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UNIVERSIDAD DEL VALLE - FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA DE RECURSOS NATURALES Y DEL MEDIO AMBIENTE -

EIDENAR Área de Hidráulica Fluvial y Marítima

Profesor: José Luis García Vélez Taller: Diseño Hidráulico de Estructuras

Fecha: febrero 10 de 2015.

Se requiere realizar un proyecto hidráulico localizado en el municipio de Puerto Tejada sobe la corriente del

río Palo, específicamente aguas abajo de la estación hidrométrica denominada “Puerto Tejada”. Para lo cual

se presenta la información de aspectos hidrológicos, hidráulicos y sedimentológicos en la estación

hidrométrica Puerto Tejada con el fin de realizar la respectiva caracterización. En archivo en formato tipo

Excel (Informacion_Hidrologica_Taller_I_2015_I.xls) se encuentra la información hidrológica y

sedimentológica registrada por la CVC y la información topográfica y de sedimentos del lecho levantada por

la Universidad del Valle. En el archivo en Autocad “Planta_Topográfica_Río_El Palo_DHE_2015_I.dwg”

se presenta el plano de localización de la zona de estudio (ver figura 1).

Figura 1. Zona de estudio río palo.

A continuación se presenta, para el desarrollo del taller, la información de campo disponible correspondiente

a la estación hidrométrica río Palo.

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a) Secciones transversales.

En la figura 1 se muestra una localización de las secciones transversales para el estudio. Son veinticinco (25)

secciones numeradas desde la sección No.1 en la desembocadura del río Cauca hasta la sección 25

correspondiente a la estación hidrométrica Puerto Tejada. En archivo en formato tipo Excel

(Informacion_Hidrologica_Pto_Tejada_2012_I) se encuentra la información topográfica de las secciones

transversales y su localización se presenta en el plano “Planta_Topográfica_Río_El Palo_DHE_2015_I.dwg”.

b) Caudales líquidos. (Informacion_Hidrologica_Taller_I_2015_I.xls)

Tabla 1. Resumen Mensual Multianual Caudal Máximo Mensual (m3/s). Estación Puerto Tejada-Río Palo. Periodo 1969-2004.

Año Caudal Máximo Mensual Multianual (m3/s) - Meses

E F M A M J J A S O N D 1969 62.5 35.6 21.9 156.4 143.9 119.3 57.7 22.6 68.5 189.9 120 52

1970 75.3 109.2 282 87.8 223 87.2 34.7 47.8 122.4 166.2 280.6 117.4

1971 228.4 183.9 254.9 311 189.1 74.9 55.6 36.5 61.4 120.5 150.6 165.5

1972 178.5 250 228.9 178.5 156.4 77.3 77.3 60.9 48.5 83.4 163.9 168.9

1973 19.3 21 24.7 50 72.3 27.6 47.8 137.6 70.3 160.9 284.9 175.9

1974 236.3 229.1 242.8 123.1 159 90.9 63.1 29.1 57.5 149 263.2 159

1975 217.6 203.5 125 116.7 194.4 159 123.1 82.6 63.6 138.5 166.4 285.5

1976 185.3 165.8 115 200.9 115 79.6 74.4 38.8 80.2 142.9 237.4 111.8

1977 31.1 23.7 67.6 67 54.4 43.9 40.8 31.6 113.1 106.8 159 53.3

1978 290.6 27.9 68.4 230 128.9 89.2 38.6 27.9 24.6 49.2 102.8 128.2

1979 79.8 26.2 86.8 251.3 111.1 80.9 40 144.1 111.7 142 222 79.2

1980 91.1 131 105.3 99.1 60.7 91.1 37.2 21.8 43.3 75.7 150.4 115

1981 76.6 63.7 42.9 198.5 192.8 117.3 64.3 22.3 20.6 77.9 171 207.8

1982 255.7 135.1 157.5 264.9 141.2 66.2 81.1 31.5 48.1 109.4 110.5 124.8

1983 47.6 46.2 158.8 195.9 84.4 58 34.6 41 15.5 121.2 113.5 197.4

1984 164.6 170 84.6 169 213.7 114.8 86.4 99.4 146.1 319.9 278.7 100.7

1985 157.4 55.6 84.6 91.3 101.9 121.4 49.8 48.8 81.6 220.7 266.1 203.6

1986 231.1 145 190.4 138 158.7 80.7 74.1 23.6 36.4 126.2 153.2 77

1987 34.6 41.6 130 159.3 198 32.1 52.6 73.9 77.6 183.5 197.3 168.6

1988 36.8 47 106 126.6 106 86.3 129.7 45.7 65.2 96.5 202.5 249.7

1989 154.5 137 166.5 64.1 163.7 39.5 101.8 18.4 66.1 76.4 148.7 181.8

1990 128.5 210 117.6 127 116.9 69.4 80.5 33.4 11.7 136.5 175.2 204.8

1991 41.1 29.3 112 73.5 135.6 42.6 77.5 80.9 66 54.8 105 134.8

1992 42.6 72.2 26 71.1 35 38 44.6 31.4 47.5 55.2 118.1 188.1

1993 234.1 97 59.7 171.2 158.9 54.3 45.5 26.2 90.1 75.7 247 129.9

1994 169.7 166 171.8 223.7 112 112 65.4 51.8 45.7 64.3 204.6 105.3

1995 71.4 52.3 86.7 103.5 110.7 112 71.4 34.3 15.7 207.7 83.8 104.7

1996 140.4 136 453 162.1 129.8 73.4 69.2 38.2 62.5 103.2 153.4 125.1

1997 271.6 91 196.2 182 81.2 119.4 72.9 46 52.8 49.8 146.8 97.8

1998 20.9 112 55.2 148.8 249.6 69 54 24.8 50.4 115.2 276 168

1999 198.7 392 318.2 199.7 135 94.7 45.5 60.2 96.8 168 143.6 276

2000 209 235 150.4 180 166 184.8 110 49.8 89 172 164 119.6

2001 50.1 50.7 90.1 80 83.2 80.9 37.4 41.4 25.3 78.2 132.3 162.5

2002 64.1 40.9 99.6 206.6 123.5 105.3 94.2 33.9 19.2 111.9 88.7 219.5

2003 52.1 41.4 100 96.5 43.8 103.1 43.4 50.9 26.6 141.7 112.7 138.4

2004 174.9 17.5 76.5 111.5 103.1 40.6 39.1 18.6 23.7 147.8 99.3 120.6

3

Tabla 2. Resumen Mensual Multianual Caudal Medio Mensual (m3/s). Estación Puerto Tejada-Río Palo. Periodo 1965-2004.

Año Caudal Medio Mensual Multianual (m3/s) - Meses

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

1965 44.5 29.3 29.4 27.8 33.5 18.9 13.6 15.2 8.3 10.2 32.6 21.2

1966 28.2 24.0 13.5 11.5 15.4 20.5 18.0 15.3 15.0 55.7 48.3 30.3

1967 16.1 13.4 23.3 53.4 32.4 32.3 17.6 15.9 9.7 15.8 21.8 18.6

1968 21.6 17.8 27.3 23.5 36.7 29.2 25.8 21.0 14.7 26.4 63.2 107.3

1969 29.3 21.2 13.9 44.7 44.2 34.3 22.4 16.2 12.3 53.8 55.7 31.3

1970 24.6 35.0 46.2 34.1 49.9 38.7 22.2 22.9 24.9 61.2 106.9 51.1

1971 66.8 86.8 97.2 82.5 65.3 36.0 28.3 22.7 20.6 33.9 51.3 50.6

1972 54.9 68.4 47.9 54.4 48.6 31.2 25.9 18.2 20.0 19.6 46.2 34.9

1973 13.8 10.2 10.4 14.7 21.5 18.1 16.3 21.0 30.1 57.0 88.0 80.9

1974 75.0 112.1 104.9 51.2 46.7 28.9 27.6 15.6 25.6 67.0 69.2 50.2

1975 50.3 78.2 62.5 41.5 65.4 43.1 47.6 31.6 30.2 46.7 73.0 124.3

1976 52.9 67.0 51.1 63.9 51.4 36.2 29.9 16.7 15.4 43.5 53.4 44.1

1977 18.5 13.5 14.3 30.8 30.0 24.0 19.5 16.7 24.2 45.0 46.6 24.7

1978 38.8 11.9 19.0 66.3 49.6 34.2 20.8 13.6 13.3 18.8 27.8 55.0

1979 23.1 12.4 28.7 44.0 38.6 40.5 17.9 19.4 39.7 45.2 73.2 35.0

1980 31.0 52.6 32.0 36.8 25.8 26.8 14.5 11.7 12.9 28.4 32.8 31.9

1981 19.0 16.6 16.7 32.6 65.1 30.7 25.6 11.7 12.6 20.6 44.8 39.6

1982 73.2 55.3 67.9 89.1 58.3 35.8 30.6 17.4 18.1 45.5 45.2 48.4

1983 23.8 16.2 34.5 74.1 42.6 28.6 15.6 16.8 11.1 21.7 26.3 71.2

1984 71.1 59.9 29.5 41.2 87.9 50.2 33.7 27.7 38.5 72.8 104.2 51.7

1985 69.2 36.3 27.1 35.8 39.6 30.4 21.7 22.3 21.1 47.6 61.5 39.6

1986 52.6 57.1 70.4 48.5 38.9 36.2 26.4 11.9 12.1 45.7 50.9 32.2

1987 15.8 14.0 24.0 31.3 47.8 20.0 16.7 18.8 12.5 47.4 45.8 40.1

1988 19.2 17.6 18.8 36.0 28.4 35.9 40.6 19.3 22.6 36.6 97.8 75.6

1989 47.1 57.7 62.9 31.6 45.2 26.3 24.7 12.9 20.0 24.7 41.3 65.8

1990 45.3 52.2 44.9 46.9 45.9 24.1 23.6 12.2 8.1 32.7 34.8 40.7

1991 20.7 13.6 30.4 30.7 38.3 21.3 20.8 23.9 18.1 17.6 30.0 29.5

1992 16.1 20.4 10.6 17.4 14.5 11.5 16.3 10.3 10.3 10.6 22.8 37.4

1993 40.8 26.2 26.0 48.3 49.4 26.7 17.9 10.5 13.7 23.7 77.2 56.8

1994 50.2 52.5 51.4 70.2 51.8 39.8 29.8 23.0 18.0 30.5 51.3 38.9

1995 22.7 16.7 22.7 34.2 35.8 32.0 28.5 21.7 11.2 35.4 33.1 40.1

1996 38.7 53.0 93.3 50.8 52.5 41.7 37.9 22.7 20.9 38.3 36.1 42.6

1997 91.2 46.9 55.5 49.4 35.3 33.6 24.3 12.1 13.9 19.4 41.0 22.2

1998 9.3 15.1 12.1 38.2 54.5 35.1 23.7 11.5 14.9 23.6 58.9 47.0

1999 101.2 103.8 84.2 93.7 71.8 51.1 45.0 41.9 45.3 33.2 61.3 83.4

2000 91.6 80.9 65.7 60.2 58.5 49.2 35.3 27.6 28.1 29.1 59.8 28.7

2001 21.1 21.9 39.4 32.0 20.1 27.7 14.9 12.8 12.1 13.0 26.7 40.8

2002 25 11.2 16.9 59.8 39.2 40.5 17.7 12.7 8.6 14.5 29 38.8

2003 11.5 7.8 17.9 30.3 24.8 21.9 14.1 19.3 16.4 44.2 42.1 33.5

2004 36.8 13.3 18.4 40.2 34.7 15.9 20.5 15.5 16.9 35.7 35.9 72.1

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Tabla 3. Resumen Mensual Multianual Caudal Mínimo Mensual (m3/s). Estación Puerto Tejada-Río Palo. Periodo 1969-2004.

Año Caudal Mínimo Mensual (m3/s) – Meses

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

1969 21.2 15.4 10.1 13.8 23.3 20.8 13.8 12.5 7.3 16.3 27.3 20

1970 17.4 19.1 22.9 20.4 25.2 22.9 17.7 15.7 14.7 22.6 59.8 34.7

1971 32.7 36 49.2 38.7 41.4 25.1 17.9 17.9 13.3 13.3 24.7 20.7

1972 24.7 30.1 21.3 26.2 33.5 23.2 16.5 12.7 13 12.7 22.8 20.7

1973 9.9 6.9 7.1 8.2 11.6 13 8.7 13 16.6 16.3 13 40.2

1974 14.2 34.5 31.5 27.7 23.4 18.9 17.6 6 11.3 19.4 31.5 24.4

1975 24.8 12.5 36 22 33 24.4 22 18.5 18.9 18 36 58.6

1976 32.5 34.9 38.8 32 33.9 25.5 15.6 10.9 5.7 14.4 25.1 25.5

1977 11.6 8.7 4.3 11.6 18.1 14.8 8 9 7.2 13.7 20.2 12.8

1978 14.2 5.9 8.9 26.6 19.1 18.7 11.7 8.6 8.6 8.3 11.4 15.1

1979 11.4 8.6 11.4 14.7 19.5 21.4 11.4 8.9 18.7 15.1 39.5 24.2

1980 14.7 27.9 21.4 21.8 18.3 12.7 8.3 6.1 5.6 11.7 11.4 14

1981 9.3 9.5 10.4 12.1 31.5 19.6 10 9.3 8.1 8.3 16.8 19.6

1982 27.6 28 40 40 39.6 21.7 19.4 11.2 9.8 19.4 28.4 28

1983 10.8 9.5 9.5 26.7 28.8 14.4 8.2 9.7 8.2 8.2 12.5 24.2

1984 35.5 34.1 20.2 18.6 35.9 26.4 20.6 14.4 16.3 24.2 41.2 32.6

1985 28.6 25.1 20.6 17.8 25.6 16.6 12.6 11.9 9.9 12.6 26 16.6

1986 19.8 24.2 34.3 30.6 21.1 24.4 11.8 8.7 5 16.6 28.7 18.7

1987 9.8 6.9 6.2 10.5 24.2 11.7 10.9 9 8 16.7 21.6 17.5

1988 15.8 13.8 12 12.8 18.2 20.6 21 15.8 15.6 18.2 34.6 39.9

1989 29.5 35.5 30.8 23.2 22.8 18.7 14.5 9.9 9.9 12.9 20.7 25.7

1990 25.7 21.5 26.2 26.8 26.2 14.5 12.6 7.6 5.4 7.6 15.5 16

1991 11.5 8.6 10.4 20.4 19.8 15.4 11.3 8.3 5.3 9.1 10.6 18

1992 8 9.8 5.3 5.9 9.5 4.3 4.3 4 3.6 6.6 5.4 16.1

1993 18 16.2 14.2 23.5 28.5 17.6 11.4 6.8 7.6 10.7 27.8 33.9

1994 28.1 26.3 32.4 36.6 33.4 26.2 21 18.2 12.4 17 22.8 24.8

1995 15.6 11.6 11.7 17.4 26.4 24 16.5 13.2 9.5 8.7 22 21.4

1996 18.9 34.1 33.7 31.2 39 31.3 24.2 16.6 15.6 22.3 22.8 23.9

1997 40 31.1 29.2 31.4 25.7 22.1 10.2 6.3 5.5 7.8 18.7 12.2

1998 5.8 6.2 3.8 19.6 20.6 21 12.5 7.3 8.3 10.6 24.4 24

1999 43.8 54 56.2 70.8 44.1 44.1 45 40.2 39.8 16.5 37.8 56.9

2000 67.3 40.1 42.9 40.6 40.6 32.6 23.9 24.6 21.7 19.8 25.6 20.2

2001 19.8 15 30.6 15.0 18.2 14.2 6.3 5.8 6 4.5 6.7 23.6

2002 12.2 5.1 5.6 18.8 22.4 23.6 12.6 4 5.1 3.4 9.9 6.8

2003 5 1.8 0.5 6.1 12.6 8.4 1.9 13.2 12.6 13.7 20.2 15.2

2004 12.8 11.8 11.6 13.7 20.7 7.4 14.9 11.4 13.8 10.8 19.9 41.1

5

c) Curva de duración de caudales diarios (CVC). (Informacion_Hidrologica_Taller_I_2015_I.xls)

Figura 2. Curva de Duración de Caudales.

d) Aforos líquidos. Se cuenta con 458 aforos líquidos realizados por la CVC en la sección transversal de la

estación hidrométrica de Puerto tejada, durante el periodo 1988 al 2004.

(Informacion_Hidrologica_Taller_I_2015_I.xls)

e) En la sección transversal correspondiente a la estación Puerto Tejada del río Palo se determinaron las

siguientes relaciones potenciales de geometría hidráulica:

Tabla 4. Relaciones de Geometría Hidráulica Q (m3/s) - Periodo 1983 – 2004.

Pendiente Hidráulica S = 0.0016 Q -0.2767

Rugosidad de Manning n = 0.017 Q -0.0292

Rugosidad de Chezy C = 43.539 Q 0.1081

Cero de mira: 958.515 m.s.n.m

f) Sedimentos. (Informacion_Hidrologica_Taller_I_2015_I.xls)

- Aforos de sedimentos en suspensión. En el período comprendido entre 1988 a 2004 la CVC realizó 92

aforos de sedimentos en suspensión.

1

10

100

1000

0 25 50 75 100

P OR C EN TA J E D E TIEM P O EN QUE UNC A UD A L ES IGUA LA D O O EXC ED ID O (%)

CA

UD

AL

DIA

RIO

(m

³/s)

1945-2003

R IO: P A LO ES TA C ION : P TO TEJ A D A

6

- Resumen de Sedimentos en suspensión total Mensual Multianual.

Tabla 5. Resumen de Sedimentos en Suspensión Total Mensual Multianual (Toneladas). 1988-2004.

Estación Puerto Tejada - Río Palo

Año E F M A M J J A S O N D

1988 11103 8466 14364 50210 30650 44587 63873 11327 16818 49142 361943 239428

1989 84617 114531 158080 31078 75894 20998 22657 4931 14052 20970 71890 209288

1990 79217 121215 75827 78094 75108 18655 20562 4816 1797 52083 62085 80062

1991 14135 5256 49161 31257 63377 13817 14130 21643 15395 10490 35860 29449

1992 8104 14311 3125 8877 6385 4678 10287 3915 4764 3702 25006 57848

1993 89536 22059 24113 91644 93459 22425 10193 3366 7514 23560 241188 117254

1994 99890 111884 100408 184025 94600 53042 29978 16532 10660 32499 110361 52568

1995 16964 7234 18208 40941 42926 34418 27433 15137 3449 61890 32797 55307

1996 60651 95020 384065 88588 84129 41904 33791 8761 6954 45477 37869 65483

1997 483049 34524 98307 69942 40718 41140 23553 5101 8157 13727 66188 18587

1998 2599 7385 8469 55855 152554 42516 18245 3994 8250 24680 169549 88170

1999 400057 396275 288982 305887 186857 83210 2116 54531 66307 52452 132983 268400

2000 308141 254841 155609 124478 127748 91922 42697 24809 26055 34965 131706 32457

2001 13578 7067 46445 12915 26498 8474 6550 5135 8298 39626 68964

2002 22681 4556 12634 148670 60339 58194 11796 6028 2232 18589 30586 100805

2003 5368 3021 18107 33109 18863 17561 10734 11689 7335 111846 60988 64602

2004 68541 3177 4696 61418 39953 8636 9823 3283 1463 54538 45427 70344

g) Sedimentos del lecho. (Informacion_Hidrologica_Taller_I_2015_I.xls)

En la sección correspondiente a la sección topográfica No. 25, correspondiente a la sección hidrométrica de

Puerto Tejada, se tomaron dos (2) muestras con draga tipo Pettersen, así: a. franja izquierda y b. franja

central (tabla 6).

Tabla 6. Resultados análisis Granulométrico muestras material del lecho.

No. Muestra Abscisa (Km)

Peso Total (gr)

Abertura Tamiz (mm) /Peso Retenido Tamiz (gr)

50.8 mm

38.1 mm

25.4 mm

19.05 mm

12.7 mm

9.52 mm

4.76 mm

2.38 mm

1.19 mm

0.6 mm

0.3 mm

0.105 mm

0.075 mm

Peso pasa 200

227 TPa1a Sección 9 489.7 3.2 11.8 55.4 227.7 155.5 31.4 3.20 1.50

228 TPa1b Sección 9 475.5 0.3 8.10 19.00 41.00 130.40 198.4 68.1 8.50 1.70

- Substrato subsuperficial del lecho del río Palo.

7

Cuestionario Taller 1

1. Análisis de caudales extremos en la estación Puerto Tejada localizada sobre el río Palo.

1.1 A partir de los caudales máximos observados determinar las series Máxima Anual, Excedencia Anual y

la serie Promedio Máxima Anual, para el periodo 1969-2004.

Tabla 7. Series de Caudales Máximos. Período 1969-2004

Orden Serie (M)

Serie Máxima Anual Caudal (m3/s)

Serie Excedencia Anual Caudal (m3/s)

Serie Promedia Máxima Anual Caudal (m3/s)

Periodo de Retorno (Años)

= +

8

Proceder a:

- Graficar las respectivas series de caudal de máxima y excedencia anual observadas (ordenada) vs período

de retorno (abscisa) en papel Gumbel.

- Graficar las respectivas series de caudal de máxima y excedencia anual observadas (ordenada) vs el orden

M (abscisas) en papel milimetrado.

Preguntas:

- ¿De acuerdo con los datos de la serie de caudales máximos a que caudal corresponde la creciente media

anual y cuál debería ser su período de retorno?

____________________ m3/s.

9

10

1.2 Para la serie Máxima Anual determinar los caudales máximos de creciente probables para diferentes

períodos de recurrencia a partir de las distribuciones de Gumbel, Gumbel Modificado o Gumbel-Chow y Log

Pearson III.

- Método de Gumbel.

σσ

.n

nyyxx

−+=

(1),

−−=

1r

r

T

TLnLny

(2)

σσ

.

)1

(

n

n

r

r yT

TLnLn

xx

+−

−= (3),

donde:

x = Caudal esperado para un período de retorno dado.

x = Media de la serie de caudales máximos.

y = Variable reducida de Gumbel.

ny y nσ = La media y la desviación estándar de de la variable de Gumbel. Estos

valores dependen del record de la longitud n de la serie (ver tabla A8).

σ = Desviación estándar de la muestra.

- Método de Gumbel modificado.

σ×

+

−×−= 45.0

1.78.0

r

r

T

TLnLnxx

(4)

- Método de Gumbel- Chow.

αµ ×−= 5772.0Q (5), (6),

−−=

1r

r

T

TLnLny (7), yQT ×+= αµ (8), donde:

QT = Caudal esperado para un período de retorno dado.

Q = Media de la serie de caudales máximos.

y = Variable reducida de Gumbel.

ny y nσ = La media y la desviación estándar de de la variable de Gumbel. Estos valores

dependen del record de la longitud n de la serie (ver tabla 1 y tabla A8).

1−nδ = Desviación estándar de la muestra.

= Moda.

= Factor de escala.

1

6−×= nδ

πα

11

Valores de ny y nσ Método de Gumbel

- Método Log-Pearson III.

La distribución de probabilidad de Log-Pearson III presenta los siguientes parámetros a partir de los cuales

se determinan los caudales de crecientes para diferentes períodos de retorno:

N

LogQLogQMediaLog

i∑==)(

1

)()tan(

2

−

−==− ∑

N

LogQLogQSdardSDesviaciónLog

i

LogQ

3

3

))(2)(1(

)()(

LogQ

i

LogQsNN

LogQLogQNgAsimetriadeeCoeficientLog

−−

−==−− ∑

(N = Numero de datos y Qi = Descarga de creciente anual)

12

El valor de la descarga esperada (QTr) para cada período de retorno se puede determinar con la siguiente

ecuación:

)( LogQTrTr SKLogQLogQ += , donde:

KTr = Factor de frecuencia para cada período de retorno

KTr es función de g y Tr, se obtiene de Tabla A6.

13

14

Resultados a presentar:

Se debe presentar un resumen de los resultados obtenidos de acuerdo a las siguientes tablas:

- Método de Gumbel. De las dos columnas (5) o (6) se puede presentar cualquiera de las dos.

Tabla 8. Resultados Caudales probables esperados – Método de Gumbel.

(1) (2) (3) Gumbel

(4)

Gumbel Modificado

(5)

Gumbel Chow (6)

Período de Retorno (Años)

Probabilidad P=(1/Tr))*100

(% )

Variable Reducida de

Gumbel

Caudal de creciente (m3/s)

Caudal de creciente (m3/s)

Caudal de creciente (m3/s)

1.05

1.11

1.25

1.58

2.0

2.33

5

10

25

50

100

200

- Método de Log Pearson III.

Tabla 9. Resultados Caudales probables esperados – Método de Log Pearson III.

(1) (2)

(3) (4) (5)

Período de Retorno (Años)

Probabilidad P=(1/Tr))*100

(%)

Factor Frecuencia

KTr

= (m3/s)

= (m3/s)

1.05

1.11

1.25

1.58

2

2.33

5

10

25

50

100

200

Preguntas:

- Realizar las gráficas caudales de crecientes observados vs caudales probables esperados obtenidos con las

distribuciones de probabilidad aplicada a la serie de máxima anual.

- Cuál de las distribuciones usadas se ajusta mejor a los datos de caudales observados. Justificar o explicar.

15

1.3 A partir del resumen de caudales mínimos históricos registrados en la estación hidrométrica de Puerto

Tejada obtener la Serie Minina Anual.

Tabla 10. Serie Mínima Anual estación Puerto Tejada. Período 1969-2004.

Orden Serie (M)

Caudal (m3/s)

Periodo de Retorno

=

(Años)

Orden Serie (M)

Caudal (m3/s)

Periodo de Retorno

=

(Años)

Realizar la gráfica en papel Gumbel de la serie de caudales extremos mínimos observados vs períodos de

retorno calculados por medio de la distribución de Weibul. Pregunta:

Se desea conocer para un proyecto de navegación fluvial las condiciones hidráulicas del río Palo en la

estación de Puerto Tejada. El ingeniero diseñador del canal de navegación seleccionó como nivel de

reducción el período de recurrencia de 10 años de la serie Mínima Anual. Se pregunta:

Q10 Años = m3/s , B = m, v = m/s , h = m,

Profundidad Mínima disponible para navegación = __________ m. Cero de mira: 958.515 msnm.

957

958

959

960

961

962

963

964

965

966

967

32 37 42 47 52 57 62 67 72 77 82 87 92 97 102 107 112 117 122 127 132 137 142 147

Ele

vaci

on (m

.s.n

.m)

Abscisa (m)

Secciòn Transversal 25. Estaciòn Hidrometrica Puerto Tejada - Corriente Río Palo.

16

1.4 Determinar las relaciones potenciales de geometría hidráulica del caudal Q vs B, D, A, P,v, F, Fr, h,

Sbb, Ss y ST. Presentar gráficas con el respectivo coeficiente de correlación. Presentar los resultados en el

formato que se muestra en la tabla 11.

Tabla 11. Geometría Hidráulica Estación Hidrométrica Puerto Tejada - Río Palo.

Período

Ancho (m) =

Profundidad Hidráulica (m) =

Velocidad (m/s) =

a b R2 c d R2 e f R2

1983 – 2004

Nivel de agua (m) = ! "

Pendiente Hidráulica (m/m) # = $ %

Rugosidad de Manning (s/m1/3) = ! &

r l R2 t z R2 r y R2

0.0016 -0.2767 - 0.017 -0.0292 -

Transporte Total de sedimentos en suspensión (t/día)

'( = ) *

Número de Froude +, = - ./

Rugosidad de Chezy (m1/2/s) 0 = " 1

p j R2 x1 x2 R2 l m R2

43.539 0.1081 -

Relación de Forma 2 = 3 4

Perímetro Mojado (m) 5 =

Área (m2) 6 = / /

k w R2 c1 e1 R2 C2 e2 R2

Transporte Carga de Fondo de sedimentos (t/día)

' = . .

Transporte Carga Total de sedimentos (t/día)

' = ./ .7

x x1 R2 x2 x3 R2

A partir de los 92 aforos de sedimentos en suspensión realizados por la CVC, correspondientes al período

1988-2004, determinar la relación potencial de geometría hidráulica en la estación hidrométrica de Puerto

Tejada: S9 = pQ< , y su correspondiente R2 de correlación.

Presentar las gráficas respectivas, tal como se muestra la correspondiente a la estación hidrométrica de

Juanchito sobre el río Cauca de la variable Q vs Ss.

Ss = 0.0149Q2.2976

R2 = 0.72

10

100

1000

10000

100000

10 100 1000

Tra

nsp

orte

Sed

imen

tos

Su

spen

did

os-

Ss(

Ton

/día

)

CAUDAL Q (m3/s)

17

1.5 Determinar el caudal a banca llena (Qbf) y el caudal dominante (Qd), al igual que sus respectivos

periodos de retorno y su respectiva cota de nivel de agua en m.s.n.m. Cero de mira: 958.515 msnm.

Punto o

nivel de agua

Ancho B

(m)

Máxima Profundidad al Thalweg hMP (m)

Máxima Profundidad al cero de Mira hCM (m)

Relación de Forma

F= B / hMP

a

b

c

d

e

f

g

Caudal (m3/s) Tr

(años)

Cota Superficie Agua.(m.s.n.m.)

Qbf Qd

6

8

10

12

14

16

18

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

F =

B /

hM

P

Profundidad Maxima (m)

Relacion F vs Profundidad Máxima. Estación Puerto Tejada

957.0

958.0

959.0

960.0

961.0

962.0

963.0

964.0

965.0

966.0

967.0

32 37 42 47 52 57 62 67 72 77 82 87 92 97 102 107 112 117 122 127 132 137 142 147

Ele

vaci

on (m

.s.n

.m)

Abscisa (m)

Secciòn Transversal 25. Estaciòn Hidrometrica Puerto Tejada - Corriente Río Palo

18

1.6 A partir de la curva de duración de caudales diarios encontrar los siguientes caudales:

Valores Característicos

Probabilidad de Excedencia

(%)

Datos Curva Duración de Caudales Diaria

(m3/s) Caudal de Aguas

Altas 10

Caudal

Dominante 35

Caudal Medio ?

50 Caudal de Aguas

bajas 90

Caudal Seguro 95 Caudal Mínimo

Registrado 99-100

Si se necesitara suministrar agua para consumo humano de este río en el sector de la estación hidrométrica,

¿cuál sería el caudal seguro que se podría utilizar para este fin?

Si se requiriera el caudal para operar una PCH ¿cuál sería el caudal que se podría utilizar para este fin?

1.7 Calcular las variables hidráulicas de acuerdo con los caudales de la siguiente tabla y dibujar los niveles

de agua para dichos caudales en la correspondiente sección transversal.

Tr (Años)

Q

(m3/s)

B (m)

D

(m)

v

(m/s)

h

(m)

S (m/m)

Fr Ss

1

(t/día)

Sbb2

(t/día)

ST (t/día)

τ

(N/m2)

= Potencia

(w/m2)

Cota Superficie

Agua

(m.s.n.m)

% Carga de Fondo con

respecto a la carga Total

Qmin Tr=10 años

Qd Tr < 1 Año

1.58

2.33

Qbf Tr = ?

10

25

Cero Mira 958.515 m.s.n.m.

1.Aplicar ecuación potencial entre caudal y transporte de sedimentos en suspensión,

2.Aplicar Método de Meyer-Petter_Muller.

Potencia Hidráulica.

22 m

Watt

s

m

m

Nv =×

=×=Ω= τϕ

[ ] vSR ×××=Ω= γϕ [ ]

×××=Ω=A

QSRγϕ

[ ]

×

×××=Ω=hB

QSRγϕ [ ]anchomentesuficienteRìohR −−≅

[ ]

××=

×

×××=Ω=B

SQ

hB

QSh

γγϕ

2

3

3

m

Watt

m

m

m

s

m

m

N

B

SQ=

×

×

=

××=Ω=

γϕ

19

De acuerdo al transporte de sedimentos ¿a qué tipo de forma de transporte corresponde este río?

1.8 Determinar el tipo de cauce del río en el tramo de estudio de acuerdo con los siguientes criterios.

- Métodos de Leopold y Wolman y Lane.

Clasificación del cauce según Lane y Leopold y Wolman

Estación S (m/m)

Q Banca Llena (Pie³/s)

Q Medio Anual (m³/s)

Lane Leopold y

Wolman

Puerto Tejada

Cauce Meándrico

So = (0.0017/2.44) .Q ^ -0.25

Cauce Intermedio

So = (0.01/2.44). Q^ -0.25

Cauce Trenzado

0.00001

0.00010

0.00100

0.01000

0.10000

0.1 1 10 100 1000 10000

Pen

die

nte

del

ca

uce

(m

/m)

Caudal Medio Anual (m3/s)

Clasificación de un cauce aluvial según Lane

20

- De acuerdo a la clasificación por tramos de Lojtin.

Clasificación por Tramos

Tipo de Cauce DS/So Fr

Alta montaña. > 10 > 1

Montaña. > 7 0.7 a 1

Faldas de montaña. > 6 0.45 a 0.7

Intermedio. > 5 0.2 a 0.45

Planicie. Cauce arenoso

a) Río caudaloso.

b) Río poco caudaloso.

> 2

> 1

0.14 a 0.44

0.44 a 0.55

Donde:

DS = Diámetro medio de las partículas del fondo (m).

So = Pendiente hidráulica (m/m).

Fr = Número de Froude.

Dg

vFr

×=

v y D son la velocidad media y el tirante de la corriente asociados al gasto formativo.

Cauce Meándrico

So = (0.06). Q^ -0.44

Cauce Trenzado

0.0001

0.001

0.01

100 1000 10000 100000

Pen

die

nte

del

ca

uce

(m

/m)

Caudal a Banca Llena (pies3/s)

Clasificación de un cauce aluvial según Leopold y Wolman

21

- De acuerdo al transporte de sedimentos según Schumm.

La sinuosidad (P) en el tramo K411+000 A K425+0000 es de 1.91.

El parámetro M el cual corresponde al porcentaje de arcillas y limos en el perímetro, es determinado con la

siguiente expresión según Schumm (1960), cuando la información es disponible.

= >?5× A ?5B× BAC

B, donde:

Pb = Porcentaje de limos y arcillas contenidos en el fondo del lecho o canal principal.

Pt = Porcentaje de limos y arcillas contenidos en los taludes del cauce.

Bb = Ancho en el fondo del lecho o canal principal.

Bt = Longitudes de los taludes del cauce.

La expresión anterior con base a datos de campo, Schumm la logró representar por medio de la siguiente

expresión:

2 = /DD

.FG

Se dice que el fondo de un río esta en equilibrio en presencia de transporte de sedimentos (suspensión y

fondo) cuando no sufre modificación en su profundidad.