UNIVERSIDAD DE SUCRE
TRABAJO FINAL DE HIDROLOGÍA APLICADA ESTUDIO MORFOLÓGICO, HIDROLÓGICO E HIDRÁULICO DE LA CUENCA QUE ATRAVIESA EL ARROYO GRANDE EN LA CABECERA DEL MUNICIPIO DE COROZAL, DEPARTAMENTO DE SUCRE USUARIO
09/11/2016 JEILY MARTÍNEZ ATENCIA JEAN ROMERO GONZÁLEZ RAFAEL LUJÁN ESCOBAR
U N I V E R S I D A D D E S U C R E – I N G E N I E R Í A C I V I L
TRABAJO FINAL DE HIDROLOGÍA APLICADA PROYECTO DE DISEÑO
JEILY MARTÍNEZ ATENCIA JEAN ROMERO GONZÁLEZ RAFAEL LUJÁN ESCOBAR
ING. JOSÉ LUIS CERPA
UNIVERSIDAD DE SUCRE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL HIDROLOGÍA APLICADA SINCELEJO - SUCRE
09/11/2016
TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN ................................................. ...................................................................................................... ................................................................. ............ 2 OBJETIVOS ................................................. ....................................................................................................... .......................................................................... .................... 3 OBJETIVO GENERAL ........................................................ ...................................................................................................... .............................................. 3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................................. 3 MARCO TEÓRICO ........................................................................................... .................... 5 TRABAJO A REALIZAR ................................................................................................... 16 CARACTERIZACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO ........................................................... ................................................... ........ 19 CARACTERIZACIÓN MORFOLÓGICA DEL AREA DE LA CUENCA ....................... 21 COMPORTAMIENTO HIDRLÓGICO DE LA CUENCA ................................................ ...................................... .......... 37 CÁLCULO DEL CAUDAL MÁXIMO .................................................... ............................................................................... ........................... 54 ANALISIS .................................................... .......................................................................................................... ........................................................................ .................. 61 CONCLUSIÓN .................................................................................................................... 62 BIBLIOGRAFÍA ................................................... ........................................................................................................ ............................................................... .......... 63
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INTRODUCCIÓN
En el presente informe se muestran los resultados del Estudio Hidrológico e Hidráulico de la cuenca radicada entre los municipios de Corozal y Sincelejo, correspondiente al puente que atraviesa el Arroyo Grande de Corozal en la cabecera municipal de Corozal, departamento de Sucre, estudio requerido para el diseño de este, partiendo de la información hidrológica de las estaciones meteorológicas: Universidad de Sucre sedes Puerta Roja y Perico, y el aeropuerto Rafael Barvo en Corozal. El punto de interés, se encuentra situado al noreste del Departamento de Sucre en la ciudad de Corozal-Sucre, Colombia. El departamento de Sucre, que a pesar de que se encuentra al norte del país, presenta una topografía irregular, con diferencias de nivel muy variables. Las fuertes pendientes producen altas velocidades en las aguas de escorrentía superficial, las cuales han aumentado su volumen debido al crecimiento y urbanización de los municipios, se presentan corrientes superficiales llamadas arroyos,que tienen como principal problema el desbordamiento de las aguas de su cauce en la época de lluvia, estos distintos arroyos
van suministrando a los cauces más grandes así como se muestra en la cuenta a estudiar. Para el estudio hidrológico y la caracterización de la cuenca, se utilizaron los datos suministrados por el Ing. José Luis Cerpa como complemento para encontrar datos faltantes y facilitar datos se dio uso de los programas auxiliares como lo son Google Earth, Global Mapper y AutoCAD, Se tomó un período de retorno de 50 años con base en la información de precipitación disponible en el área de estudio que permita ser usado como parámetro de diseño en el cálculo hidrológico para que la estructura del puente funcione en un periodo de vida útil bajo los supuestos y resultados de los enfoques de análisis y los valores calculados. Seguidamente se realizara el estudio hidrológico e hidráulico respectivo para el diseño de un puente en un punto específico presente en la cabecera municipal del municipio de corozal.
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OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL. Realizar el Estudio Hidrológico e Hidráulico para el diseño del puente que atraviesa el Arroyo Grande de Corozal en la cabecera municipal de Corozal, departamento de Sucre.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS. •
Establecer y analizar la caracterización morfológica del área de la cuenca.
•
Determinar el comportamiento hidrológico de la cuenca.
•
Calcular y analizar la transformación de la precipitación en escorrentía.
•
Determinar el caudal de diseño en el sector del puente en estudio.
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JUSTIFICACIÓN. En el siguiente trabajo se mostrará el estudio hidrológico e hidráulico para el diseño del puente de la cuenca del arroyo grande de corozal, en un punto específico del arroyo. El cual se llevó a cabo debido a la importancia que tiene para nosotros, como estudiantes de Ingeniería Civil aplicar en el campo los conocimientos teóricos adquiridos en clase. Por lo tanto debemos tener en cuenta que el uso de la Hidrología es fundamental para el planeamiento, diseño y operación de los proyectos hidráulicos, pues es lo que orienta los parámetros hidrológicos de diseño. Dada la dependencia actual de esta ciencia en los aspectos meteorológicos y ambientales, el estudio de estos deberá ser considerado como un estimativo de los resultados en muchos de los casos y por lo tanto será necesario aproximar las incertidumbres con métodos y análisis estadísticos. Es por esto, que el informe realizado se fundamenta en la aplicación de los conocimientos recibidos en el aula de clases, anexando a esto habilidades y conocimientos aprioris en la operación de programas computarizados que constituirán un concepto básico de mucha utilidad en el campo laboral, y el desarrollo de este.
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MARCO TEÓRICO CUENCA Una cuenca es una zona de la superficie terrestre en donde las gotas de lluvia que caen sobre ella tienden a ser drenadas por el sistema de corrientes hacia un mismo punto de salida. I magen 1
IMPORTANCIA DE UNA CUENCA HIDROGRÁFICA Las cuencas hidrográficas son algo más que sólo áreas de desagüe en o alrededor de nuestras comunidades. Son necesarias para brindar un hábitat a plantas y animales, y proporcionan agua potable para la gente, sus cultivos, animales e industrias. También nos proporcionan la oportunidad para divertirnos y disfrutar de la naturaleza. La protección de los recursos naturales en nuestras cuencas es esencial para mantener la salud y el bienestar de todos los seres vivos, tanto en el presente como en el futuro.
CONCEPTOS BÁSICOS Parteaguas:es una línea imaginaria formada por los puntos de mayor nivel topográfico y que separa la cuenca de las cuencas vecinas.
TIPOS DE CUENCAS Desde el punto de vista de su salida, existen fundamentalmente dos tipos de cuencas: endorreicas y exorreicas.
Endorreicas: el punto de salida está dentro de los límites de la cuenca y generalmente es un lago
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Exorreicas: su punto de salida está en los límites de las cuencas y está en otra corriente o mar.
CARACTERIZACIÓN DE CUENCAS HIDROGRÁFICAS En el proceso de planificación, manejo y gestión de cuencas hidrográficas es necesaria la caracterización de las mismas. La caracterización es un inventario detallado de los recursos y las condiciones biofísicas, socioeconómicas y ambientales de la cuenca y sus interrelaciones. La caracterización está dirigida fundamentalmente a cuantificar las variables que tipifican a la cuenca con el fin de establecer la vocación, posibilidades y limitaciones de sus recursos naturales y el ambiente y las condiciones socioeconómicas de las comunidades que la habitan. En el proceso de manejo de cuencas, la caracterización cumple tres funciones fundamentales: 1. Describir y tipificar las características principales de la cuenca. 2. Sirve de información básica para definir y cuantificar el conjunto de indicadores que servirán de línea base para el seguimiento, monitoreo y evaluación de resultados e impactos de los planes, programas o proyectos de manejo y gestión de cuencas. 3. Sirve de base para el diagnóstico, donde se identifican y priorizan los principales problemas de la cuenca, se identifican sus causas, consecuencias y soluciones y se determinan las potencialidades y oportunidades de la cuenca. La caracterización es el tercer elemento del proceso de manejo de cuencas hidrográficas, constituye el componente de base sobre el cual se empieza a edificar toda la planificación e implementación de este proceso. Esta caracterización debe ser integral para poder entender la cuenca como sistema. Con frecuencia, muchos proyectos de manejo de cuencas, omiten o parten de caracterizaciones incompletas por razones económicas, de falta de conocimientos, de claridad conceptual y práctica, o porque simplemente en la formulación del proyecto no se contempló como un componente importante y necesario. La caracterización es al
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especialista en manejo y gestión de cuencas hidrográficas, lo que los exámenes del paciente son al médico. Una de las deficiencias comunes en planes de manejo y gestión de cuencas, es que se realizan caracterizaciones detalladas, pero luego no se utilizan ni relacionan en el diagnóstico y la línea base. Debido a que la gestión de cuencas es un proceso con objetivos a corto, mediano y largo plazo en términos de la rehabilitación (5, 10, 20 años), y permanente en términos del manejo sostenible, la planificación debe sustentarse en información completa e integral de la cuenca, para evitar errores en la priorización e intervención, que podrían llevar no solamente a un uso ineficiente de los recursos humanos y económicos, sino a la falta de resultados e impactos favorables concretos que justifiquen y motiven a todos los actores locales a internalizar y empoderarse del proceso y a las instituciones, decisores, donantes y organismos de cooperación internacional a seguir apoyando esta forma plenamente justificada natural, biofísica y socioeconómicamente de gestión del territorio.
PATRONES DE DRENAJE Los torrentes fluviales han sido clasificados principalmente por los patrones de drenaje, los cuales son efecto de los materiales y controles estructurales de la roca subyacente. Los patrones de drenaje son un primer indicio sobre la evolución reciente de las cuencas y los factores que han influido en su desarrollo. A continuación se hace la descripción, donde se incluyen los materiales asociados:
Dendrítico: Materiales aproximadamente homogéneos en composición, sin control estructural. Constituye uno de los patrones más comunes y se presenta en muchos ambientes.
Paralelo: Terreno dominado por una pendiente regional, lo cual le impone una dirección predominante con cauces paralelos. Este patrón es común en algunos piedemontes y laderas estructurales plegadas.
Enrejado: Es un drenaje paralelo al rumbo de las rocas sedimentarias plegadas y disectadas, las cuales presentan variaciones litológicas importantes; por ejemplo rocas blandas o arcillosas y rocas duras o areniscas.
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Rectangular: Patrón de drenaje anguloso como consecuencia de la presencia de materiales duros controlados por un sistema de fracturas o fallas geológicas.
Radial: Sistema de drenaje asociado a un domo o cono volcánico erosionado. Si el patrón es muy nítido, esto sugiere un volcán activo.
Anular: Patrón similar al anterior, que indica una etapa avanzada de erosión en domo o caldera volcánica.
Multicubeta: Patrón irregular de mal drenaje, asociado a depósitos superficiales ondulados con posible influencia de calizas. Este patrón es común en las llanuras de desborde.
Contorsionado: Patrón aparentemente irregular, asociado con rocas metamórficas y frecuentemente con influencia de captura (una cuenca pierde parte de su drenaje a expensas de otra).
I magen 2. Patrones de drenaje típicos, los cuales pueden ocurrir a escalas variable
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Las pendientes de la cuenca se clasifican de una manera cualitativa en rangos que van desde pendientes muy bajas hasta pendientes muy fuertes, pasando por bajas y moderadas. Las pendientes fuertes están asociadas con la zona de vertientes o de producción y gradualmente se convierten en pendientes moderadas y suaves a medida que el río alcanza su nivel de base en la desembocadura. Variaciones abruptas de pendiente constituyen indicios de control estructural o litológico local o en caso extremo de actividad tectónica que pueden modificar, en épocas recientes, el perfil longitudinal del cauce (Schumm, 1986).
PARÁMETROS MORFOMÉTRICOS Una cuenca hidrográfica o cuenca de drenaje de un río es el área limitada por un contorno al interior del cual las aguas de la lluvia que caen se dirige hacia un mismo punto, denominado salida de la cuenca hidrográfica. Es en suma, el área de captación de aguas de un río delimitado por el parte aguas. La cuenca hidrográfica actúa como un colector natural, encargada de evacuar parte de las aguas de lluvia en forma de escurrimiento. En esta transformación de lluvias en escurrimiento se producen pérdidas, o mejor desplazamiento de agua fuera de la cuenca debido a la evaporación y la percolación. Para este tipo de estudio no solamente interesa el volumen total a la salida de la cuenca, sino también su distribución espacial y temporal, para lo cual se necesita tener un buen conocimiento de sus características. El movimiento del agua en la naturaleza es una función compleja en la cual intervienen diversos factores, entre los cuales se pueden resaltar su clima y sus características fisiográficas.
ÁREA Es el tamaño de la superficie de cada cuenca en km2. Se obtiene automáticamente a partir de la digitalización y poligonización de las cuencas en el software de sistema de información geográfica. El área de una cuenca en general, se encuentra relacionada con los procesos que en ella ocurren. También se ha comprobado que la relación del área con la longitud de la misma es proporcional y también que esta inversamente relacionada a aspectos como la densidad de drenaje y el relieve relativo.
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Una cuenca se puede clasificar atendiendo a su tamaño, en cuenca grande y cuenca pequeña.
Cuenca grande: Es aquella cuenca en la que predominan las características fisiográficas de la misa (pendiente, elevación, área, cauce). Una cuenca, para fines prácticos, se considera grande, cuando el área es mayor de 250 km2.
Cuenca pequeña: Es aquella cuenca que responde a las lluvias de fuerte intensidad y pequeña duración, y en la cual las características físicas (tipo de suelo, vegetación) son más importantes que las del cauce. Se considera cuenca pequeña aquella cuya área varía desde unas pocas hectáreas hasta un límite, que para propósitos prácticos, se considera 250 km2.
LONGITUD, PERÍMETRO Y ANCHO. La longitud, L, de la cuenca puede estar definida como la distancia horizontal del río principal entre un punto aguas abajo (estación de aforo) y otro punto aguas arriba donde la tendencia general del río principal corte la línea de contorno de la cuenca El perímetro de la cuenca o la longitud de la línea de divorcio de la hoya es un parámetro importante, pues en conexión con el área nos puede decir algo sobre la forma de la cuenca. Usualmente este parámetro físico es simbolizado por la letra mayúscula P (Imagen 3).El ancho se define como la relación entre el área (A) y la longitud de la cuenca (L) y se designa por la letra (X).
I magen 3. Longitud y perímetro de la cuenca.
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PARÁMETRO DE FORMA Factor de forma (K F): Expresa la relación entre el ancho promedio de la cuenca (x) y la longitud (L)
Coeficiente de compacidad (Kc): Designado por Kc e igualmente propuesto por Gravelius, compara la forma de la cuenca con la de una circunferencia, cuyo círculo inscrito tiene la misma área de la cuenca en estudio. Kc se define como la razón entre el perímetro de la cuenca que es la misma longitud del parte aguas que la encierra y el perímetro de la circunferencia.
Índice de alargamiento (La): relaciona la longitud máxima de la cuenca von su ancho máximo medido perpendicularmente.
PARÁMETROS RELATIVOS AL RELIEVE Pendiente de la cuenca hidrográfica: La pendiente de la cuenca, es un parámetro muy importante en el estudio de toda la cuenca, tiene una relación importante y compleja con la infiltración del suelo, y la contribución del agua subterránea a la escorrentía. Es uno de los factores que controla el tiempo de escurrimiento y concentración de la lluvia en los canales de drenaje, y tiene una importancia directa en relación a las crecidas. La pendiente de la cuenca es la relación del desnivel que existe entre los extremos de la cuenca, siendo la cota mayor y la cota menor, y la proyección horizontal de su longitud, siendo el lado más largo de la cuenca.
Pendiente del cauce principal: El conocimiento de la pendiente del cauce principal de una cuenca, es un parámetro importante, en el estudio del comportamiento de recurso hídrico, como por ejemplo, para la determinación de las características optimas de su aprovechamiento hidroeléctrico, o en la solución de problemas de inundaciones. Se determina según la relación entre el desnivel que hay entre los extremos el cauce y la proyección horizontal de su longitud.
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Relieve de la cuenca: es uno de los factores que tiene gran importancia en la respuesta hidrológica tanto en la torrencialidad como en la capacidad de absorción de la cuenca.
EL RELIEVE SE PUEDE DETERMINAR POR VARIOS MÉTODOS: Método de Alvord: Determina la altura media de la cuenca con base es un plano que tenga curvas de niveles.
Método de la cuadricula: consiste en elaborar una cuadricula sobre la cuenca y estimar las cotas de intersección de la cuadricula dentro de la cuenca y estimando la sumatoria de las intersecciones.
Curva hipsométrica: La curva hipsométrica es la representación gráfica de la variación altitudinal de una cuenca y se obtiene a partir de un plano topográfico tomándose los valores en porcentajes del área que están por debajo de una determinada altura, que inicialmente serán la del punto más bajo de la cuenca e irá aumentando de acuerdo a los valores de las cotas de la curva de nivel que encierra las franjas de terreno por ellas definidas y el punto de salida que es generalmente el sitio más bajo de la cuenca.
I magen 4
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Drenaje de la cuenca: es la capacidad que tiene la cuenca de distribuir el agua luego de cualquier precipitación.
Perfil del cauce principal: es una descripción altimétrica del cauce principal. Patrones de drenaje: de acuerdo a la forma que tenga el drenaje se puede caracterizar los materiales que posiblemente tiene la cuenca.
Orden de los cauces: proporcionan una idea de la red de drenaje al cauce principal. Entre mayor sea el orden de drenaje mayor es la capacidad que tiene la cuenca de drenar. El orden de los cauces es el siguiente:
1er orden: conformada por los cauces que no tienen afluentes. 2do orden: lo conforman dos cauces de primer orden 3er orden: 2 del 2do orden. Sinuosidad del cauce principal: es la relación entre la longitud del cauce principal y su eje medio, si este parámetro resulta mayor a la unidad el cauce es meandrico. Uno de los factores más importantes en la caracterización de una cuenca, es la precipitación.
Densidad de drenaje: La densidad de drenaje, es un parámetro que indica la posible naturaleza de los suelos, que se encuentran en la cuenca. También da una idea sobre el grado de cobertura que existe en la cuenca. Valores altos de drenaje, representan zonas con poca cobertura vegetal, suelos fácilmente erosionables o impermeables. Por el contrario, valores bajos, indican suelos duros, poco erosionables o muy permeables y coberturas vegetales densas.
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PRECIPITACIÓN El término precipitación se usa para designar cualquier tipo de forma en que el agua cae desde las nubes a la tierra. Existe una lista hecha por meteorólogos de diez tipos de precipitación pero sólo se distinguen normalmente tres: lluvia, granizo y nieve. Las nubes al ascender se expanden y al hacerlo se enfrían alcanzando el vapor de agua el punto de rocío y la condensación. La condensación hace que la fuerza de la gravedad supere las de suspensión y el agua cae hacia el suelo originándose las diferentes precipitaciones.
Medición de la precipitación: los instrumentos empleados para medir la precipitación son el pluviómetro y el fluviógrafo.
Precipitación efectiva (PE): es aquella fracción de la precipitación total que es aprovechada por las plantas. Depende de múltiples factores como pueden ser la intensidad de la precipitación o la aridez del clima, y también de otros como la inclinación del terreno, contenido en humedad del suelo o velocidad de infiltración. Es la precipitación que cae en una cuenca y sale por el punto de interés, por lo tanto:
=
Donde Ve= volumen escorrentía Ac=área de la cuenca
Hietograma de exceso: El hietograma es un gráfico que permite conocer la precipitación de un lugar a través del tiempo de la tormenta.
Hidrograma: es el grafico que permite ver el comportamiento del caudal acumulado durante la tormenta a través del tiempo de la misma.
Hidrograma unitario: es un hidrograma de escurrimiento directo que se produce por una precipitación de exceso de lámina unitaria de duración (de) y repartidas uniformemente sobre la cuenca. El hidrograma unitario se utiliza para construir hidrogramas de escurrimiento directo a partir de precipitación efectiva uniforme y no uniforme.
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CAUDAL Volumen de agua que circula por el cauce de un río en un lugar y tiempo determinado. Se refiere fundamentalmente al volumen hidráulico de la escorrentía de una cuenca hidrográfica concentrada en el río principal de la misma. Suele medirse en m³/seg lo cual genera un valor anual medido en m³ o en Hm³ (hectómetros cúbicos: un Hm³ equivale a un millón de m³) que puede emplearse para planificar los recursos hidrológicos y su uso a través de embalses y obras de canalización.
MÉTODO DEL POLÍGONO DE THIESSEN. Este método para determinar la lluvia media en una zona, se aplica cuando se sabe que las medidas de precipitación en los diferentes pluviómetros sufren variaciones, teniendo además el condicionante que la cuenca es de topografía suave o en lo posible plana. El procedimiento para el cálculo es el siguiente: 1. Se unen los pluviómetros adyacentes con líneas rectas. 2. Se trazan mediatrices a las líneas que unen los pluviómetros. Recordar que una mediatriz es una línea recta perpendicular a un segmento de recta y que parte de su punto medio. Como las figuras formadas son triángulos, las mediatrices se encuentran en un punto dentro del mismo, ver Imagen 5. 3. Se prolongan las mediatrices hasta el límite de la cuenca. 4. Se calcula el área formada por las mediatrices para cada pluviómetro.
I magen 5
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TRABAJO A REALIZAR ESTUDIO HIDROLÓGICO PARA EL DISEÑO DE PUENTES QUE ATRAVIESA EL ARROYO GRANDE DE COROZAL EN LA CABECERA DEL MUNICIPIO DE COROZAL, DEPARTAMENTO DE SUCRE.
I magen 6
Se realiza el levantamiento topográfico de la cuenca y se obtienen los siguientes resultados ver tabla 1,2 e imágenes 7, 8. La zona en estudio tiene tres estaciones de influencia (Puerta Roja, Universidad de Sucre y Aeropuerto de Corozal).
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CARACTERIZACIÓN DE LA CUENCA COROZAL ÁREA
PERÍMETRO
97978594.683 50555.931
LONGITUD DE CAUCE PRINCIPAL COTA MÁXIMA COTA MÍNIMA
15650.184 240
120
LONGITUD MÁXIMA
13771
ANCHO MÁXIMO
9394
DISTANCIAS ENTRE CURVAS DE NIVEL
∑
LONGITUDES CURVA DE NIVEL
Tabla 1
30 224582.593
ÁREA CUENCA (Ha) COBERTURA CUENCA TIPO DE SUELOS 2939.3577 Área urbana Franco- Arcilloso 3919.1436 Área pastos Franco- Arcilloso 2939.3577 Área rastrojos Franco- Arcilloso 9797.859 Tabla 2
I magen 7. Parte aguas y localización de los cauces en la cuenca
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I magen 8. Curvas de nivel en la cuenca
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CARACTERIZACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO UBICACIÓN DEL SITIO DEL PUENTE Para realizar el estudio hidrológico, fue asignado el puente presente en el tramo de CorozalBetulia, este se ubica en el casco urbano del Municipio de Corozal, en el departamento de Sucre. Es un pequeño curso fluvial afluente de la cuenca y arroyos que llegan allí.
I magen 9
CARACTERÍSTICAS DEL ARROYO GRANDE DE COROZAL Y AGUAS AFLUENTES QUE PASAN POR SU CAUCE, EN EL PUNTO A DISEÑAR. El primer paso, fue realizar el reconocimiento del área de estudio, esta se realizó por medio de Goolge Earth, este reconocimiento fue precario ya que solo nos interesa realizar el estudio de la cuenta y brindar datos hidrográficos para el diseño estructural e hidráulico del puente. Pudo observarse y analizarse que el puente ubicado actualmente en el tramo de la vía entre Corozal-Betulia, en el municipio de Corozal; es una construcción no muy antigua, que presenta una estructura de hormigón. El cauce del arroyo presenta muchos sedimentos, y presenta flujo variado, este se encuentra cubierto de vegetación en el punto donde está el puente, lo que claramente genera una resistencia importante al flujo, tanto para caudales bajos como durante crecientes.
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I magen 10
I magen 11
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CARACTERIZACIÓN MORFOLÓGICA DEL ÁREA DE LA CUENCA. FACTORES FISIOGRÁFICOS DE LA CUENCA
ÁREA
CUENCA COROZAL
97978594.683
PERÍMETRO
LONGITUD DE CAUCE PRINCIPAL COTA MÁXIMA
50555.931
15650.184 240
COTA MÍNIMA
120
LONGITUD MÁXIMA
13771
ANCHO MÁXIMO
9394
DISTANCIAS ENTRE CURVAS DE NIVEL
∑
LONGITUDES CURVA DE NIVEL
Tabla 3
30 224582.593
ÁREA DE LA CUENCA El área de la cuenca (proyección horizontal de la divisoria topográfica) suministrada en la tabla 3 es:
Á : . í : .
En la siguiente imagen podemos observar el área de la cuenca resaltado con color amarillo y el perímetro delineado con color rojo.
I magen 12
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TAMAÑO DE LA CUENCA
< 25
25 a 250 250 a 500 500 a 2500 2500 a 5000
Tabla 4
> 5000
DESCRIPCIÓN Muy pequeña Pequeña Intermedia – Pequeña Intermedia – grande Grande Muy grande
Usando la tabla 4, podemos describir la cuenca de corozal con respecto a su área
Á :.
Observamos que el área de la cuenca se encuentra en el rango de 25 tanto se establece que la cuenca de corozal es pequeña.
, a 250
, por
TIPO DE CUENCA
I magen 13
En la imagen 13 se observa que las corrientes de aguas drenan hacia adentro, por lo cual se garantiza que la cuenca de Corozal es endorreica, es decir el punto de salida está dentro de los límites de la cuenca.
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FORMAS DE LA CUENCA Para determinar la forma de la cuenca se tendrán en cuenta los tres índices: coeficiente de compacidad, índice de forma y por ultimo índice de alargamiento
COEFICIENTE DE COMPACIDAD O ÍNDICE DE GRAVELIUS
= . √ Dónde:
P: Perímetro A: Área de la cuenca ÁREA
PERÍMETRO
97978594.683
50555.931
Tabla 5
Reemplazando los valores de la tabla 5 en la formula se obtiene el coeficiente de compacidad.
0.2850555.6983 31 = √97978594. = . Según el indice de compacidad, las formas de la cuenca se clasifican en tres clases como se muestran en la siguiente tabla:
CLASE RANGO Kc1
1 a 1.25
DESCRIPCIÓN Forma casi redonde o oval – redonda
Kc2
1.25 a 1.5 Forma oval – redonda oval – alargada
Kc3
1.5 a 1.75
Forma oval – alargada a alargada
Tabla 6 F uente: ORTI Z (2004)
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El valor de
se encuentra en el segundo intervalo, en consecuencia la cuenca de corozal
presenta una forma oval – redonda oval – alargada
INDICE DE FORMA
= =
Donde:
= á ÁREA
LONGITUD MÁXIMA
97978594.683
13771
Tabla 7
Reemplazando los valores de la tabla 7 en la formula se obtiene el índice de forma
Á 9 7978594. 6 83 = = 13771 = 0.517 = . Cuando:
Por tanto para
<> = = . <
la cuenca de Corozal tiende a ser alargada
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INDICE DE ALARGAMIENTO
=
Dónde:
: Ancho máximo medido perpendicularmente : Longitud máxima de la cuenca
LONGITUD MÁXIMA 13771
ANCHO MÁXIMO 9394
Tabla 8
Reemplazando los valores de la tabla 8 en la formula se obtiene el índice de alargamiento
Cuando:
Por tanto:
3771 = 1.466 = = 19394 = . > < = . > 1
La cuenca de Corozal tiene forma alargada
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RELIEVE DE LA CUENCA Para determinar el relieve de la cuenca tenemos en cuenta los siguientes métodos: método de Alvord (S), método de la cuadricula y curva hipsométrica.
PENDIENTE MEDIA DE LA CUENCA Método de Alvord (S):
= ∗ Dónde:
S= Pendiente media de la cuenca D= Equidistancia entre curvas de nivel L= Sumatoria de la longitud de las curvas de nivel dentro de la cuenca A= Área de la cuenca Área
97978594.683
Distancias entre curvas de nivel 30
∑
longitudes curva de nivel 224582.593
Tabla 9 Reemplazando los valores de la tabla 9 en la formula se obtiene la pendiente media de la cuenca.
5 93m = ∗ = 30224582. 97978594.683 = 0.0688 = 0.0688100 = 6.876% = .% .%
Por la tanto la cuenca de corozal tiene una pendiente del
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ELEVACIÓN MEDIA DE LA CUENCA Método De La Cuadrícula (Em)
ó = °∑
Con la ayuda del programa AutoCad, se trazaron las curvas de nivel y la cuadrícula, como se muestra en la imagen (#)
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Luego de trazada la cuadricula, se procede a calcular las cotas de intersección y luego la sumatoria como se muestra en la tabla 10, para así reemplazar los datos y calcular la elevación media.
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COORDENADAS 2P 2Q 3G 3M 3N 3º 3P 3Q 4E 4F 4G 4H 4L 4M 4N 4º 4P 5C 5E 5F 5G 5H 5I 5L 5M 5N 5º 5P 6C 6D ∑
COTAS COTAS COTAS COORDENADAS COORDENADAS COORDENADAS (M) (M) (M) 183,125 6E 192,051 8G 200 10I 187,051 6F 190,035 8H 191,021 10J 217,346 6G 180,036 8I 178,905 10K 216,821 6H 187,89 8J 173,482 10L 203,831 6I 198,021 8K 167,489 10M 186,085 6J 195,052 8L 161,047 10N 172,743 6K 184,68 8M 159,364 11D 178,608 6L 181,359 8N 157,256 11E 213,753 6M 175 8º 159,357 11F 208,892 6N 164,62 8P 160 11G 210 6O 165,246 8Q 157,624 11H 209,874 6P 153,321 9C 200 11I 206,861 7C 218,879 9D 199,05 11J 180 7D 212,712 9E 210 11K 188,27 7E 194,671 9F 197,37 11L 169,347 7F 191,874 9G 192,46 11M 166,27 7G 190 9H 191,054 12C 218,294 7H 179,898 9I 180,343 12D 209,438 7I 179,643 9J 177,621 12E 194,689 7J 193,461 9K 166,483 12F 189,852 7K 183,356 9L 172,972 12G 214,976 7L 172,723 9M 160,453 12H 212,136 7M 171,073 9N 168,234 12K 198,057 7N 158,815 9º 176,874 12L 183,589 7O 156,623 10C 203,073 12M 170 7P 145 10D 189,969 13D 165,451 8C 214,842 10E 200,033 13E 158,193 8D 213,274 10F 200,079 13F 208,157 8E 208,35 10G 184,092 200 8F 200,079 10H 180,561 ∑ ∑ ∑ 5821,709 5552,584 5416,266
Tabla 10
∑ ó ° (m)
22115,278
118
Tabla 11
Reemplazando los valores de la tabla 11 en la formula se obtiene la elevación media de la cuenca.
ó 2 2115, 2 78m = °∑ = 118 = 187,42 = ,
COTAS (M) 169,992 185,852 190,694 180,335 169,689 180,994 198,857 187,384 180,003 187,392 186,471 185,598 190,467 197,314 174,247 177,156 204,131 196,538 187,642 190,87 200,649 206,235 195,684 192,744 189,327 194,569 200,236 223,649
5324,719
29
VARIACIÓN ALTITUDINAL DE LA CUENCA Curva Hipsométrica Con la ayuda del programa AutoCad, se halló en área entre curvas de nivel de la cuenca, estas áreas se pueden observar en la imagen (#), diferenciando cada área con colores diferentes entre cada intervalo de curvas de nivel.
I magen 15
Posteriormente se tabularon los datos en la tabla 12 y se realizó la gráfica % de área inferior Vs Elevación media para obtener una representación del relieve medio de la cuenca.
30
INTERVALO ENTRE CURVAS (m)
ELEVACION MEDIA (m)
AREA ENTRE CURVAS (m2)
% DEL AREA TOTAL
% SOBRE EL AREA INFERIOR
140 – 150
145
983261,9797
1,0035
100
150 – 160
155
6521384,206
6,6559
98,9965
160 – 170
165
11139530
11,3694
92,3405
170 – 180
175
16377194,54
16,7151
80,9712
180 – 190
185
19437071,85
19,8381
64,2561
190 – 200
195
19668552,53
20,0743
44,418
200 – 210
205
14698810,94
15,0021
24,3437
210 – 220
215
6739952,938
6,879
9,3416
220 – 230
225
1975018,663
2,0158
2,4626
230 – 240
235
405792,0066
0,4142
0,4468
240 – 250
245
32025,03381
0,0327
0,03269
97978594,68
100
∑
Tabla 12
31
CURVA HIPSOMÉTRICA 250 240
) 230 m ( 220 A I D210 E 200 M N190 O I C180 A V170 E L E160 150 140 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
% SOBRE AREA INFERIOR Observando la curva hipsométrica, descrita anteriormente se afirma que es de tipo B, de acuerdo a lo descrito en el marco teórico. Lo que indica que la cuenca estudiada es una cuenca en equilibrio en fase de madurez. Se procede a interpolar en 50% para calcular la elevación media
ó = ,
32
DRENAJE DE LA CUENCA FORMA DE DRENAJE
I magen 16
Observando el sistema de drenaje natural detallado en la imagen anterior, la cuenca de Corozal tiene una forma dendrítica, ya que las corrientes de agua drenan desde la parte superior en todas las direcciones uniéndose libremente, hasta llegar así al cauce principal, dando la apariencia de un árbol ramificado. Este tipo de drenaje que presenta la cuenca de Corozal es el más común que existe, presentando topografía horizontal y pendientes suaves.
PATRON DE DRENAJE Como ya se definió anteriormente que la cuenca de Corozal es de tipo dendrítico, los materiales que en ella predominan son: lutitas, arcillas y granito
33
ORDEN DE LOS CAUCES
I magen 17
Los cauces presentan orden 4, es decir, están conformados por dos cauces de tercer orden. Esto nos proporciona una idea de la distribución de los flujos al cauce principal.
34
DENSIDAD DE DRENAJE
=
Dónde:
= =
Sumatoria de las longitudes de los cauces Área de la cuenca
Área
∑
longitudes de los cauces
97.979
102.521
Tabla 13
Reemplazando los valores de la tabla 13 en la fórmula se obtiene la densidad de drenaje de la cuenca.
= 197.02.957921 = 1.046 = . Para conocer cuál es la condición de drenaje de la cuenca, existen dos parámetros, estos son: Si
DdDd ≤≥ 3.0.55 lalacuenca cuencaesesbimalen drenada drenda .
Dd= 1.046 se encuentra entre los dos parámetros, ya que la cuenca presenta diferentes estratos como suelos con vegetación por partes y tiene gran zona urbana, lo que quiere decir es que en algunas partes presenta un mal drenaje y en otras presenta un buen drenaje.
35
SINUOSIDAD DEL CAUCE PRINCIPAL Mediante la implementación de Qgis y AutoCAD identificamos el cauce principal y el eje medio de este.
= 18457.1147
13103.1071
Tabla 14
Reemplazando los valores de la tabla 14 en la fórmula se obtiene sinuosidad del cauce principal de la cuenca.
18457.11071147 = 13103. = .
I magen 18
Con el paso del tiempo la sinuosidad ha ido cambiando, dado a que el terreno por donde transcurre el cauce es muy variable, y la presencia de vegetación y otros hacen que la pendiente se modifique.
36
CARACTERISTICAS DE LA CUENCA ÁREA
97978594.683
PERÍMETRO
50555.931m
TIPO
Endorreica
FORMA
Alargada
PENDIENTE MEDIA
6.876%
ELEVACIÓN MÍNIMA
140msnm
ELEVACIÓN MEDIA
189.84msnm
ELEVACIÓN MÁXIMA
240msnm
FORMA DE DRENAJE
Dendrítica
PATRON DE DRENAJE
Lutitas, arcillas y granito.
ORDEN DE LOS CAUCES
4
DENSIDAD DE DRENAJE SINUOSIDAD DEL CAUCE PRINCIPAL Tabla 15
1.046 1.4086
37
COMPORTAMIENTO HIDROLÓGICO DE LA CUENCA. Para realizar los respectivos cálculos, para el estudio del comportamiento hidrológico de la cuenca de Corozal se hizo necesaria la solicitud de la información al IDEAM (Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales). El IDEAM proporcionó los datos de los valores máximos mensuales de las precipitaciones desde el año 1984 hasta el 2014, para cada una de las tres estaciones (Universidad de sucre, Aeropuerto de Corozal y Puerta Roja) requeridas para el estudio hidrológico de la cuenca. Los datos suministrados se disponen en la tabla 16,17 y 18.
38
IDEAM - INSTITUTO DE HIDROLOGIA, METEOROLOGIA Y ESTUDIOS AMBIENTALES Instalación: 1940-JUNIO Estación: AREOPUERTO RAFAEL BARVO Municipio: Corozal LATITUD: 920 N LONGITUD: 7516 W ELEVACIÓN: 160 m.s.n.m VALORES MÁXIMOS MENSUALES DE PRECIPITACIÓN (mms) AÑO ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE VR ANUAL 9,6 11,5 19,9 65 29,7 42,6 44,3 49 28,7 103 21,43 0 103 1984 13 38,6 8,5 0,31 24,4 87,3 70 33 30,1 55 13 42 87,3 1985 4,2 25,3 4,9 95,2 31,4 51,3 38,8 22,8 25,6 29 42,7 30,3 95,2 1986 0,3 3,6 1,2 46,4 18,2 18,6 60 40,6 63,8 48,2 23,9 35 63,8 1987 0 0 45,3 58,1 63 39 25 63,03 0 0 0 0 63,03 1988 1989 16 0 49 23,2 12,8 0 0 62 5,7 62,03 0 0 62,03 1990 4 75 63 52,2 20,4 21,6 51,3 34 12,2 59 75,03 0 75,03 1991 0 0 0 56 0 22 20,5 22 48 12 56,03 0 56,03 1992 1 0 0 37 51,53 65 43,83 40 48 32,23 53,9 27,03 65 1993 8,4 32,6 9,4 16 128,03 66,5 35,3 24,4 77,2 29,2 21,7 6,2 128,03 1994 0 20,8 11,3 34,73 72 98,83 78,8 58,03 81,93 79,5 18,83 11,53 98,83 0,3 4 9,2 24 84,4 31,2 27,6 62,63 36 37,5 41 12,8 84,4 1995 50,4 4,7 27,6 18 31,6 52,9 100,1 40 24,7 60 31 2,9 100,1 1996 15,3 56,6 23,4 24 37,3 37,5 59,4 10,4 78,2 17,2 23,1 0,2 78,2 1997 0 0 3,2 7,3 38,5 54 46,7 50,33 58,4 25,5 17,2 7,9 58,4 1998 17,2 25,6 33,8 36,13 38 81,4 23,2 38,1 23,23 40 6,3 6,1 81,4 1999 28,8 8,8 2,8 12,53 60,1 29,1 28,63 60,5 80,5 28 17,03 28,8 80,5 2000 1 315 30 12 49,4 41,2 47,3 46,7 46,5 36,6 33,3 40,2 315 2001 0 9,2 9,5 38,1 65 50 14 38,1 20,3 38 65,2 6,1 65,2 2002 1,2 0 22,2 39,2 19,83 53,5 34 28,5 46 53,53 0 0 53,53 2003 1 2,4 23,4 47,2 20,6 77,5 17 32 66,1 36,5 77,53 0 77,53 2004 65 0 7 20 84 40 50 37,8 59 34,5 39,5 22,2 84 2005 61,5 9 29,7 34,6 26,6 30,4 46,6 54 30,43 34,1 25,8 24,3 61,5 2006 0 13 28,7 51,73 31,4 45,4 42,5 33,5 37,7 39 54 46,4 54 2007 3 15,1 12,5 20,2 38,9 50,03 45,6 30,83 42,63 8 73,2 6,1 73,2 2008 2009 2,5 3,5 27,5 0 0 0 0 0 0 0 35,5 35,53 35,53 0 16,1 27,2 14 23,6 30,3 63,6 27,7 72,5 41,2 23,5 43 72,5 2010 2011 2 17,2 63,7 44,9 34,5 78 51,5 19,8 54,5 27,5 24,2 48,63 78 4,2 0,5 24 37,03 73,7 35 35 52,6 13,73 22,3 37 8,6 73,7 2012 2013 14,5 3,6 48,5 24 64 12,6 66,6 66,2 64,5 91,3 51,5 9 91,3 13,4 0,4 5,23 45,2 26,7 51,8 59 114 8 108 38,23 22,6 114 2014
Tabla 16
IDEAM - INSTITUTO DE HIDROLOGIA, METEOROLOGIA Y ESTUDIOS AMBIENTALES 39 Municipio: Sincelejo Instalación: 1984-DICIEMBRE Estación: PUERTA ROJA LATITUD: 918 N LONGITUD: 7523 w ELEVACIÓN: 160 m.s.n.m VALORES MÁXIMOS MENSUALES DE PRECIPITACIÓN (mms) AÑO ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE VR ANUAL 1985 0 1 3,6 42 70 72 52 38 71 68 17 60 72 6 0 0 60 39 12 47 34 51 40 66 32 66 1987 15 12,1 116,2 26,1 34,8 14,5 59,7 32,5 68 39 68,03 0 116,2 1990 0 0 3 40,4 36 29 62,5 41,5 35 1,5 62,53 0 62,53 1991 0 0 0 13,5 37 48 33 49,5 68 24,5 19 34,5 68 1992 16 1,5 6,8 17,53 58 97 50,5 32,03 46 28 39 8,1 97 1993 24,5 51 28 41 29 58 48 62 71 45,5 15,6 3,4 71 1994 1995 11 0 1,6 41 34,5 55,5 50 28 23,5 43 49 19 55,5 10 15,5 9,4 50 68 93,5 35,5 44,5 89 47 48 17 93,5 1996 32,5 29 16 66 57,53 45 89 14,5 78 15,5 19,5 0 89 1997 1,2 0 0 73,5 36 86 34 40 42 33 13,8 29,5 86 1998 1999 17 28,5 26,5 34,5 32,5 52 61 61,03 0 0 0 0 61,03 2000 1,8 17,5 7 62 28,5 23,5 16,4 46 80,5 93,5 58,5 6,2 93,5 12 1,7 16,5 50,5 51,5 35,5 49 26,5 33,5 51 27 7 51,5 2001 3,6 4 18 39 61 37,5 32 21 77 30,5 38 53 77 2002 0 0 0 0,03 0 0 0 0 0 0 0 0 0,03 2003 0 0 0 59 98,5 22 88,5 40,5 50,5 13,5 98,53 0 98,53 2004 15 0 13,5 22,5 41 25 44 34 78 25,5 69 13,8 78 2005 18,5 18 7 103 43,5 49 46 81 35 21,5 57 29 103 2006 2007 0 36 5,5 57,5 78 53 37,03 39 38 41 30,5 53,5 78 1,5 9,4 24,5 29,5 46 55 32,5 52,5 54,5 31 46,5 3,6 55 2008 33 3,5 18 133 133,03 0 0 0 0 0 0 0 133,03 2009 0 17 32,5 29 37 29 40,03 61,5 50 35,5 18,5 83 83 2010 2011 5,8 21 3 56,03 50,03 36 38,5 27,53 62 3 54,5 28,8 62 2,5 34 29,3 55,4 84,3 37,4 37,3 53,4 28,5 37,1 60 9,7 84,3 2012 3,5 9,6 75,2 36,5 50 57,5 46,5 64,6 53,1 59,8 45,5 21,3 75,2 2013 23,5 17 1,8 33 15,53 33,03 0 0 0 0 0 0 33,03 2014
Tabla 17
40
IDEAM - INSTITUTO DE HIDROLOGIA, METEOROLOGIA Y ESTUDIOS AMBIENTALES Estación: UNIVERSIDAD DE SUCRE Municipio: Sampues Instalación: 1983-SEPTIEMBRE LATITUD: 912N LONGITUD: 7524 w ELEVACIÓN: 160 m.s.n.m VALORES MÁXIMOS MENSUALES DE PRECIPITACIÓN (mms) AÑO ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE VR ANUAL 54 41,2 34,2 119,8 42,7 81,6 36,23 29,9 51,3 141,4 79 2,53 141,4 1984 59,7 1 9 80,4 67,3 68,5 43,8 61,9 37 60,2 25,3 61,5 80,4 1985 10,1 312,13 13,4 52,2 43,73 40 21,6 39,03 11,7 56,23 33 9,6 312,13 1986 4 0,8 4,8 36,5 65 32 33 45 24,5 72,4 22 26,4 72,4 1987 1989 25,8 47,5 32,6 59,3 46,9 35,4 19,2 29 55,8 41 77,53 4,6 77,53 0,5 16 15 71,9 70 47 14 57,6 74,8 38,6 62,3 14,7 74,8 1990 1991 1,5 19 23,5 54,2 17,5 61,5 45,7 42 52,3 27,7 25,4 5,3 61,5 1 2,7 0 24 55,5 33,8 67,5 32,2 55,3 31 46,2 28,4 67,5 1992 1993 17,1 27,7 49 63,5 61,7 42 24,4 25,5 68,6 40,5 32,2 39,13 68,6 12,4 3,03 49,23 33,2 23,7 52,2 56,6 46 92,33 62,53 22,6 25,2 92,33 1994 1995 6,2 0 3,2 17,4 89,5 20,8 77,1 72,8 23,5 57,6 55 7,83 89,5 6,1 7,5 67,4 82,8 52,9 44,2 45,5 55,8 68,3 19,3 75 22 82,8 1996 13,9 14,7 2,6 29,9 20 34 46,7 45,8 61,2 65,7 34,2 0,5 65,7 1997 0 30 31,7 12,23 83,2 35 32,23 43,8 83,23 0 0 0 83,23 1998 2,4 63,6 36,5 67,7 17,5 96,7 52,33 96,73 0 0 0 0 96,73 1999 10,9 31,4 35,5 30,3 114,5 36,5 30 97,1 61 38 69,03 77 114,5 2000 4,1 0 38,2 41,5 51 25 17,3 45 86,6 48 42 21,2 86,6 2001 2,8 32,5 1,7 47 45,83 63 15,1 42,2 33,7 34 58,4 31,7 63 2002 0,4 5,7 40,8 70,8 11,1 64,7 17,9 26,2 34,5 15,83 33,7 17,83 70,8 2003 0 0 37,4 58,63 21,2 45,8 43,8 71,9 49,8 17,6 26,1 71,93 71,93 2004 28,7 0 3,7 28,6 55,7 12,7 54 42,6 79,5 40,9 43 20,9 79,5 2005 16,3 7,5 11,9 74,5 33,8 43,7 30,9 64,9 43,2 33,4 11,6 2,6 74,5 2006 0 0 16,9 26,5 88,3 61,7 25 102,6 84,5 26,5 8,4 24,7 102,6 2007 2008 13,9 42,7 62,7 20 35,8 82,1 63,5 20,6 68,9 31,6 28,6 4,8 82,1 30,5 7,9 5,6 135 29,8 59,2 65,3 41,6 45,6 73,2 32,4 13,5 135 2009 2010 0 44,3 19,5 8,8 89 46,2 54 45,9 72,3 32,9 69,1 64,4 89 0,5 9,7 28,5 53,5 25,5 68,7 48,7 27,4 43,5 28,7 23,1 48,6 68,7 2011 2012 44,7 14,6 11,4 44,2 68,6 36,9 50,8 45,7 29,8 69,2 32,1 21,33 69,2 2013 0 5,2 77,2 65,8 38,2 45,2 33,3 55,4 57,2 44,2 35,3 20,6 77,2 2014 15,2 2,3 1,8 34,5 43,5 40,7 38,5 108,8 40,4 37,53 31,2 6,9 108,8
Tabla 18
41
Se procede a hacer la georreferenciación en el programa Qgis de la imagen dispuesta en el trabajo, para ubicar las 3 estaciones a estudiar. Como se muestra en la figura 19.
I magen 19
Se observa que solo la estación de puerta roja se encuentra dentro de la cuenca. Para calcular la precipitación media de la cuenca se necesita aplicar el método del polígono de Thiessen. Se procede a hallar las áreas de influencias usando el programa Auto Cad. Como se muestra en la siguiente figura.
42
I magen 20
Este procedimiento nos facilitó el cálculo de la precipitación media anual, para así posteriormente implementar el me todo de Log-Pearson Tipo III y obtener la precipitación de diseño. A continuación se muestran las áreas de influencia para cada estación.
Estación
ÁREA DE INFLUENCIA
Puerta Roja
66864556.98
Unisucre
703302.18
Aeropuerto
30410735,54
∑
97978594.68
Tabla 19
43
Teniendo las áreas de influencia, se procede a calcular la precipitación media teniendo en cuenta las tres estaciones. A continuación se muestra la tabla que contiene los datos de las precipitaciones para cada estación y el valor de la precipitación media de la cuenca.
AÑO
PRECIPITACION MAXIMA (MM/DIA) E.PUERTA ROJA E.UNISUCRE E.APTO DE COROZAL VR ANUAL VR ANUAL VR ANUAL
Precipitación media
1990
116,2
74,8
75,03
103,124
1991
62,53
61,5
56,03
60,505
1992
68
67,5
65
67,065
1993
97
68,6
128,03
106,427
1994
71
92,33
98,83
79,791
1995
55,5
89,5
84,4
64,714
1996
93,5
82,8
100,1
95,472
1997
89
65,7
78,2
85,481
1998
86
83,23
58,4
77,414
1999
61,03
96,73
81,4
67,609
2000
93,5
114,5
80,5
89,616
2001
51,5
86,6
315
133,537
2002
77
63
65,2
73,237
2003
0,03
70,8
53,53
17,143
2004
98,53
71,93
77,53
91,821
2005
78
79,5
84
79,873
2006
103
74,5
61,5
89,915
2007
78
102,6
54
70,727
2008
55
82,1
73,2
60,843
2009
133,03
135
35,53
102,782
2010
83
89
72,5
79,784
2011
62
68,7
78
67,014
2012
84,3
69,2
73,7
80,902
2013
75,2
77,2
91,3
80,211
2014
33,03
108,8
114
58,705
Tabla 20
44
El valor de la precipitación media que se observa en la última columna de la tabla anterior, se halla calcula con la siguiente fórmula:
= ∑ó Á Donde:
ó = ó áÁ
Á = 97978594.68
Se aplica con cada estación y se realiza la sumatoria
AÑO 1990:
8703302.6818 +75,0330410735.54 = 116.266864556.98 + 74,97978594. = , AÑO 1991:
5703302.6818 +56,0330410735.54 = 62.5366864556.98 + 61.97978594. = , AÑO 1992:
5703302.6818+6530410735.54 = 6866864556.98+67.97978594. = , Se realiza el mismo procedimiento, para el resto de años y se tabulan en la siguiente tabla.
45
AÑO
PRECIPITACIÓN MEDIA DE LA CUENCA
1990
103,124
1991
60,505
1992
67,065
1993
106,427
1994
79,791
1995
64,714
1996
95,472
1997
85,481
1998
77,414
1999
67,609
2000
89,616
2001
133,537
2002
73,237
2003
17,143
2004
91,821
2005
79,873
2006 2007 2008
89,915 70,727 60,843
2009
102,782
2010
79,784
2011
67,014
2012
80,902
2013
80,211
2014
58,705
Tabla 21
46
Teniendo los datos de la precipitación media de la cuenca, se procede a calcular la precipitación máxima de diseño, por el método de distribución Log-Pearson Tipo III
MÉTODO DE DISTRIBUCIÓN LOG-PEARSON TIPO III A continuación se mostrará el procedimiento del método aplicado como ejemplo al año 1990 y posteriormente se anexará la tabla con los datos tabulados de todos los años estudiados (1990 hasta 2014).
1.
= ó = 133,537 = 2,125603101 = ,
2. Se calcula el promedio de todos los datos
̅ = ∑ ̅ = 46,94288125 25 = 1,87771525 ̅ = 1,87771525 ̅ = ,
47
Se realiza la siguiente tabla: AÑO
PRECIPITACION
NÚMERO DE ORDEN
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
103,124 60,505 67,065 106,427 79,791 64,714 95,472 85,481 77,414 67,609 89,616 133,537 73,237 17,143 91,821 79,873 89,915 70,727 60,843 102,782 79,784 67,014 80,902 80,211 58,705
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
PRECIPITACIÓN YI=LOG (MM) (PRECIPITACIÓN) 133,537 106,427 103,124 102,782 95,472 91,821 89,915 89,616 85,481 80,902 80,211 79,873 79,791 79,784 77,414 73,237 70,727 67,609 67,065 67,0142 64,714 60,843 60,505 58,705 17,143 ∑
2,125603101 2,02705295 2,01336153 2,011916863 1,979874708 1,962942265 1,95383019 1,952384499 1,931867716 1,907956935 1,904236622 1,9024003 1,90195404 1,901916153 1,888817204 1,864730579 1,849587863 1,830002768 1,826497656 1,826166813 1,810998776 1,784213967 1,781792179 1,768678569 1,234097001 46,94288125
Tabla 22
3. Se calcula la desviación estándar
̅ ∑ − = − = 0,612730519 24 = 0,159782472 = ,
− − 0,06144839 0,02230175 0,01839991 0,01801007 0,01043655 0,00726364 0,00579348 0,0055755 0,00293249 0,00091456 0,00070338 0,00060935 0,00058752 0,00058568 0,00012325 0,0001686 0,00079115 0,00227648 0,00262324 0,00265724 0,00445109 0,00874249 0,00920124 0,011889 0,41424445 0,61273052
0,01523231 0,00333049 0,00249588 0,00241698 0,00106619 0,00061906 0,00044097 0,00041632 0,0001588 2,7658E-05 1,8655E-05 1,5042E-05 1,4241E-05 1,4174E-05 1,3684E-06 -2,1892E-06 -2,2253E-05 -0,00010862 -0,00013436 -0,00013698 -0,00029696 -0,00081743 -0,00088261 -0,00129634 -0,26661529 -0,24404488
48
4. Se calcula el Coeficiente de oblicuidad de los logaritmos,
̅ ∑ ∑ − = −− 25−0,244044882 = 24230, 004079317 = −2,709463026 = −, 5. Se calcula
En donde
= ̅ +
se obtiene del cuadro 3A.2, con
y el periodo de retorno. retorno.
Para el periodo de retorno, recurrimos a la siguiente tabla tomada manual de drenaje para carreteras 2009
T ab abla la 23
El puente estudiado, tiene una luz mayor a 10m, por tanto el tiempo de retorno es 50 años
49
Teniendo el tiempo de retorno
y el Coeficiente de oblicuidad de los logaritmos
procede a interpolar para hallar el valor de
. Se
. En la tabla # tomada del libro Hidrología
en la ingeniería de Germán Monsalve Sáenz
Tabla 24
= −0.714−0.744 (−2.−2.8+2.8+2.7097 )+0.714 = ,
50
= ̅ + = 1,87771525 ++ 0,159782472 597824720,737539612 = 1,995561152 = 1,995561152
Teniendo el valor de
ahora si se procede a calcular
= = 1,995561152 95561152 = 98,98 = ,
6. Por ultimo de cálcula, la precipitación de diseño
La precipitación de diseño es
,
51
CURVA INTENSIDAD – DURACIÓN- FRECUENCIA (IDF) La curva IDF, son arreglos en los cuales se presentan las lluvias (estimadas como intensidad de precipitación) contra su duración y el periodo de retorno. Para realizar la curva IDF de nuestro estudio, utilizaremos el método simplificado, este método se debe llevar a cabo siempre y cuando no se disponga de datos históricos de corta duración (datos pluviográficos). Se utiliza la siguiente expresión:
∗ ∗ = = ó / ℎ = ñ = íó á 24 ℎ = ó ,,, = á ó. Donde:
Los valores de los parámetros a,b,c y d. se encuentran regionalizados en la tabla 25.Como nuestro punto de estudio hace parte de la región Caribe se toman los valores respectivos para la región. REGIÓN
A
b
c
d
Andina (R1)
0,94
0,18
0,66
0,83
Caribe(R2)
24,85
0,22
0,5
0,1
Pacífico(R3)
13,92
0,19
0,58
0,2
Orinoquía(R4)
5,53
0,17
0,63
0,42
Tabla 25
52
Para el estudio la duración de la lluvia se tomará de 10min hasta 180 min. Para una duración de lluvia (t)=10min
∗ ∗ = 60 , , 24, 8 550 79, 3 49 = 10/60, = . / Para una duración de lluvia (t)=20min
∗ ∗ = 60 , , 24, 8 550 79, 3 49 = 20/60,
= . / Se realiza el mismo procedimiento para el resto de tiempos. Estos resultados se muestran en la siguiente tabla:
53
CURVA INTENSIDAD-DURACIÓNFRECUENCIA (IDF) 50 TIEMPO RETORNO (AÑOS) INTENSIDAD TIEMPO(min) 10 222,91 20 157,62 30 128,69 40 111,45 50 99,69 60 91,0025 70 84,25 80 78,81 90 74,30 100 70,49 110 67,21 120 64,35 130 61,82 140 59,58 150 57,56 160 55,73 170 54,06 180 52,54 Tabla 26
Se procede a graficar la curva IDF
CURVA IDF 240 220 ) 200 a i d180 / m160 m ( 140 D A120 D I 100 S N 80 E T 60 N I 40 20 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190
TIEMPO (min)
54
CÁLCULO DEL CAUDAL MÁXIMO Para el estudio de áreas mayor a 700 hectáreas es necesario usar el método de la curva NC. Como el área de nuestra cuenca presenta estas características, hallamos el caudal máximo utilizando este método, teniendo en cuenta que estamos utilizando las precipitaciones máximas para los cálculos anteriores. Para este método, la fórmula para hallar el caudal máximo o de diseño, usamos las siguientes fórmulas:
Dónde:
: : ℎ : :Tiempo de concentracion Nc:
: :
= .∗∗ + −.∗ = +.∗ = −.
∗+ ∗ = ∗+ ++ . . + = ∗. = ∆
55
1. Para la aplicación de este método debemos hallar las áreas que contengan vegetación, rastrojo y urbanización, estas áreas fueron dadas en los datos suministrado anteriormente. TIPO DE ZONA ÁREA (Ha) Pastos
3919.1436
Rastrojo
2939.3577
Urbana
2939.3577
Tabla 27
I magen 21
Seguidamente encontramos la caracterización del suelo, según la información suministrada muestra que el suelo es de tipo franco arcilloso, y puede ser ubicado en el grupo de suelos C, según la tabla 7.10 (Clasificación hidrológica d e los suelos “SCS”).
56
Condición hidrológica de la cuenca: CONDICIÓN HIDROLÓGICA
COBERTURA DE VEGETACIÓN
Buena
≥ 75%
Regular
50% - 75%
Mala
≤50%
Tabla 28
Según la tabla anteriormente, deducimos que para cada tipo de zona encontramos una condición hidrológica, en el manual encontramos que para los Rastrojos esta condición está indeterminada, las zonas de pastos y la zona urbana fueron observadas superficialmente en la imagen de la cuenca suministrada, tenemos los siguientes resultados:
ZONAS Zona de Pastos
Buena
Zona de Rastrojos Zona urbana
Regular
Tabla 29
Condiciones de humedad antecedente: Se recomienda trabajar con una condición de humedad antecedente tipo II, porque es una condición de humedad promedio, potencial de escorrentía promedio, esta información es tomada de la tabla 2.13 del MANUAL DE DRENAJE PARA CARRETERAS.
57
Determinación del número de la curva de escorrentía (NC): Siguiendo las especificaciones del MANUAL DE DRENAJE PARA CARRETERAS, encontramos el número de la curva de escorrentía para cada tipo de zona, en la tabla 30, seguidamente mostramos el valor para cada zona:
COBERTURA
NÚMERO DE CURVA DE ESCORRENTÍA
Pastos
74
Rastrojos
91
Urbana
79
Tabla 30
Terminada la caracterización del suelo, e identificando los datos anteriormente tomados obtenemos la siguiente tabla:
Cobertura
Tipo de Suelo
Condición
Condición de Humedad
Hidrológica
Antecedente
Pastos
C
Buena
II
74
Rastrojos
C
-------
II
91
Urbana
C
Regular
II
79
NC
Tabla 31
CALCULOS DE LOS PARÁMETROS PARA HALLAR EL CAUDAL Utilizamos las formulas y remplazamos los datos ya mencionados:
= 1∗1+2∗2+3∗3 1+2+3 14361436+2939. + 91∗2939.3577+2939. 3577 + 79∗2939. 3 577 = 74∗3919.3919. 3577
58
= . Cálculo de S:
= 2540 −25.4 = 280.5406 −25.4 = 6.113645391 cm/día = .
Escorrentía:
−0. 2 ∗ = +0.8 ∗
Donde P es la precipitación de diseño hallada por el método de Log Pearson Tipo III (98.9831 mm).
98. 9 8−0. 2 ∗61. 1 3645391 = 98.98+0.8∗61.13645391 = 50.88968 = . Tiempo de concentración:
Dónde:
: =
. = 0.0195∗∆ 15650.184 m.
59
∆: . ∆ = 120 . 15650. 1 84 = 0.0195∗ 120 = , Tiempo de retardo:
. . ∗ +1 = 735∗.
Donde Y es la pendiente del cauce principal.
= ∆ ∗100 240−120 = 15650. 184 ∗100 = . %
El tiempo de retardo es:
. . 15650. 1 84 ∗6. 1 13645391 +1 = 735 ∗0.767 .
=
13.91217 horas
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Conociendo el valor de todos los parámetros, aplicamos las formula y hallamos el caudal máximo:
= .∗∗ + 8 59∗0. 0 5088968 = 2.08∗9797. 3.5982 ℎ+13.91217 ℎ = . /
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ANÁLISIS Después de haber determinado los diferentes parámetros geográficos y morfológicos de la cuenca se realizó el cálculo hidrológico correspondiente para llegar finalmente al caudal máximo de diseño del puente en estudio. Este caudal se obtuvo por medio del método del Numero de la Curva, ya que el área excedía las 700 Ha límites para aplicar el método racional, utilizando el tipo II correspondiente a este método se obtuvo un caudal de
66.0158 m/s 66.0158 m /s
, para un tiempo de retorno de 50 años, el caudal máximo de diseño en el
puente es
, teniendo él cuenta que el diseño para el puente se toma el caso
extremo, ya que se calculó el caudal máximo con las precipitaciones máximas, utilizadas para cálculos previos a este. Los factores de seguridad en los diseños estructurales son muy eficientes ya que estos ayudan a mejorar la vida útil y la seguridad del diseño, con respecto al puente se realizara el diseño con el caudal máximo, el cual se toma como crítico para el pre-mayoramiento con el factor de seguridad empleado en el diseño, esto le emplea confianza en el diseño y mayor durabilidad en su uso e implementación en el campo.
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CONCLUSIÓN A nivel profesional de la Ingeniería Civil, de acuerdo al ámbito del estudio realizado podemos llegar a diferir su vital importancia para el desarrollo del análisis y los estudios hidrológicos para las construcciones hidráulicas, ya que ayuda a predecir de manera estadística según datos históricos el comportamiento del caudal en la cuenca estudiada, el desarrollo del proyecto se llevó a cabo con los conocimientos adquiridos en la clase, los cuales fueron de gran valor e importancia para el objetivo del mismo, de esta manera con la implementación de herramientas y aplicaciones computacionales fue de gran ayuda ya que destacaron una manera práctica, rápida y eficaz al momento de estimar diferentes factores para la finalidad del estudio. Al momento de diseñar un puente es de vital importancia los estudios de los factores hidrológicos y ambientales, ya que uno es congruente del otro, la variación de los datos suministrados muestran la variación de los factores ambiéntales e hidrológicos en un lapso de tiempo determinado, para el tiempo de retorno de 50 años, de lo cual se espera que el comportamiento no presente una tasa variable diferente a esta, ya que el comportamiento actual de los factores ambientales es poco predecible, debido a esto utilizando los métodos anteriormente mostrados encontramos un caudal critico el cual es utilizado como nuestro caudal de diseño, para un mejor factor de seguridad.
