta la superficie del terreno y aflora en el terreno. Es conocido como la respuesta lenta ya que puede tardar meses o años en salir a la superficie.

La escorrentía es aquella porción de la lluvia que no se infiltra en el suelo ni se evapora. Se divide en dos, la escorrentía superficial, que es el movimiento del agua sobre la superficie del terreno debido a la existencia de una carga hidráulica o pendiente, y la escorrentía total que es la suma de la escorrentía superficial y el flujo base.

La escorrentía sucede si la intensidad de la lluvia es mayor a la capacidad de infiltración del suelo y esta aumenta si se produce sobre un suelo saturado o húmedo, depende de las condiciones de humedad antecedente del suelo.

Convertir la lluvia efectiva o lluvia neta en caudal se realiza mediante los Hidrogramas Unitarios, que es la respuesta hidrológica de una cuenca ante un aguacero unitario.

Este se trata de un concepto fundamental a la hora de abordar el problema de calcular la escorrentía que producirán unas precipitaciones determinadas. El Hidrograma Unitario de una cuenca es el hidrograma de escorrentía directa que se produciría en la salida de la cuenca si sobre ella se produjera una precipitación neta unidad de una duración determinada.

Objetivos

 Los objetivos principales que se buscan con los resultados obtenidos en este informe son:

• Calcular la lluvia efectiva tanto para la distribución temporal de huff o SCS como por IDF Manizales.
• Realizar la transformación de la lluvia efectiva en escorrentía por el método de los Hidrogramas Unitarios.
• Calcular el caudal de diseño a nivel de prefactibilidad para la zona de estudio mediante métodos empíricos.
• Expresar como impactan los resultados obtenidos a la obra para la que se diseña.

Metodología

• Flujo base

El flujo base se va a suponer de tal forma que sea un número constante y pequeño durante toda la lluvia. Para mayor precisión se puede medir el ancho del cauce en google earth y tomar ese valor.

• Escorrentía superficial (ESC)

Para calcular la escorrentía superficial podemos utilizar la siguiente formula

[pic 1]

Donde,

PPT es la lluvia de diseño

EVT es la evaporación calculada

Ia es la interceptación

INF es la infiltración

Como resultado se obtienen dos hietogramas de lluvia efectiva, uno a partir de los resultados de lluvia efectiva por la distribución temporal de Huff y otro por la lluvia del IDF Manizales, y estos se van utilizar para hallar los hidrogramas unitarios (HU) por 6 métodos.

Al final obtendremos 12 HU, 6 para cada lluvia

• Hidrogramas

1. SCS

Para aplicar este método necesitamos del valor del área (A) y del valor de nuestro tiempo de concentración (Tc) para hallar los siguientes valores:

Duración de la lluvia

[pic 2]

Tiempo al pico

[pic 3]

Caudal pico

[pic 4]

Tomando el caudal pico (Qp) como unidad de caudal y el tiempo al pico (Tp) como unidad de tiempo, la mayoría de los hidrogramas de avenidas tienen una forma similar.

Para convertir cualquier hidrograma a este tipo, habrá que dividir los caudales por Qp y los tiempos por Tp. Por esto en el hidrograma adimensional del SCS los caudales están como Q/Qp y los tiempos como t/tp.[pic 5]

[pic 6]

1. Clark

Para este método primero se deben de obtener el trazado de líneas isócronas. Estas se calculan para T,2T,3T... (se obtiene de la función de ancho, suponiendo la velocidad)

La obtención del Hidrograma unitario adimensional (Diagrama Tiempo-Área) Áreas encerradas entre curvas de tiempo consecutivas.

[pic 7]

El coeficiente de almacenamiento R, el cual según puede ser estimado mediante la expresión:

[pic 8]

Se calcula el volumen (m3) a partir del área en cada uno de los DT, sería el área entre isócronas por 1mm de lluvia.

Cálculo de los parámetros de Ajuste, Tc, k y c, ya conociendo el A y Tc de la cuenca.

[pic 9]

[pic 10]

[pic 11]

1. Triangular

Para calcular el caudal pico (Qp), Tiempo pico (Tp) y tiempo base (Tb) se utilizan las siguientes fórmulas.

[pic 12]

 debe de ser en horas. [pic 13]

[pic 14]

[pic 15]

[pic 16]

1. Snyder

Aquí necesitamos el área, el Tc, la longitud de la cuenca (L) y la longitud de la cuenca hasta el centroide (Lcg).

[pic 17]

La principal característica relacionada con el aspecto físico de la cuenca es el tiempo de rezago Tl, asumiendo que es constante para una cuenca y que depende de sus características físicas y no está determinado por el tipo de lluvia.

[pic 18]

[pic 19]

Donde, Tl es el tiempo de rezago en horas,  es el coeficiente propio del modelo. [pic 20]

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