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FACULT FACULTAD AD DE INGENI INGENIER ER A CIVIL CIVIL
HIDROLOGIA
Transito de de avenidas avenidas en vasos y cauces
Alumno: Bernardo Humberto Palomeque Huerta Matricula: 1466080
Introducción El término tránsito de avenidas (que también se denomina propagación de la onda de avenida) describe el proceso de predecir la curva de un hidrograma en un lugar en particular de un canal fluvial, embalse o lago. Dicho hidrograma muestra el efecto de un caudal o flujo que ha sido medido o estimado en algún otro lugar, normalmente aguas arriba. El proceso de propagación o tránsito de avenidas permite utilizar la información corre spondiente a un lugar para obtener un cálculo estimado de los niveles del río aguas abajo. En ciertos casos, como por ejemplo en zonas de mareas, se puede también emplear para estimar los niveles del río corriente arriba. Los métodos hidrológicos para calcular el tránsito de avenidas consideran el almacenamiento a medida que el agua se desplaza por los cauces fluviales y las estructuras de control de las aguas. Estos métodos simulan el nivel y el caudal en los cauces fluviales.
Proceso de transito de avenidas en los pronósticos fluviales Recuerde que el proceso de tránsito de avenidas (o propagación de la onda de avenida) permite calcular el caudal y el nivel aguas abajo a partir del hidrograma de un lugar aguas arriba. El nivel observado o del modelo de una estación de aforo de aguas arriba se utiliza junto con la relación nivel-caudal de ese lugar de medición para determinar el caudal. Finalmente, se utiliza la curva de gastos del sitio aguas abajo para convertir el caudal propagado al nivel que se puede esperar en el lugar aguas abajo.
Propagación de la onda de avenida A medida que el caudal de un cauce aumenta, también aumenta su nivel o profundidad. Debido al aumento del nivel del agua, el cauce almacena temporalmente más agua durante el período ascendente de la onda de avenida. A medida que la onda de avenida pasa, el almacenamiento adicional se reduce y el volumen de agua adicional aportado por la onda se desplaza aguas abajo. A medida que la onda continúa su trayecto aguas abajo, el caudal máximo suele disminuir. Esto se debe a la atenuación de la onda de avenida por el efecto del almacenamiento y del retardo de la descarga del agua dentro del tramo fluvial.
Transito de avenidas y almacenamiento en cauce La comparación de los hidrogramas de dos sitios en el tramo de un río, uno aguas arriba y otro aguas abajo, nos permite observar que en el sitio aguas arriba el cauce almacena agua temporalmente. Con el tiempo, a medida que la onda de avenida se desplaza aguas abajo, se produce un retardo en la descarga del agua que estuvo almacenada temporalmente en el cauce a
lo largo de ese tramo antes de que se incorpore al hidrograma del sitio aguas abajo, normalmente con un caudal máximo reducido.
Calculo hidrológico del tránsito de avenidas Existen varios métodos hidrológicos para calcular el tránsito de avenidas con el fin de determinar valores tales como el caudal, el nivel o la velocidad aguas abajo a partir del hidrograma de un lugar aguas arriba. Las siguientes son algunas de las técnicas más com unes: •
Puls modificado
•
Onda cinemática
•
Muskingum-Cunge
•
Muskingum
•
Retardo y K (una variante del mé todo de Muskingum)
Método de Muskingum Entre los métodos hidráulicos, posiblemente el más utilizado en cálculos manuales por s sencillez sea el de Muskingum. El almacenamiento en un tramo del cauce puede descomponerse en dos partes: Almacenamiento en prisma, que sería proporcional al caudal de salida y almacenamiento en cuña, que sería función de la diferencia entre el caudal de entrada y el de salida, ya que cuanto mayor sea la diferencia, mas pronunciada será la cuña. La fórmula que expresa esto es: S= K [XI + (I-X)O] donde: S=almacenamiento en el tramo considerado I= caudal de entrada en ese tramo O= caudal de salido de ese tramo K, X= constantes para ese tramo de cauce Sustituyendo esa fórmula para dos incrementos de tiempo consecutivos te nemos que: O2 = Co*I2 + C1 *I1 + C2 *O1 Puede comprobarse fácilmente ya que debe cumplir la condición que C0+C1+C2=1. Esto es útil como comprobación de cálculos realizados a mano.
K puede asimilarse al tiempo de recorrido de la onda de un extremo a otro del tramo estudiado. Debemos utilizar las mismas unidades que para delta “t” X es una constante que en teoría puede estar entre 0 y 0.5 pero normalmente vale 0.2-0.3
Transito de avenidas en vasos. El tránsito de avenidas en vasos tiene por objetivo principal obtener el hidrograma de salida de una presa a partir de proporcionarle su hidrograma de entrada este procedimiento resulta de gran utilidad, ya que algunas de sus aplicaciones son: Conocer el volumen de agua que deberá pasar por la obra de excedencias ante una elevación del vaso, y saber si la operación de las compuertas del vertedor es adecuada. Dimensionar la obra de excedencias, que será la encargada de conducir el volumen de agua que sobrepase la capacidad de almacenamiento del vaso. Calcula el NAME (Nivel de Aguas Máximas Extraordinaria) y dimensionar la obra de desvió y antiguas.
PROCEDIMIENTO En base a los datos obtenidos se procederá a determinar el gasto máximo para un punto “C” si los datos dados son del punto “A”. 2.-Con los datos del vertedor se calculara el gasto que permite pasar por él y ese será el gasto de salida del punto “B”, utilizando el método semigrafico. Por el método semigrafico se divide en dos etapas la primera es la obtención de la curva “S vs. 2V/Δt + S”. Para construir esa curva se emplea la ecuación de la curva elevaciones-capacidades y elevaciones-gastos de salida de la manera siguiente: 1) Se selecciono el valor de Δt=2. 2) Se escoge una elevación “base” y se obtiene el volumen V y el gasto de salida S 3) Con V y S se calcula 2V/Δt + S. 4) Se realiza la grafica S vs. 2V/Δt + S, habiendo utilizando mas elevaciones. Segunda etapa aplicación del método: 1) Se utiliza la formula I i+Ii+1 + 2V1/Δt
- S1=2V2/Δt – S2
2) Se utiliza la grafica S vs. 2V/Δt para determinar S2.
3) El valor anteriormente obtenido ahora será S 1 para la próxima determinación y así sucesivamente. 3.-Con el método de Muskingum se procederá a calcular los gastos de salida del punto “C” para así poder ver cuál es el gasto máximo que pasa por el punto “C”. 1) Los gastos previamente calculados pasan a ser los gastos de entrada del punto “C”. 2) Se calculan los valores de C0, C1, C2. Con las fórmulas: C0= -KX+ Δt*0.5 / K-KX + 0.5* Δt C1= KX + Δt*0.5/ K-KX + 0.5* Δt C2= K-KX+0.5/ K-KX + 0.5* Δt 3) Con la formula O2 = Co*I2 + C1 *I1 + C2 *O1 se calcula el gasto de salida del punto “C”. 4) Se procede a realizar el hidrograma.
REGISTRO DE RESULTADOS TRANSITO DE VASO t (hrs.)
I (m3/s)
Ii+Ii+1
2V/Δt
2V/Δt - Si
Si+1
4
200
600
32.0520783
632.052078
593.260297
6
400
1250
-554.468517
695.531483
656.549834
8
850
2050
-617.568184
1432.43182
1391.24608
10
1200
2130
-1350.06034
779.939661
740.705544
12
930
1580
-701.471428
878.528572
838.999574
14
650
1050
-799.470575
250.529425
212.878789
16
400
600
-175.228152
424.771848
386.600047
18
200
TRANSITO DE CAUCE T (horas)
I1 (m3/s)
S2(m3/s)
4
593.260297 593.260297
6
656.549834 573.998265
8
1391.24608 386.287047
10
740.705544 1021.21635
12
838.999574 869.339558
14
212.878789 1046.70676
16
386.600047 631.301172
C0
-0.30434783
C1
0.73913043
C2
0.56521739 1.00
ANEXOS
2V/Δt + S
Vs S
12.0000
10.0000
8.0000
S + t d / V 2
6.0000
4.0000
2.0000
0.0000
S
HIDROGRAMA 2000
1800
1600
1400
1200 ) s / 3 m1000 ( Q
I1 (m3/s) S2(m3/s)
800
600
400
200
HIDROGRAMA 2000
1800
1600
1400
1200 ) s / 3 m1000 ( Q
I1 (m3/s) S2(m3/s)
800
600
400
200
0 4
6
8
10
12
14
T (hrs.)
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS •
•
•
Estudio hidrológico para obras de protección Oscar A. Fuentes Mariles y Victor Franco Hidrología aplicada Ven Te Chow Fundamentos de la hidrología de superficie Aparicio Gonzales
Internet: https://www.meted.ucar.edu.com
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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS •
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Estudio hidrológico para obras de protección Oscar A. Fuentes Mariles y Victor Franco Hidrología aplicada Ven Te Chow Fundamentos de la hidrología de superficie Aparicio Gonzales
Internet: https://www.meted.ucar.edu.com
