UNIVERSIDAD SANTA MARIANUCLEO DE ORIENTE

FACULTAD DE INGENIERIA

CATEDRA HIDROLOGIA

Ing. Glencys Reyes. Integrantes:

Baptista, Daniel C.I.:19.709.877

Carrera, Carlos C.I.: 19.189.994

PUERTO LA CRUZ, marzo de 2014

HIDROLOGIAHIDROLOGIA

INTRODUCCION

Una cuenca hidrográfica es un área de terreno que drena agua en un arroyo, río, lago,

pantano, bahía o en un acuífero subterráneo. También es conocida como unidad natural

definida por la existencia de la divisoria de las aguas en un territorio dado. Las cuencas

hidrográficas son unidades morfográficas superficiales. Sus límites quedan establecidos por

la divisoria geográfica principal de las aguas de las precipitaciones; también conocido como

"parteaguas". El parteaguas, teóricamente, es una línea imaginaria que une los puntos de

máximo valor de altura relativa entre dos laderas adyacentes pero de exposición opuesta;

desde la parte más alta de la cuenca hasta su punto de emisión, en la zona

hipsométricamente más baja. Al interior de las cuencas se pueden delimitar subcuencas o

cuencas de orden inferior. Las divisorias que delimitan las subcuencas se conocen como

parteaguas secundarios.

Hoy son evidentes los problemas relacionados con la erosión, la disminución en la

productividad de los suelos, la sedimentación de los cursos de agua en las cuencas

hidrográficas de Barcelona, como se han afectado la fauna en las corrientes de nuestros ríos

y quebradas, la pérdida de recursos boscosos en las fincas, la disminución de la fauna

silvestre, de sus áreas de refugio y provisión de alimentos, entre muchos otros efectos

deletéreos al medio ambiente y los recursos naturales renovables.

La teoría de la planificación moderna de cuencas hidrográficas se originó en Estados

Unidos desde finales del siglo pasado como una actividad orientada estrictamente a la

planificación de los recursos naturales. Esto es absolutamente lógico por cuanto la cuenca

hidrográfica es el escenario natural donde ocurren todos los procesos y transformaciones de

la porción terrestre del ciclo hidrológico.

ANALISIS

CUENCA HIDROGRAFICA

1

4

3

2

CAUCE PRINCIPALPara el cauce principal tomaremos aquel que posea el mayor tiempo de

concentración el cual se dividirá en 4 sub-causes, para esto dividimos entre 4 el valor del Tc y utilizamos la siguiente ecuación:

Tc=0,0195( L3

∆ H )0,385

Li={( Tci0,0195 )

10,385 .∆ H }

13

CAUCE PRINCIPALCauce CS abs CI abs Dif cota

absPendiente

absLongitud

acumCota sup

Cota inf

Dif cota Longitud Tc Pendiente

Principal 220,00 168,00 52,00 4,7203% 1.101,62220,0

0 168,00 52,00 1.101,6213,9

0 4,7203%

L1 220,00 201,50 18,50 5,5770% 331,72220,0

0 201,50 18,50 331,72 3,47 5,5770%

L2 220,00 190,20 29,80 4,9296% 604,51201,5

0 190,20 11,30 272,79 6,95 4,1424%

L3 220,00 180,20 39,80 4,6347% 858,74190,2

0 180,20 10,00 254,2310,4

2 3,9334%

L4 220,00 168,00 52,00 4,7203% 1.101,62180,2

0 168,00 12,20 242,8813,9

0 5,0230%

PENDIENTE PONDERADA.

Área Valor UnidadA1 69.909,57 m²A2 53.425,65 m²A3 47.083,78 m²A4 42.286,20 m²

∑A/2 106.352,61 m²

Área Valor UnidadH1 193,08 m

Pponderada 17,53% %Pmedia 4,72% %

METODO DE GUMBELAño/mes

E F M A M J J A S O N D XI

1962 7,30 0,40 0,00 0,00 51,50 40,90 88,70 36,20 9,30 26,20 6,00 1,80 22,358

1963 0,00 1,50 0,30 1,70 89,30 101,80 15,00 120,10 71,90 78,20 94,20 1,70 47,975

1964 0,50 0,00 0,00 0,00 16,70 39,30 59,80 78,00 40,10 54,60 5,50 0,70 24,600

1965 10,50 34,10 0,00 8,80 26,10 50,50 58,20 80,60 25,60 12,50 61,50 1,10 30,792

1966 0,00 0,70 0,00 6,10 1,90 48,60 32,40 73,40 36,00 13,90 227,20 130,10 47,525

1967 1,50 1,00 0,30 18,90 8,40 24,40 42,40 69,10 56,70 41,00 33,80 0,70 24,850

1968 0,20 1,50 0,40 45,90 65,00 114,50 30,40 61,70 36,30 39,30 22,30 3,10 35,050

1969 4,60 45,20 0,00 3,70 8,70 27,80 39,90 115,90 42,70 79,70 30,30 0,00 33,208

1970 55,60 0,00 1,90 0,00 0,00 125,80 0,00 0,00 113,60 19,50 0,00 60,40 31,400

1971 5,40 0,00 0,20 0,00 4,00 26,00 29,40 66,00 81,30 42,20 17,20 4,70 23,033

1972 6,40 0,00 22,30 3,20 14,00 47,60 36,30 8,90 9,40 58,20 1,00 0,00 17,275

1973 15,30 0,00 0,00 49,00 5,00 14,10 7,20 86,80 112,80 52,10 4,60 1,20 29,008

1974 0,00 0,30 0,80 0,00 0,00 0,30 32,00 38,40 127,30 39,50 9,30 0,00 20,658

1975 7,10 0,00 0,00 0,00 3,60 13,20 26,30 33,20 80,00 88,40 10,70 69,90 27,700

1976 4,40 19,50 2,60 46,70 2,20 25,80 35,20 22,50 12,90 61,20 8,10 1,90 20,250

1977 0,00 0,00 0,00 0,00 23,10 88,00 19,20 13,80 53,50 43,70 11,90 0,30 21,125

1978 0,60 0,00 1,60 5,40 0,00 58,20 29,20 63,80 31,50 73,10 7,90 10,80 23,508

1979 8,90 0,00 1,30 0,00 40,20 149,00 19,00 28,20 90,80 66,20 76,60 43,50 43,642

1980 2,00 0,00 0,00 1,00 12,00 92,70 61,20 216,00 136,40 17,40 19,50 0,50 46,558

1981 0,00 12,50 0,00 255,00 60,30 37,00 44,20 112,00 39,70 0,00 108,60 14,80 57,008

1982 13,60 0,00 0,00 35,40 40,20 60,60 72,90 20,60 74,30 37,50 0,00 25,00 31,675

1983 4,10 0,00 0,00 32,00 0,00 53,00 41,60 20,70 0,00 90,50 4,80 2,50 20,767

1984 12,50 0,00 1,00 0,00 0,00 68,80 12,00 0,00 108,40 28,20 76,00 2,00 25,742

1985 3,30 2,80 0,00 50,00 25,00 140,00 0,00 135,90 61,10 43,50 143,20 18,30 51,925

1986 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 121,30 44,60 36,00 22,90 34,00 38,90 16,30 26,167

1987 27,30 0,00 0,00 0,00 53,80 104,50 48,90 70,30 22,10 4,70 20,60 14,60 30,567

1988 0,60 0,00 1,10 0,00 7,10 33,60 86,90 89,20 35,60 74,00 70,50 4,60 33,600

1989 15,60 1,40 0,00 0,00 22,00 60,70 50,00 36,70 57,30 1,50 4,70 0,40 20,858

1990 6,60 14,80 4,40 43,50 6,70 0,00 0,00 332,20 30,90 25,60 69,90 0,80 44,617

1991 0,00 1,10 0,00 0,00 0,40 44,30 8,80 67,90 29,10 89,10 64,30 0,60 25,467

1992 19,90 0,00 0,00 16,80 14,80 45,70 106,60 96,80 50,80 11,50 45,00 26,50 36,200

1993 12,70 0,00 0,00 26,80 0,00 0,00 36,00 75,00 0,00 0,00 269,30 0,00 34,983

1994 0,00 0,00 2,90 0,20 0,00 46,90 18,90 53,70 41,40 42,90 0,00 25,00 19,325

1995 15,90 0,00 6,20 0,00 2,40 0,00 144,20 43,50 94,70 79,70 36,10 3,80 35,542

1996 0,00 0,00 1,40 0,00 15,60 47,20 193,00 49,60 106,60 24,70 110,10 7,00 46,267

1997 0,60 5,70 0,00 0,00 12,60 18,40 30,30 111,20 66,40 139,60 73,80 0,00 38,217

1998 0,00 0,00 0,00 22,50 61,40 0,00 111,60 21,60 13,50 17,90 0,00 24,20 22,725

1999 0,00 0,00 2,00 25,00 33,00 0,00 0,00 18,00 0,00 0,00 129,10 72,50 23,300

2000 0,00 5,00 28,10 20,00 18,00 24,00 0,00 0,00 159,80 0,00 132,20 0,00 32,258

Año/mes Xi (Xi-Ẍ)²1962 88,700 1.272,4771963 120,100 18,2481964 78,000 2.150,3431965 80,600 1.915,9701966 227,200 10.573,6401967 69,100 3.054,9711968 114,500 97,4521969 115,900 71,7711970 125,800 2,0401971 81,300 1.855,1801972 58,200 4.378,7061973 112,800 133,9061974 127,300 8,5741975 88,400 1.293,9701976 61,200 3.990,6761977 88,000 1.322,9071978 73,100 2.628,7971979 149,000 606,5481980 216,000 8.395,7281981 255,000 17.063,7281982 74,300 2.507,185

1983 90,500 1.147,2981984 108,400 255,0981985 143,200 354,5011986 121,300 9,4361987 104,500 394,8881988 89,200 1.237,0551989 60,700 4.054,0971990 332,200 43.192,5631991 89,100 1.244,1001992 106,600 315,8371993 269,300 21.004,1851994 53,700 4.994,5031995 144,200 393,1581996 193,000 4.709,8311997 139,600 231,8981998 111,600 163,1191999 129,100 22,3562000 159,800 1.255,158

124,372 148.321,899

N 39,00Ẍ 124,372

Sx² 3903,207868

Sx 62,4756582Yn 0,54302Sn 1,13896

Tr Y

2 0,366512921

5 1,499939987

10 2,250367327

15 2,673752092

20 2,97019524

9

50 3,901938658

100 4,600149227

K2 -0,15497215K5 0,840169968

K10 1,49904064K15 1,870769905K20 2,131045207K50 2,949110292

K100 3,562134954

X2114,6898

08

X5176,8619

67

X10218,0253

46

X15241,2493

76

X20257,5102

47

X50308,6194

01

X100346,9185

21

TIEMPO (MIN)PERIODO DE RETORNO (AÑOS)

2 5 10 15 20 50 100

0 1376,28 2122,34 2616,30 2894,9

9 3090,12 3703,43 4163,02

5 1376,28 2122,34 2616,30 2894,9

9 3090,12 3703,43 4163,02

10 688,14 1061,17 1308,15 1447,5

0 1545,06 1851,72 2081,51

15 458,76 707,45 872,10 965,00 1030,04 1234,48 1387,67

20 344,07 530,59 654,08 723,75 772,53 925,86 1040,7625 275,26 424,47 523,26 579,00 618,02 740,69 832,6030 229,38 353,72 436,05 482,50 515,02 617,24 693,8435 196,61 303,19 373,76 413,57 441,45 529,06 594,72

0 5 10 15 20 25 30 350.00

500.00

1000.00

1500.00

2000.00

2500.00

3000.00

3500.00

4000.00

4500.00

Diagrama de Intensidad vs Duración

2 años5 años10 años15 años20 años50 años100 años

Inte

nsid

ad (m

m/h

ra)

ESTUDIO DE CUENCA HIDROLÓGICA CON EL MÉTODO RACIONAL

INFORMACION DE LA CUENCAAREA TOTAL 1.294.571,09PERIMETRO 5.046,54

COTA PUNTO DE DESCARGA 172,00

CAUCE COTA SUPERIOR (m) DIFERENCIA DE ALTURA ''H'' (m) LONGITUD ''L'' (m) TC (min)

1 220,00 48,00 313,36 3,362 202,50 30,50 571,06 6,713 192,00 20,00 811,22 10,074 182,00 10,00 1.040,67 13,42

Valor Pendiente Tipo de Vegetación

Coeficiente de

Escorrentía

Tr = 15 Años

Tc (min)

Intensidad (m/seg)

Caudal (m³/seg) Area Acumulada Ti

Acumulado

Area1 65.273,4567 5,58% Vegetación Ligera 0,4500 15,0000 3,4743 0,0008 23,6208 65.273,4567 3,47

Area2 277.493,1943 4,14% Cultivo 0,4500 15,0000 3,4743 0,0008 100,4176 342.766,6510 6,95

Area3 91.020,8829 3,93% Sin Vegetación 0,5500 15,0000 3,4743 0,0008 40,2577 433.787,5339 10,42

Area4 860.707,8848 5,02% Sin Vegetación 0,6000 15,0000 3,4743 0,0008 415,2905 1.294.495,4187 13,90

Q Total (m³/seg) 579,5865Coef. Ponderado 0,556766134

3.47 6.95 10.42 13.90 17.37 20.85 24.320.0000

200,000.0000

400,000.0000

600,000.0000

800,000.0000

1,000,000.0000

1,200,000.0000

1,400,000.0000Diagrama Area vs Tiempo

Tiempo

Area

CALCULO DE DRENAJE

Utilizando el caudal arrojado mediante el método racional (CIA) nos da un valor aproximado de 580 m³/s, debido a que este caudal es demasiado elevado utilizaremos la ecuación de Manning para diseñar un drenaje de sección rectangular abierta, con una pendiente del 2%.

Q= 1NA R

23 S

12

B=2D A=BD=2D2P=B+2D=4D R= AP

=D2

QN

S12

=2D2(D2 )23

D=(QN 223

2S12 )

37

SUSTITUYENDO

D=((580)(0,012)223

2(0,02)12 )

37

= 5,580657751 ≈ 6

Por lo tanto

6 m

12 m

6 m

Q (m³/seg) 580N 0,012S 1,00%

D (m) 6B (m) 12R (m) 3A (m2) 72

METODO DE CLARK

Tasa de rettorno = 50 añosCoeficiente de escorrentia = 0,47Red = 95%

PUNTO COORDENADAS N E

O 11,00 7,001 9,61 6,422 8,00 5,753 6,25 5,754 4,25 5,755 2,30 6,20A 9,00 8,00B 6,00 4,50C 9,00 5,00

AREA (km2)TOTAL 16,575

A1 (0-1) 1,090A2 (1-2) 3,480A3 (2-3) 5,930A4 (3-4) 3,510A5 (4-5) 2,565

TASA DE RETORNO Y K X

10 2,25 1,499 218,02520 2,97 2,131 257,51030 3,38 2,495 280,22540 3,68 2,751 296,23950 3,90 2,949 308,61960 4,09 3,111 318,713

TIEMPO TR=50 años

Tc (min) 51Ti (min) 10

C 0,47Red 95%

(min)

0 1851,7210 1851,7220 925,8630 617,2440 462,9350 370,3460 308,62

DATOS DE PRECIPITACIONES DATOS DEL AREA

Duracion D (min)

Intensidad I (mm/h)

LL Puntual P (mm)

Dif. (mm)

LL Efectiva Pe (mm) Area No. Isocrona

(min) Km2 Area % Acumulada Km2

0 1851,72 0,00 - - - 0,00 - - -

10 2036,89 339,48 339,48 151,58 5 10,00 2,565 15,48% 2,565

20 1111,03 370,34 30,86 165,36 4 20,00 3,510 21,18% 6,075

30 802,41 401,21 30,86 179,14 3 30,00 5,930 35,78% 12,005

40 648,10 432,07 30,86 192,92 2 40,00 3,480 21,00% 15,485

50 555,51 462,93 30,86 206,70 1 50,00 1,090 6,58% 16,575

0 10 20 30 40 50 600.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

1400.00

1600.00

1800.00

2000.00Diagrama de Intensidad Vs. Duración

Tasa de Re-torno 50 años

Inte

nsid

ad (m

m/h

ora)

10.00 20.00 30.00 40.00 50.000,0000,0020,0040,0060,0080,0100,0120,0140,0160,018

Diagrama Area-Tiempo

Tiempo

Area

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.000.00

500.00

1000.00

1500.00

2000.00

2500.00

Diagrama Intensidad-Tiempo

Tiempo

Inte

nsid

ad

10.00 20.00 30.00 40.00 50.000.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

Diagrama Escurrimiento-Tiempo

Tiempo

Escu

rrim

ient

o

PATRONES DE LLUVIA EFECTIVA

CARACTERISTICAS DE LOS PATRONESPATRON A = Lluvia más intensa a los 20 minPATRON B = Lluvia más intensa a los 40 min

TIEMPO (MIN) 0 10 20 30 40 50PATRON A 0,00 151,58 206,70 192,92 179,14 165,36PATRON B 0,00 151,58 165,36 179,14 206,70 192,92

10.00 20.00 30.00 40.00 50.000.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

PATRON B

Tiempo

Escu

rrim

ient

o

10.00 20.00 30.00 40.00 50.000.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00PATRON A

Tiempo

Escu

rrim

ient

o

HIDROGRAMA TOTAL

AREA EN KM2TOTAL 16,575

A1 (0-1) 1,090A2 (1-2) 3,480A3 (2-3) 5,930A4 (3-4) 3,510A5 (4-5) 2,565

C1 1,82C2 5,80C3 9,88C4 5,85C5 4,28

AREA 5 4 3 2 1 Qo CoQe2 C1Qe1 C2Qs1 QsT(MIN) Qi (PATRON A)

0 0,00 0,00 0,0010 648,00 0,00 648,00 0,0020 883,63 886,73 0,00 1.770,37 0,0030 824,72 1.209,18 1.498,10 0,00 3.532,01 0,0040 765,82 1.128,57 2.042,86 879,15 0,00 4.816,40 0,0050 706,91 1.047,96 1.906,67 1.198,85 275,37 5.135,75 0,0060 0,00 967,35 1.770,48 1.118,92 375,50 4.232,25 0,0070 0,00 1.634,29 1.039,00 350,47 3.023,76 0,0080 0,00 959,08 325,43 1.284,51 0,0090 0,00 300,40 300,40 0,00

Qi (PATRON B) 0 0,00 0,00 0,00

10 648,00 0,00 648,00 0,0020 706,91 886,73 0,00 1.593,64 0,0030 765,82 967,35 1.498,10 0,00 3.231,26 0,0040 883,63 1.047,96 1.634,29 879,15 0,00 4.445,04 0,0050 824,72 1.209,18 1.770,48 959,08 275,37 5.038,83 0,0060 0,00 1.128,57 2.042,86 1.039,00 300,40 4.510,84 0,0070 0,00 1.906,67 1.198,85 325,43 3.430,95 0,0080 0,00 1.118,92 375,50 1.494,43 0,0090 0,00 350,47 350,47 0,00

CONCLUSION

Los estudios hidrológicos son fundamentales para:

El diseño de obras hidráulicas, para efectuar estos estudios se utilizan frecuentemente modelos matemáticos que representan el comportamiento de toda la cuenca sustentada por la obra en examen;

La operación optimizada del uso de los recursos hídricos en un sistema complejo de obras hidráulicas, sobre todo si son de usos múltiples. En este caso se utilizan generalmente modelos matemáticos conceptuales, y se procesan en tiempo real;

El correcto conocimiento del comportamiento hidrológico de como un río, arroyo, o de un lago es fundamental para poder establecer las áreas vulnerables a los eventos hidro-meteorológicos extremos;

Prever un correcto diseño de infraestructura vial, como caminos, carreteras, ferrocarriles, etc.

GRAFICA TC VS QS-QE

0 10 20 30 40 50 60 70 80 900

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

Patron A

qeqs

Tiempo de Concentracion

Qs -

Qe

0 10 20 30 40 50 60 70 80 900

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

Patron B

qeqs

Tiempo de Concentracion

Qs -

Qe