Analisis de Maximas Avenidas

UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL ANÁLISIS DE MÁXIMAS AVENIDAS

ASIGNATURA: ASIGNATURA: TACNA – PERU HIDROLOGIA 2015

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA TACNA FACULTAD DE INGENIERIA Contenido

pág. Resumen ............................................ ................................................................... .............................................. .....................................3 ..............3 Introducción .................................................................................................4 1.

2.

3. 4. 5. 6.

OBJETIVOS.............................................................................................5 1.1............................................................ Objeti!" #e$e%&'e" 5 1.2.................................... 1.2.......................................................... ...................... Objeti!" e"(e)i*)!" 5 C+LCULO DEL GASTO ,+-I,O O DE LA AVENIDA ,+-I,A .......6 2.1...................................................................... Ge$e%&'i.&.e" 6 2.2...................................................... O%i#e$ .e '&" &e$i.&" 7 2.3.F&)t!%e" /e i$e$ e$ '& 3!%4&)i$ .e '&" &e$i.&" 7 2.4..................................... I4(!%t&$)i& .e '&" (%e.i))i!$e" 9 2.5............. ,6t!.!" )!4$e" .e (%e.i))i$ .e &e$i.&" 9 2.6. De*$i)i!$e" #e$e%&'e" e$ e' te4& .e '& &e$i.& 478i4& 10 2.7. De*$i)i!$e" #e$e%&'e" e$ e' te4& .e '& &e$i.& 478i4& 10 ,9TODOS DE ESTI,ACIN DE LAS AVENIDAS ,+-I,AS........16 CONCLUSIONES.............................................. ..................................................................... .....................................40 ..............40 RECO,ENDACIONES ..........................................................................41 BIBLIOGRAFIA.....................................................................................42

HIDROLOGIA: ANÁLISIS DE MÁXIMAS AVENIDAS

2


UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA TACNA FACULTAD DE INGENIERIA Contenido

pág. Resumen ............................................ ................................................................... .............................................. .....................................3 ..............3 Introducción .................................................................................................4 1.

2.

3. 4. 5. 6.

OBJETIVOS.............................................................................................5 1.1............................................................ Objeti!" #e$e%&'e" 5 1.2.................................... 1.2.......................................................... ...................... Objeti!" e"(e)i*)!" 5 C+LCULO DEL GASTO ,+-I,O O DE LA AVENIDA ,+-I,A .......6 2.1...................................................................... Ge$e%&'i.&.e" 6 2.2...................................................... O%i#e$ .e '&" &e$i.&" 7 2.3.F&)t!%e" /e i$e$ e$ '& 3!%4&)i$ .e '&" &e$i.&" 7 2.4..................................... I4(!%t&$)i& .e '&" (%e.i))i!$e" 9 2.5............. ,6t!.!" )!4$e" .e (%e.i))i$ .e &e$i.&" 9 2.6. De*$i)i!$e" #e$e%&'e" e$ e' te4& .e '& &e$i.& 478i4& 10 2.7. De*$i)i!$e" #e$e%&'e" e$ e' te4& .e '& &e$i.& 478i4& 10 ,9TODOS DE ESTI,ACIN DE LAS AVENIDAS ,+-I,AS........16 CONCLUSIONES.............................................. ..................................................................... .....................................40 ..............40 RECO,ENDACIONES ..........................................................................41 BIBLIOGRAFIA.....................................................................................42


2


UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA TACNA FACULTAD DE INGENIERIA

RESU,EN

El presente estudio, denominado “ESTUDIO DE MÁXIMAS AVENIDAS EN LAS CUENCAS DE LA VETIENTE DEL !AC"#ICO $ CUENCAS DE LA COSTA SU%, tiene &omo o'(eti)o prin&ipal estimar los &audales e*tr e*trem emos os o &a &aud udal ales es de m+ m+*i *ima mass a)en a)enid idas as en los los ros ros de la Vertiente del !a&-&o Sur . disponer de /erramientas 0ue permitan esta es ta'l 'le& e&er er los los &a &aud udal ales es de dise dise1o 1o para para el dime dimens nsio iona nami mien ento to ade&uado de las in2raestru&turas /idr+uli&as . de una plani-&a&i3n /idrol34i&a ade&uada5 !ara es !ara esti tima marr los los &a &aud udal ales es de &re& &re&id idas as m+ m+*i *ima mass de los los e)en e)ento toss /idrol34i&os . su 2re&uen&ia, se utili6aron t7&ni&as estadsti&as5 #inalmente &on la estima&i3n de estos &audales en los ros de la &osta sur del !er8 se 'us&a pre)enir los desastres al interior de las &uen&as5


3

UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA TACNA FACULTAD DE INGENIERIA


INTRODUCCION El o'(e o'(eto to del del pres presen ente te es es esti tima marr la ma ma4n 4nit itud ud de los los &a &aud udal ales es m+*imos 0ue &on una &ierta pro'a'ilidad se presentaran en las di2erentes &uen&as en estudio9 &on el -n de esta'le&er un plan de pre)en&i3n en las 6onas 6onas inunda'les5 En la ela'ora&i3n del estudio se /a apli&ado t7&ni&as de &+l&ulo /idr /idrom omet eteo eoro rol3 l34i 4i&o &o de a)en a)enid idas as,, 'asa 'asado do en la simu simula la&i &i3n 3n del del pro&eso pre&ipita&i3n$es&orrenta pre&ipita&i3n$es&orrenta a partir de los datos de llu)ia so're la &uen&a . de las &ara&tersti&as 2si&as de la misma5


4

UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA FACULTAD DE INGENIERIA


1;OBJETIVOS 1;1;OBJETIVO GENERAL ________________________ •

Des&ri'ir, e)aluar . &uanti-&ar los pro&esos /idrol34i&os en perodos de a)enidas en las &uen&as de la )ertiente del !a&-&o en la 6ona Sur del pas5

1;2;OBJETIVOS ESPEC
•

•

•

Des&rip&i3n de las &ara&tersti&as mor2ol34i&as de las &uen&as5 Des&rip&i3n de los pro&esos &limatol34i&os 0ue ori4inan la o&urren&ia de los &audales m+*imos5 Des&rip&i3n . E)alua&i3n del &omportamiento de las pre&ipita&iones . trans2orma&i3n Llu)ia$&audal en la &uen&a . su'$&uen&as5 Determina&i3n de &audales m+*imos para di2erentes periodos de retorno5


5



2;C+LCULO DEL GASTO ,+-I,O O DE LA AVENIDA ,+-I,A: 2;1;Ge$e%&'i.&.e" _________________

En 4eneral la apli&a&i3n de la :idrolo4a Super-&ial en el dise1o, &onstru&&i3n . opera&i3n de una o'ra /idr+uli&a, se puede resumir en en&ontrar la solu&i3n a las si4uientes tres &uestiones; <= De 0u7 &antidad de a4ua se dispone en la &orriente . &u+les son sus propiedades 2si&as5 >= Cu+nto )olumen de material s3lido transporta la &orriente5 ?= Cu+l es la ma4nitud de las a)enidas o &re&idas en la &orriente . &u+ndo se presentan5 Es la ter&era pre4unta la m+s di2&il de &ontestar, la 0ue ma.or in2orma&i3n re0uiere para ser e)aluada . 0ui6+, la m+s importante, so're todo en o'ras o estru&turas /idr+uli&as &u.o -n sea dar paso o &ontrolar el a4ua pro)eniente de tales a)enidas5 Son e(emplos de di&/as estru&turas; las o'ras de e*&eden&ias @)ertedores, en las presas de alma&enamiento, &ontrol o deri)a&i3n, los puentes . al&antarillas, los di0ues de en&au6amiento, los 'ordos de de2ensa, los sistemas de drena(e ur'ano, a4r&ola . de aeropuertos, re&ti-&a&i3n de &au&es, et&5 Las &itadas estru&turas son &om8nmente mu. &ostosas . su 2alla por mal pro.e&to &ausara 4ra)es da1os materiales, interrup&i3n de los ser)i&ios p8'li&os . 0ui6+, la p7rdida de )idas /umanas5 !or otra parte, los terrenos de las /orillas de los ros, 4eneralmente 27rtiles, /an mar&ado una tenden&ia a &ulti)arlos . a &onstruir )i)iendas e industrias en ellos, i4norando o despre&iando el ries4o de inunda&i3n . destru&&i3n por las a)enidas po&o 2re&uentes o m+*imas del ro5 A este respe&to sera &on)eniente reali6ar la ri4urosa delimita&i3n de los &au&es de a)enida . la &onstru&&i3n de o'ras de de2ensa 0ue e)iten los da1os5 Adem+s &on)iene &onsiderar 0ue aunado al poten&ial de da1os propios de las a)enidas ori4inadas por los &i&lones, se tiene la edi-&a&i3n en &au&es . la in)asi3n de llanuras de HIDROLOGIA: ANÁLISIS DE MÁXIMAS AVENIDAS

6



inunda&i3n 0ue restan &apa&idad de &ondu&&i3n . alma&enamiento a los ros, ori4inando remansos 0ue aumentan las p7rdidas por inunda&i3n . por otra parte, en el dise1o de puentes, 'ordos de prote&&i3n . represas no se /an &onsiderado en el pasado los e2e&tos de estas o'ras en las a)enidas5 De lo anterior, se dedu&e la 4ran importan&ia de un estudio amplio . ra&ional de las a)enidas m+*imas pro'a'les de un ro, en espe&ial el &+l&ulo . e)olu&i3n de las a)enidas de pro.e&to en un em'alse, en lo 0ue respe&ta a la se4uridad de la o'ra . al e2e&to so're la a)enida, atenu+ndola5

2;2;O%i#e$ .e '&" &e$i.&" __________________________

En t7rminos 4enerales, las a)enidas m+*imas se pueden &lasi-&ar de a&uerdo a las &ausas 0ue las 4eneran, en las tres &lases si4uientes; <5 A)enidas M+*imas de !re&ipita&iones L0uidas5 >5 A)enidas M+*imas de !re&ipita&iones S3lidas5 ?5 A)enidas M+*imas Mi*tas . ori4inadas por otras &ausas5

L&" &e$i.&" 478i4&" .e' (%i4e% #%(! son las m+s &omunes . tienen, so're todo, &omo ori4en, tormentas e*traordinarias por su intensidad, dura&i3n, e*tensi3n . repeti&i3n5 A' "e#$.! #%(! &orresponden las a)enidas &u.o ori4en se de'e a la 2usi3n de la nie)e . al alma&enamiento . des&on4ela&i3n del /ielo5 De$t%! .e' te%)e% #%(! est+n las a)enidas 0ue se en4endran por e2e&tos simult+neos de las a)enidas antes des&ritas . las ori4inadas prin&ipalmente por ruptura de presas naturales . arti-&iales . por la mala opera&i3n de las &ompuertas de un em'alse5

2;=;F&)t!%e" /e i$e$ e$ '& 3!%4&)i$ .e '&" &e$i.&" _____________________________________________________________


7



Los )ariadsimos 2a&tores 0ue inBu.en en la 2orma&i3n de una a)enida, se pueden a4rupar de una manera 4eneral en los tres 4rupos si4uientes; a #a&tores CLIMÁTICOS, ' #a&tores EOMO#OLICOS, & #a&tores EXTA:IDOLOICOS . OAS ATI#ICIALES5 Dentro de los 2a&tores &lim+ti&os el m+s importante es sin duda la TOMENTA, siendo las &ara&tersti&as de ella 0ue se de'en de tomar en &uenta, las si4uientes; tipo, dura&i3n, e*tensi3n . 2re&uen&ia o perodo de retorno, inter)ienen adem+s; la situa&i3n . &ontinentalidad de la &uen&a . la oro4ra2a de la re4i3n5

L!" !t%!" 3&)t!%e" )'i47ti)!" son la INTECE!CIN 0ue se de'e a la )e4eta&i3n . 0ue es &ondi&ionada por el )iento, .a 0ue este impide la a&umula&i3n e*&esi)a del a4ua en las /o(as9 la IN#ILTACIN 0ue es 2un&i3n de los suelos . su &o'ertura . de la 4eolo4a de la &uen&a . por 8ltimo, la EVA!OACIN . la TANS!IACIN5 E$ '!" 3&)t!%e" #e!4!%3!'#i)!" se in&lu.en todas las &ara&tersti&as de la &uen&a . su red de drena(e, &omo son; ma4nitud, orienta&i3n . 2orma de la &uen&a9 lon4itudes, pendientes . se&&iones de los &au&es9 la4os . em'alses en la &uen&a5 L!" 3&)t!%e" e8t%&>i.%!'#i)!" son a0uellos &omo los desli6amientos de laderas, &omo es el &aso de la De2ensa ri'ere1a del ro se&o en Ta&na @de la &ual in&lusi)e se /i6o una pel&ula, 2orma&i3n de 'arreras naturales en ros . los 4la&iales5 !or 8ltimo, las o'ras arti-&iales en la &uen&a, l34i&amente modi-&an las a)enidas, pudiendo ser sus e2e&tos positi)os o ne4ati)os9 dentro de las o'ras arti-&iales se tienen; &ulti)os . 'os0ues, puentes, em'alses, en&au6amientos, et&5


8



2;?;I4(!%t&$)i& .e '&" (%e.i))i!$e"; _____________________________________

En la a&tualidad, la predi&&i3n /idrol34i&a es uno de los aspe&tos m+s importantes de la llamada :idrolo4a Apli&ada5 Las predi&&iones /idrol34i&as son de )ital importan&ia en &one*i3n &on la re4ula&i3n ra&ional del es&urrimiento normal . e*traordinario @a)enidas, el rie4o, los suministros de a4ua pota'le . la 4enera&i3n de ener4a el7&tri&a5 Los a)isos o predi&&i3n de a)enidas son importantsimos en &ual0uier parte donde las a)enidas &ausan da1os materiales a po'la&iones ur'anas, rurales . en la &onstru&&i3n de o'ras HIDROLOGIA: ANÁLISIS DE MÁXIMAS AVENIDAS

9



/idr+uli&as . donde desor4ani6an las a&ti)idades normales . amena6an la )ida /umana5 !or 8ltimo, &on)iene desta&ar la 4ran importan&ia 0ue tienen las predi&&iones de a)enidas, &on el o'(eto de utili6ar ade&uadamente los )ol8menes . planear la polti&a de opera&i3n de las &ompuertas para el me(or &ontrol5 !or otra parte, la e)a&ua&i3n de los 4astos de'e &oordinarse &on los des2o4ados por otros em'alses de la &uen&a . &on los .a &ir&ulantes en los tramos de ro no &ontrolado, para 0ue no se produ6&an 4astos superiores a los naturales, de'ido a la simultaneidad de los )ertidos, lo anterior, se podr+ lle)ar a &a'o si se dispone de un 'uen sistema de pron3sti&o de las a)enidas5

2;5;,6t!.!" )!4$e" &e$i.&";

.e

(%e.i))i$

.e

____________________________________________________

En resumen, el &ono&imiento anti&ipado de las a)enidas, permite utili6ar el inter)alo de tiempo 0ue trans&urre entre la predi&&i3n . su lle4ada, para alertar a la po'la&i3n . adoptar medidas de se4uridad, &on lo &ual se e)itan o &ontrarrestan los da1os5 !or otra parte, la e-&a&ia de la predi&&i3n es 2un&i3n de su pre&isi3n &uantitati)a . de la anti&ipa&i3n &on la 0ue se da el a)iso5 Am'as &ara&tersti&as de la predi&&i3n dependen de la naturale6a de los datos utili6ados o de apo.o, pudiendo ser @e*&lu.endo el r74imen ni)oso; < e4istros de 4astos a4uas arri'a del sitio del pron3sti&o5 > e4istros de pre&ipita&iones, ? !redi&&i3n de pre&ipita&iones5 Las predi&&iones m+s pre&isas son las 0ue m+s se pueden anti&ipar en su a)iso @&uen&as 4randes . desa2ortunadamente, las menos pre&isas son las 0ue s3lo se pueden pronosti&ar a menor pla6o @&uen&as pe0ue1as5

2;@;De*$i)i!$e" #e$e%&'e" e$ e' te4& .e '& &e$i.& 478i4& _______________________________________________________________


10



Se &itan a &ontinua&i3n &iertas de-ni&iones so're a)enidas @&re&ientes . 4astos m+*imos, 0ue ser+n utili6adas en el desarrollo del tema;

& AVENIDA: Ele)a&i3n r+pida . &om8nmente 're)e del ni)el de las a4uas @. por lo tanto del 4asto, en un ro, /asta un m+*imo desde el &ual di&/o ni)el des&iende a menor )elo&idad5 #en3menos naturales 0ue suelen &ausar 4randes da1os9 A)enida, &re&ida o riada; 2en3meno /idrometeorol34i&o9 Las A)enidas pueden &ausar roturas de di0ues o e*&eder &apa&idad de &ondu&&i3n de los &au&es, produ&iendo inunda&iones5

A)enidas &ausan da1os de dos tipos; de'idos a 2uer6a de &orriente durante &re&ida @a&&i3n din+mi&a, tal &omo erosi3n de 'ase de un puente9 o por des'orde de a4uas, 0ue produ&e inunda&iones5


11



Las A)enidas s3lo pueden des&ri'irse, en &uanto a su o&urren&ia, en t7rminos pro'a'ilsti&os5

Cada a)enida est+ aso&iada a una pro'a'ilidad de o&urren&ia5

L&" Ae$i.&" (e.e$ .e*$i%"e )!4!: La ele)a&i3n r+pida @s8'ita . 're)e del ni)el del a4ua /asta un m+*imo, desde el 0ue des&iende a menor )elo&idad5 El Caudal relati)amente alto, medido en 4asto o ni)el de a4ua, para un determinado inter)alo de tiempo5 La Cre&iente de un &urso de a4ua ori4inada por 4randes llu)ias5


12



La Ele)a&i3n temporal . m3)il del ni)el de a4ua en un &urso de a4ua o en un la4o5

Desde tiempos inmemoriales, las a)enidas son una amena6a peri3di&a en todo el mundo5

Tam'i7n se /an puesto en pr+&ti&a medidas tendientes a e)itar o disminuir 4randes estra4os produ&idos por las a)enidas5


13



S!$ (%!.)t! .e F !re&ipita&i3n F 2usi3n de nie)e F rotura de 'arra4es5

'&:

C7'e" "!$ '&" %&!$e" .e' e"t.i! .e )&.&'e" .e &e$i.& $ Dimensionamiento /idr+uli&o $ !laneamiento de o'ras de de2ensas $ Opera&i3n de sistemas de prote&&i3n5 G &onser)a&i3n5

b PICO DE AVENIDA: Valor m+*imo del 4asto a ni)el de las a4uas durante la a)enida, tam'i7n llamado a)enida m+*ima instant+nea5 !ueden presentarse )arias en un a1o5 ) CRECIDAS: C!4! e" /e "e e&'& e' %ie"#! .e $& )%e)i.& e$ $ .ete%4i$&.! e"(&)i! #e!#%7*)! HIDROLOGIA: ANÁLISIS DE MÁXIMAS AVENIDAS

14


H De-ni&i3n &ausas


de

H Compila&i3n de datos $ re4istros /ist3ri&os H E)alua&i3n peli4ro )ulnera'ilidad

de .

H E)alua&i3n del ries4o5

6 ti(!" .e (%!te))i$ $!%4&'4e$te "e "&$ )!$t%& '&" )%e)i.&"    

&onstru&&i3n de di0ues &onstru&&i3n de &ompuertas aumento de se&&i3n del ro restaura&i3n de 6onas de prote&&i3n

. HIDROGRA,A DE LA AVENIDA: r+-&a 0ue representa la )aria&i3n en el tiempo del 4asto de la a)enida5


15



e PERIODO DE RETORNO: Se de-ne el periodo de retorno, Tr, de un e)ento de &ierta ma4nitud &omo el tiempo promedio 0ue tras&urre entre la o&urren&ia de ese e)ento &on la misma ma4nitud5 Se de-ne tam'i7n &omo el tiempo 0ue trans&urre para 0ue un e)ento sea e*&edido o i4ualado, al menos una )e6 en promedio5 Si ! es la pro'a'ilidad de e*&eden&ia, enton&es;

3 RIESGO HIDROLGICO: Sup3n4ase 0ue se &al&ula un &ierto &audal para el periodo de retorno de JK a1os, enton&es la pro'a'ilidad de 0ue se produ6&a di&/o &audal este a1o ser+ de K5K> @<JK5 Si este a1o no se produ&e di&/o &audal, la pro'a'ilidad de 0ue se produ6&a el a1o si4uiente si4ue siendo K5K>5 En &ual0uier a1o la pro'a'ilidad es K5K>5 Sur4e una pre4unta; Cual es la pro'a'ilidad de 0ue se presente di&/o &audal durante los pr3*imos n a1os; !ro'a'ilidad de 0ue un su&eso de periodo de retorno T se presente este a1o; 1T 5


16



!ro'a'ilidad de 0ue un su&eso de periodo de retorno T NO se presente este a1o; 11T 5 !ro'a'ilidad de 0ue un su&eso de periodo de retorno T NO se presente en dos a1os; @ 11T  @ 11T; !ro'a'ilidad de 0ue un su&eso de periodo de retorno T NO se presente en n a1os; @ 11T n; !ro'a'ilidad de 0ue un su&eso de periodo de retorno T SI se presente en n a1os; 111T n; Enton&es la pro'a'ilidad de 0ue si se presente al4una )e6 un su&eso /idrol34i&o &on periodo de retorno de T durante los pr3*imos n a1os se denomina ies4o5

Tr; !eriodo de etorno5 n !eriodo de )ida de dise1o de la estru&tura5

# HIDROGRA,A UNITARIO: Un /idro4rama de es&urrimiento de una tormenta en un punto dado, resultado de un a&onte&imiento aislado de pre&ipita&i3n en e*&eso, o&urriendo dentro de un tiempo unitario . distri'uido en 2orma uni2orme en la &uen&a5 > HIDROGRA,A UNITARIO SINT9TICO: :idro4rama unitario 'asado en e*presiones 0ue rela&ionan &ara&tersti&as 2si&as de la &uen&a &on sus aspe&tos 4eom7tri&os5 i TIE,PO DE CONCENTRACIN: !erodo de tiempo ne&esario para 0ue el es&urrimiento de una tormenta Bu.a desde el punto m+s ale(ado de la &uen&a de drena(e a la salida de la misma5 j PROBABILIDAD: La pro'a'ilidad de o&urren&ia de un 2en3meno en /idrolo4a puede &itarse de )arias 2ormas; El e)ento /idrol34i&o posee una pro'a'ilidad de o&urren&ia del >5 HIDROLOGIA: ANÁLISIS DE MÁXIMAS AVENIDAS

17



El e)ento /idrol34i&o se presenta una )e6 &ada
=;,9TODOS DE ESTI,ACIN DE LAS AVENIDAS ,+-I,AS; =;1;Ge$e%&'i.&.e": _________________

:asta /a&e po&o, los es2uer6os para pronosti&ar a)enidas &entra'an su inter7s 8ni&amente en la des&ar4a m+*ima de la a)enida, rela&ionando la o&urren&ia del 4asto pi&o &on los par+metros meteorol34i&os . -sio4r+-&os de una &uen&a5 En la a&tualidad se &uenta &on m7todos m+s &ompletos 0ue &onsideran la presen&ia de distintas &ondi&iones meteorol34i&as5 La prin&ipal utilidad de los m7todos para la predi&&i3n de a)enidas, radi&a en 0ue al tener una idea anti&ipada de las a)enidas 0ue est+n por o&urrir, es posi'le apro)e&/ar al m+*imo los me&anismos de &ontrol, &omo en el &aso de presas5 La a)enida 0ue m+s interesa &ono&er para la prote&&i3n de las o'ras /idr+uli&as . asentamientos en los )alles 0ue atra)iesa un ro, es la m+*ima instant+nea5 Se entiende por 2orma de la a)enida, la distri'u&i3n de los por&enta(es respe&to al 4asto m+*imo de los 4astos &orrespondientes a los tiempos trans&urridos a partir del momento en 0ue se ini&ia la a)enida, el perodo de retorno @Tr, sir)e para &ono&er el 4asto m+*imo &on el &ual se pro.e&tar+n las o'ras /idr+uli&as men&ionadas a lo lar4o del &urso, eli4iendo el perodo de retorno m+s ade&uado tomando en &uenta la )ida 8til de la o'ra, as &omo su aspe&to e&on3mi&o5 !ara la estima&i3n de una a)enida m+*ima se dispone de )ariadsimos m7todos de &+l&ulo, mismos 0ue pueden ser a4rupados en t7rminos 4enerales en orden de importan&ia &re&iente @4aranta5

=;2;,6t!.!" .i%e)t!": ____________________


18



Cuando no e*isten datos medidos en 6ona de inter7s9 #i(ar u o'ser)ar mar&as de(adas por posi&i3n del ni)el m+*imo en &au&e o por in2orma&i3n de po'ladores m+s anti4uos de 6ona, so're ma4nitud de m+*ima a)enida re4istrada . a1o de o&urren&ia5 Con ni)el m+*imo @mar&a, se estima )alor de a)enida, midiendo +rea de se&&i3n trans)ersal . pendiente del &au&e . uso de 23rmulas /idr+uli&as empri&as @23rmula de Mannin45

=;=;,6t!.!" e4(%i)!": ____________________

#3rmulas empri&as 0ue rela&ionan &audal m+*imo &on +rea de &uen&a . otros par+metros /idrol34i&os . 4eomor2ol34i&os

,6t!.! %&)i!$&': Este m7todo &onsiste en rela&ionar en 2orma dire&ta un &ierto &oe-&iente de es&orrenta @C, una intensidad de llu)ia de dise1o @I . un +rea aportante @A5

C!e*)ie$te .e e")!%%e$t&: %&$ e$t%e e")!%%e$t&  (%e)i(it&)i$ t!t&' Caudal máximo ocurre cuando la duración de ormena i!uala al iem"o de concenración

E$ 7%e&" 4i8t&" "e .ebe )&')'&% e' )!e*)ie$te .e e")!%%e$t& 4e.i! (!$.e%&.! e$ 3$)i$ .e' ti(! .e "e'! !)(&)i$ e i$)'i$&)i$ : ____________________ HIDROLOGIA: ANÁLISIS DE MÁXIMAS AVENIDAS

19



Tiempo de concentración Tiem"o de concenración de una cuenca# 

Tiem"o nece$ario "ara %ue oda $u área conri&u'a a la



e$corren(a $u"er)cial en la $ección de $alida* Tiem"o nece$ario "ara %ue una !oa de %ue el a!ua ca(da en un "uno+ ,idráulicamene má$ ale-ado de la cuenca+ lle!ue a la $ección de $alida*

Tiempo de concentración: formulas


20



I$te$"i.&. .e (%e)i(it&)i$ Determina&i3n de intensidad m+*ima de pre&ipita&i3n para una dura&i3n de pre&ipita&i3n i4ual al tiempo de &on&entra&i3n de &uen&a, puede o'tenerse a tra)7s de &ur)as de intensidad F dura&i3n F 2re&uen&ia, para tiempo de re&urren&ia de-nido5

c . // "ara T . 011 a2o$ c . 31 "ara T . 311 a2o$ c . 44 "ara T . 0111 a2o$


21



Otras 23rmulas empri&as #3rmula de #orti ) !m+*5  PKK mmda ) !m+*5  >KK mmda A  +rea de &uen&a @Qm >

A . área de cuenca 56m78 c . coe)ciene 5enre /1 ' 0118

=;?;,6t!.!" >i.%!'!#i)!": Se deermina ,idro!rama de e$corren(a $u"er)cial en "uno de de$a!9e de una cuenca+ a "arir de ,idro!rama$ corre$"ondiene$ a ormena$ caracer($ica$ ca(da$ $o&re la mi$ma*

idro!rama de escorrent"a directa


22



#omponentes del $idro!rama :idro4rama de a)enida se di)ide en; $ $

Es&orrenta dire&ta5 #lu(o 'ase5 #lu(o 'ase;  

Contri'u&i3n de a4ua su'terr+nea a &orriente5 elati)amente m+s importante en &uen&as 4randes

Separa&i3n de Bu(o 'ase M7todo <; #lu(o 'ase  &onstante, i4ual a la des&ar4a m+s 'a(a antes de la tormenta5 M7todo >; E*tender re&esi3n del Bu(o 'ase, 'a(o el pi&o, lue4o del punto de inBe*i3n5


23



Hi.%!#%&4& .e &e$i.&

De*$i)i$ .e >i.%!#%&4& $it&%i!


24



:idro4rama de es&orrenta dire&ta 0ue resulta de < pul4ada @3 < &m de e*&eso de pre&ipita&i3n, 0ue o&urre uni2ormemente so're &uen&a durante una dura&i3n espe&-&a de tiempo5

De%i&)i$ .e UH Separar Bu(o 'ase para determinar /idro4rama de a)enida •

Determinar )olumen de /idro4rama de a)enida en l+mina @&m di)idiendo total de es&orrenta dire&ta por +rea de

•

&uen&a Di)idir ordenadas de /idro4rama por l+mina de es&orrenta

•

dire&ta Determinar dura&i3n se48n /ieto4rama

De%i&)i$ .e UH: ____________________

• •

• •

Separar Bu(o 'ase para determinar /idro4rama de a)enida5 Determinar )olumen de /idro4rama de a)enida en l+mina @&m di)idiendo total de es&orrenta dire&ta por +rea de &uen&a5 Di)idir ordenadas de /idro4rama por l+mina de es&orrenta dire&ta5 Determinar dura&i3n se48n /ieto4rama5


25



DEFINICIONES: ____________________


26



Tr; dura&i3n de llu)ia5 Tp; tiempo entre mitad de llu)ia . el instante de pi&o5 Tp; instante de pi&o Tp = tr / 2+ tp

HIDROGRA,A UNITARIO SINTETICO: Cuando no se &uenta &on datos para ela'ora&i3n del :U, puede o'tenerse un :U estimado o :U sint7ti&o, mediante los m7todos; F :US de Sn.der F :US SCS Sn.der de-ni3 el /idro4rama unitario est+ndar &omo a0uel &u.a dura&i3n de llu)ia tr est+ ela&ionada &on el retardo de &uen&a tp por; Tp  J5J tr

HUS DE SNKDER: HIDROLOGIA: ANÁLISIS DE MÁXIMAS AVENIDAS

27



HIDROGRA,A DEL SCS M7todo sint7ti&o desarrollado para pe0ue1as &uen&as rurales en EUA5  #ormas de /idro4rama; trian4ular @simpli-&ado . adimensional  Ampliamente utili6ado en &uen&as ur'anas5 

HUS SCS HIDROLOGIA: ANÁLISIS DE MÁXIMAS AVENIDAS

28



!; llu)ia total !e; llu)ia e*&edente Ia; in-ltra&i3n ini&ial #a; in-ltra&i3n antes de ini&io de es&orrenta super-&ial dire&ta S; in-ltra&i3n poten&ial m+*ima

FIGURA SCS HIDROLOGIA: ANÁLISIS DE MÁXIMAS AVENIDAS

29



Com'inando am'as e&ua&iones . despe(ando !e;

Estudiando resultados de di)ersas &uen&as, SCS tiene la si4uiente rela&i3n; Ia  K,>RS Su'stitu.endo en e&ua&i3n anterior;


30



Se plotea )alores de ! . !e para di)ersas &uen&as, SCS &onstru.e &ur)as mostradas en -4ura;

SCS &re3 un par+metro adimensional denominado CN @“&ur)a n8mero%, 0ue posee las si4uientes propiedades; 0  CN M 100 para +reas impermea'les CN 
El N8mero de &ur)a CN e in-ltra&i3n poten&ial S est+n rela&ionados a tra)7s de si4uiente e*presi3n;


31



RESULTADOS DE VARIOS ,ETODOS DE HU

ANALISIS REGIONAL Trans2eren&ia de &uen&as &on in2orma&i3n de des&ar4as m+*imas a otras 0ue no &uenten &on di&/a in2orma&i3n5 Se 'us&a rela&i3n entre des&ar4as m+*imas . &ara&tersti&as 4eomor2ol34i&as de &uen&as, de &omportamiento /idrol34i&o similar, por &orrela&i3n m8ltiple;

4  3A H P I D. m  &audal m+*imo9 A  +rea de &uen&a9 !  permetro de &uen&a9 I  pendiente del &au&e prin&ipal9 Dd  densidad de drena(e5


32



D ,ETODOS ESTADISTICOSPROBABILISTICOS 



Es la Estima&i3n de m+*ima a)enida a partir de series de &audales m+*imos, mediante an+lisis de 2re&uen&ias . a(uste de 2un&iones de distri'u&i3n de pro'a'ilidades te3ri&as5 !or ello, al i4ual 0ue en el planeamiento . dise1o de pro.e&tos /idr+uli&os, es ne&esario &onsiderar 0ue di2erentes e)entos /idrol34i&os son 4o'ernados por le.es del a6ar, donde; Varia'les /idrol34i&as  )aria'les aleatorias @&omportamiento no puede prede&irse &on &ertidum're5

ESTAD%STI#A ID&'L()I#A * ANÁLISIS DE +&E#,EN#IA El Comportamiento de una )aria'le aleatoria est+ des&rito por una le. de pro'a'ilidades, 0ue pueden ser dis&retas @toma un )alor espe&-&o o &ontinuas @toma )alor dentro de un ran4o5 Los !ro&esos /idrol34i&os e)olu&ionan en el tiempo . en el espa&io &omo pro&esos determinsti&os @prede&i'les o &omo pro&esos aleatorios @imprede&i'les5 La Estadsti&a /idrol34i&a se &entra en an+lisis de pro&esos . )aria'les aleatorias9 &on ello, /idrolo4a se preo&upa de o&urren&ia, des&rip&i3n . an+lisis de e)entos e*tremos5

PROBABILIDAD Una )aria'le aleatoria X es una )aria'le des&rita por una distri'u&i3n de pro'a'ilidad, la 0ue determina la posi'ilidad de 0ue una o'ser)a&i3n Xi se en&uentre en un ran4o espe&i-&ado de X5  

La pro'a'ilidad de un e)ento A, !@A9 es la posi'ilidad de 0ue 7ste o&urra &uando se /a&e una o'ser)a&i3n de la )aria'le aleatoria5 Esta puede estimarse en 2un&i3n del &+l&ulo de la 2re&uen&ia relati)a @nan5 Es importante se1alar 0ue pro'a'ilidades estimadas, utili6ando in2orma&i3n muestral, son s3lo apro*ima&iones de'ido a 0ue dependen de )alores espe&-&os de o'ser)a&iones en una muestra de tama1o limitado5


33



Lo 0ue &om8nmente se utili6a es a(ustar una 2un&i3n de distri'u&i3n de pro'a'ilidad a in2orma&i3n . lue4o determinar pro'a'ilidades de e)entos utili6ando di&/a 2un&i3n a(ustada5

FUNCIN DE DENSIDAD 

Con una )aria'le aleatoria &ontinua, &are&e de sentido determinar pro'a'ilidad de 0ue asuma un )alor * dado, .a 0ue en &ual0uier inter)alo e*isten in-nitos )alores posi'les . por tanto; !@*  N8mero de &asos 2a)ora'les N8mero de &asos posi'les  K



En &onse&uen&ia para des&ri'ir distri'u&i3n de una )aria'le &ontinua, se utili6a 2un&i3n de densidad 2@*, 0ue propor&iona pro'a'ilidad de 0ue * pertene6&a a un inter)alo @a,' dada &omo +rea 'a(o &ur)a entre a . '5

AN+LISIS DE FRECUENCIA !erodo de retorno de un e)ento XiXT, es tiempo promedio @o re&urren&ia promedio entre o'ser)a&iones donde se &umple 0ue XiXT5  Sea X<, X>, X?,555, XN, una muestra de N a1os de o'ser)a&iones @o&urren&ias p5e5 de &audales m+*imos5  Se esta'le&e el e)ento “&audal m+*imo anual ma.or o i4ual 0ue XT“, 0ue se produ&e en M o&asiones5  Es lo mismo de&ir 0ue &audales m+*imos anuales o'ser)ados en M a1os de la serie de N a1os, &oin&iden o e*&eden &on XT5  Enton&es, a1os de o&urren&ia del e)ento M, de-nen M$< inter)alos entre e)entos5 

ANÁLISIS DE +&E#,EN#IA •

A$(+ el iner:alo de ocurrencia "romedio o "er(odo de reorno T del e:eno de)nido e$ará deerminado "or#


34



P%!b&bi'i.&.  (e%!.! .e %et!%$!: En una muestra &ompuesta por )alores de Xi, e*isten dos posi'ilidades para &ada o'ser)a&i3n; <5 XiXT, posi'ilidad 0ue se le asi4na una pro'a'ilidad !5 >5 XiXT, posi'ilidad 0ue se asi4na una pro'a'ilidad @<$!5

A$7'i"i" .e 3%e)e$)i& La !ro'a'ilidad ! de un e)ento XiXT, es la posi'ilidad de 0ue 7ste o&urra &uando se /a&e una o'ser)a&i3n Xi de una )aria'le aleatoria X5 E*presi3n del perodo de retorno  en 2un&i3n de pro'a'ilidad ! de e*&eden&ia de una o'ser)a&i3n Xi )iene dada por;

La !ro'a'ilidad de 0ue una o'ser)a&i3n e*&eda el )alor XT est+ determinada por la in)ersa de la e&ua&i3n anterior;

A$7'i"i" .e 3%e)e$)i&" 3&)t!%e" .e 3%e)e$)i&

ti'i&$.!

La Ma4nitud XT de un e)ento /idrol34i&o e*tremo puede representarse mediante la E&ua&i3n de #re&uen&ia, 0ue &onsidera la media m m+s una des)ia&i3n W*T de la )aria'le &on respe&to a la media;

La Des)ia&i3n &on respe&to a la media, puede i4ualarse al produ&to de la des)ia&i3n est+ndar s . el 2a&tor de 2re&uen&ia T, 0ue es 2un&i3n del perodo de retorno . del tipo de 2un&i3n de pro'a'ilidad a utili6arse5 Enton&es; HIDROLOGIA: ANÁLISIS DE MÁXIMAS AVENIDAS

35



!uede apro*imarse mediante;

Si la )aria'le anali6ada es .  lo4 *, se apli&a el mismo m7todo a las estadsti&as para los lo4aritmos de los datos, utili6ando;

. )alor re0uerido de X T se en&uentra &on antilo4 .T5 El An+lisis de 2re&uen&ias se ini&ia &on la determina&i3n de los par+metros estadsti&os5 !ara un perodo de retorno dado, el 2a&tor de 2re&uen&ia se determina de la rela&i3n  T $ T, para la distri'u&i3n propuesta9 el )alor de X T se estima mediante e&ua&iones de 2re&uen&ia, respe&ti)as5

P%eb& .e !'4!#!%!S4i%$! Asimila&i3n de datos o'ser)ados de una )aria'le, a una 2un&i3n matem+ti&a pre)iamente esta'le&ida . re&ono&ida5 !ara la apli&a&i3n del test se &omien6a por determinar la 2re&uen&ia o'ser)ada a&umulada5 !ara ello se ordenan los datos re&ole&tados de menor a ma.or . se apli&a si4uiente 23rmula;

Es mu. &om8n tam'i7n ordenar los datos de ma.or a menor5

F$)i!$e" .e .i"t%ib)i$ (%!b&bi'i.&.e" te%i)&"

.e

Las #un&iones de distri'u&i3n de pro'a'ilidades te3ri&as 0ue m+s se a(ustan a las series de &audales m+*imos son; Distri'u&i3n Lo4normal; )aria'le aleatoria @. lo4 * est+ distri'uida en 2orma normal9 Distri'u&i3n de )alor e*tremo, um'el Distri'u&i3n lo4$!earson tipo III; )aria'le lo4 * si4ue la distri'u&i3n !earson Tipo III5


36



Di"t%ib)i$ $!%4&' La m+s importante de las distri'u&iones &ontinuas es la distri'u&i3n normal o de Lapla&e$auss, tanto por 2re&uen&ia &on 0ue se en&uentra &omo por su apli&a&i3n te3ri&a5 La #un&i3n de densidad es;

Sus par+metros son;  Q; No es mu. usada de'ido a 0ue la in2orma&i3n /idrol34i&a 0ue se mane(a tiende a ser asim7tri&a5

Una re4la empri&a indi&a 0ue en &ual0uier distri'u&i3n normal las pro'a'ilidades delimitadas entre <, des)ia&i3n tpi&a, > des)ia&iones tpi&as . ?des)ia&iones tpi&as son el YZ, [J . [[, respe&ti)amente5

Di"t%ib)i$ L!#$!%4&' Sea *  )aria'le /idrol34i&a, enton&es se di&e 0ue * se distri'u.e de 2orma lo4normal &uando .  lo4*5 Esta distri'u&i3n se apli&a a las )aria'les /idrol34i&as 2ormadas &omo produ&to de otras )aria'les, &omo las HIDROLOGIA: ANÁLISIS DE MÁXIMAS AVENIDAS

37



2un&iones de &ondu&ti)idad /idr+uli&a de un medio poroso, distri'u&i3n del tama1o de 4otas de llu)ia en una tormenta5

F&)t!% .e F%e)e$)i& (&%& Di"t%ib)i$ N!%4&'  L!#N!%4& Es el mismo 0ue la )aria'le normal est+ndar \ de-nida por la e&ua&i3n si4uiente;


38



El Valor de \ &orrespondiente a una pro'a'ilidad de e*&eden&ia9 puede &al&ularse en&ontrando )alor de una )aria'le intermedia ];

Distri'u&i3n de )alores e*tremos $ A(uste de 2un&i3n de um'el De-ni&i3n de 2un&i3n de um'el se1ala 0ue una )aria'le aleatoria ^ si4ue una distri'u&i3n de pro'a'ilidad de este tipo si;

Donde * presenta el )alor a asumir por la )aria'le aleatoria, &on d . u par+metros . e 'ase de lo4aritmos neperianos5 Despe(ando * de la e&ua&i3n anterior, 0ueda;

!ara la distri'u&i3n de Valor E*tremo Tipo I, C/o_ @<[J? dedu(o si4uiente e*presi3n;

Cuando )aria'le es i4ual a media   K . T  >5?? a1os, 0ue &orresponde al periodo de retorno de media de distri'u&i3n5 !ara distri'u&i3n Lo4$um'el, se usa mismo pro&edimiento e*&epto 0ue 7ste se apli&a a lo4aritmos de )aria'les5

Di"t%ib)i$ -2


39



Se utili6a para la &ompara&i3n de la distri'u&i3n de una muestra &on al4una distri'u&i3n te3ri&a 0ue se supone des&ri'e a la po'la&i3n de la 0ue se e*tra(o5 Si X> &al&ulado  X> ta'ulado, NO se re&/a6a la :o5 La muestra posi'lemente 2ue e*trada de la po'la&i3n men&ionada5 La suma de n )aria'les aleatorias @6i independientes &ada una de ellas &on distri'u&i3n normal, N@K,< se distri'u.e &omo X> &on n 4rados de li'ertad5


40



?;CONCLUSIONES  •

•

•

!odemos Lle4ar a la &on&lusi3n 0ue es mu. importante &ono&er las &ara&tersti&as de los &audales de un ro para e)itar el da1o por inunda&iones o para -(ar las des&ar4as de dise1o de un 4ran n8mero de estru&turas 0ue de'en transportar el a4ua pro)eniente de a)enidas5 Una m+*ima a)enida nos propor&ionar+ &on e*a&titud las m+*imas des&ar4as de un ro, estos datos ser)ir+n &omo re2eren&ia para reali6ar un dise1o satis2a&torio de la estru&tura /idr+uli&a, .a 0ue de esta 2orma se podr+ prolon4ar la )ida 8til de la estru&tura . no e*ponerla al &olapso5 El m7todo ra&ional permite /a&er estimula&iones de los &audales m+*imos de es&orrenta, usando las intensidades m+*imas de pre&ipita&iones5


41

UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA FACULTAD DE INGENIERIA •

•

•


Las &ur)as de dura&i3n permiten estudiar las &ara&tersti&as de es&urrimiento delos ros5 Asimismo son de mu&/a utilidad para estudios preliminares . para &ompara&iones entre &orrientes5 El m7todo de distri'u&i3n de um'ell Tipo I se puede a(ustar para un n8mero redu&ido de datos, el &ual no su&ede &on el m7todo Lo4 !earson Tipo III re0uiriendo de un n8mero prolon4ado de datos de re4istros /ist3ri&os5 Despu7s de anali6ar podemos &on&luir 0ue por medio del presente tra'a(o /emos aprendido a &al&ular las m+*imas a)enidas en tiempos 2uturos . 0ue el a)an&e te&nol34i&o . &ient-&o sir)e de 'ase a la estadsti&a para ser m+s r+pido . 2+&il el &+l&ulo de los distintos pro'lemas 0ue pueden darse en el &o de la /idrolo4a5

5;RECO,ENDACIONES  •

Es ne&esario sa'er 0ue para determinar la des&ar4a de dise1o a un periodo de retorno T de una &re&ida un )alor menor podr+ o&asionar en las estru&turas /idr+uli&as el &olapso, as tam'i7n un )alor ma.or seran antie&on3mi&o al so'redimensionar las estru&turas por lo tanto para o'tener un )alor a&epta'le de


42



los m7todos estudiados se re&omienda tomar el )alor promedio de las des&ar4as . anali6arlos . emplearlas para el dise1o5 •

•

•

•

•

!ara todas las o'ser)a&iones menores de >K a1os es re&omenda'le apli&ar el m7todo um'ell .a 0ue este m7todo utili6a las pro'a'ilidades5 !ara datos ma.ores de >K a1os de o'ser)a&iones es re&omenda'le el m7todo Lo45 !earson III, .a 0ue &al&ula &on ma.or e*a&titud los datos de des&ar4a5 Es importante el estudio /idrom7tri&o de las des&ar4as, puesto 0ue &on esos datos, lo4ramos dise1ar de manera 3ptima nuestras o'ras /idr+uli&as de pro.e&tos de in4eniera5 Es importante . ne&esaria la implementa&i3n de esta&iones de a2oro, o la reali6a&i3n de a2oros en las &uen&as . su'&uen&as para tener la posi'ilidad de &omparar los )alores o'ser)ados &on los simulados, de manera 0ue los modelos se puedan &ali'rar para ade&uarlos a las &ondi&iones del medio5 De'ido a 0ue las tormentas en el !er8 tienen una dura&i3n menor a las >P /oras . no e*istiendo /asta la 2e&/a un per-l de tormenta dise1ado para el !er8 se re&omienda in)esti4ar a&er&a de los per-les de tormenta para el !er85 Es ne&esario &ontar &on in2orma&i3n m+s detallada . pre&isa de las &ara&tersti&as


43



prin&ipales de la 6ona de estudio a ni)el de su'&uen&as5

@;BIBLIOGRAFIA  •

•

•

•

•

•

•

•

•

#undamentos de /idrolo4a de super-&ie9 #ran&is&o `5 Apari&io Mi(ares9 Ed5 Limusa5 !ro&esos del Ci&lo :idrol34i&o9 D5 #5 Campos Aranda9 Uni)ersidad Aut3noma de San Lus !otos5 :idrolo4a Apli&ada9 Ven T5 C/o_ . L5 ]5 Ma.s9 Ed5 M&ra_ :ill5 <[ :idrolo4a en la In4eniera9 erm+n Monsal)e S+en69 Ed5 Al2aome4a5 Es&urrimiento en &uen&as #a&ultad de In4eniera UNAM5

4randes9

:idrolo4a9 olando Sprin4all 59 #a&ultad de In4eniera de la UNAM5 :idrolo4a para In4enieros9 Lisnle.$/oler$ !aulus9 :idrolo4a9 olando Sprin4all 59 #a&ultad de In4eniera UNAM5 In4eniera de los e&ursos :idr+uli&os9 Linsle. . #ran6ini5


44

Analisis de Maximas Avenidas

Recommend Documents