Estudio Hidrológico Fraccionamiento Habitacional

ESTUDIO HIDROLOGICO

Fraccionamiento. Fraccionamiento. Habitacional Para la Reubicacion de Ejidatarios En el Puerto Industrial de Altamira, Tam

ESTUDIO HIDROLOGICO FRACCIONAMIENTO HABITACIONAL PARA LA REUBICACIÓN DE EJIDATARIOS EN EL PUERTO INDUSTRIAL DE ALTAMIRA, TAM.

CONTENIDO I. - ANTECEDENTES II. - OBJETIVO III.- GENERALIDADES Localización Clima Geología Hidrología Suelos Topografía Vegetación Comunicaciones        

IV.- RECOPILACIÓN DE DATOS Y VERIFICACIÓN EN CAMPO Obtención de datos pluviométricos Obtención de cartas geográficas y topográficas  

V.- ANÁLISIS Y ESTUDIO HIDROLOGICO Determinación de parámetros fisiográficos, morfométricos e hidrológicos de las áreas tributarias. Áreas de cuencas Pendientes topográficas Tiempos de concentración Coeficientes de escurrimiento Determinación, evaluación y generación de parámetros pluviométricos Duración de la tormenta Tiempo pico de la tormenta 

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Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle 0 +800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas Calle Río Tamesí, Km 0+800,

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Análisis de la precipitación máxima en 24 horas. Curvas P-D-Tr (precipitación-duración-periodo de retorno), para diferentes periodos de retorno. Cálculo de precipitaciones en exceso. Obtención de gastos máximos y generación de hidrógramas de escurrimiento. Gastos máximos ordinarios Método del US Soil Conservation Método de Gete Método de Morgan Método Racional Normas hidrológicas de la CFE Normas hidrológicas de la GASIR (CNA) Gastos adoptados Generación de hidrógramas Hietogramas de diseño y precipitación en exceso Hidrógramas parciales e integrales Modelamiento matemático HEC-HMS − −

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VI.- DISEÑO HIDRAULICO Definición y dimensionamiento de las secciones geométricas, de las estructuras de demasías de los cuerpos de agua existentes Análisis y obtención de las características hidráulicas hidráuli cas de los cauces y escurrimientos superficiales relevantes. 

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VII.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES VIII.-BIBLIOGRAFÍA IX. - ANEXOS No. 1, Carta de localización No. 2, Carta de climas No. 3, Carta geológica No. 4, Carta de regiones y cuencas hidrológicas No. 5, Carta de vegetación No. 6, Fotos satelitales y terrestres del sitio No. 7, Plano topográfico No. 8, Plano de geología No. 9, Plano de cuencas y cuerpos de agua         


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Análisis de la precipitación máxima en 24 horas. Curvas P-D-Tr (precipitación-duración-periodo de retorno), para diferentes periodos de retorno. Cálculo de precipitaciones en exceso. Obtención de gastos máximos y generación de hidrógramas de escurrimiento. Gastos máximos ordinarios Método del US Soil Conservation Método de Gete Método de Morgan Método Racional Normas hidrológicas de la CFE Normas hidrológicas de la GASIR (CNA) Gastos adoptados Generación de hidrógramas Hietogramas de diseño y precipitación en exceso Hidrógramas parciales e integrales Modelamiento matemático HEC-HMS − −

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VI.- DISEÑO HIDRAULICO Definición y dimensionamiento de las secciones geométricas, de las estructuras de demasías de los cuerpos de agua existentes Análisis y obtención de las características hidráulicas hidráuli cas de los cauces y escurrimientos superficiales relevantes. 

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VII.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES VIII.-BIBLIOGRAFÍA IX. - ANEXOS No. 1, Carta de localización No. 2, Carta de climas No. 3, Carta geológica No. 4, Carta de regiones y cuencas hidrológicas No. 5, Carta de vegetación No. 6, Fotos satelitales y terrestres del sitio No. 7, Plano topográfico No. 8, Plano de geología No. 9, Plano de cuencas y cuerpos de agua         


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           

No. 10, Plano de est. climatológicas y polígonos de Thiessen No. 11, Tabla de datos climatológicos, estación El Barranco No. 12, Tablas de datos de precipitación mensual No. 13, Tablas de datos de precipitación máxima en 24 hrs. No. 14, Tablas y graficas, análisis de distribución probabilística No. 15, Graficas de curvas P-D-Tr No. 16, Hietógramas de diseño y precipitación en exceso No. 17, Graficas de hidrógramas No. 18, Tabla de datos hidrométricos, estación Barberena No. 19, Graficas de aéreas-capacidades, presa mayor No. 20, Grafica de elevaciones-descargas, vertedor adoptado No. 21. Graficas de hidrógramas de transito de avenidas


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I.- ANTECEDENTES Dentro de los planes y programas de desarrollo y crecimiento del Puerto Industrial de Altamira Tam., la Administración Administración Portuaria Portuaria Integral Integral de Altamira, S.A de C.V., C.V organismo administrador del mismo, tiene contemplada la liberación de aéreas urbanas de uso actual, para el cumplimiento de tal propósito; para lo anterior, requiere de la elaboración de un “Proyecto Ejecutivo del Fraccionamiento Habitacional ““ Proyecto para la Reubicación de Ejidatarios, e en en el Puerto Industrial de Altamira, Tam.” Tam.” ”, que permita la realización de un plan de acción orientado a

dicho fin.

Como una parte fundamental del proyecto, se efectuará el estudio hidrológico del área, donde se pretende desarrollar el asentamiento urbano antes mencionado.

Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

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II.- OBJETIVO El objetivo principal, del presente estudio, es la determinación de los caudales máximos de escurrimiento, para los diferentes periodos de retorno, generados por los excedentes de precipitación en la cuenca de influencia; así como el análisis de los efectos causados por los mismos, en los cuerpos de agua ubicados en el área del fraccionamiento y a la vez obtener los parámetros hidrológicos que permitan el diseño racional del drenaje pluvial en dicho fraccionamiento. Lo anterior, con la finalidad de proporcionar los elementos de seguridad para los habitantes e infraestructura urbana, contra los efectos de elevación de niveles e inundaciones, generadas por las lluvias en exceso.


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III.- GENERALIDADES Localización El sitio del fraccionamiento en estudio, se encuentra localizado en terrenos del predio “San Juan”, fracciones Santa Rosa y Zocotroco, perteneciente al Municipio de Altamira, del Estado de Tamaulipas; se encuentra ubicado, en su acceso principal, sobre el camino vecinal a Palito Alto, al Oeste del poblado de El Barranco (Aquiles Serdán), a 2.2 Km. de esta población y entroncando en el Km. 7+500 de la Carretera Estatal Altamira-Aldama y a 23.0 Km. aproximadamente, de la Carretera Federal Tampico-Mante. Las coordenadas geográficas del sitio, se encuentran delimitadas por los paralelos 22°33’51” y 22°34’34” Latitud Norte y los meridianos 97°55’29” y 97°55’59” Longitud Oeste; la altura media sobre el nivel del mar es del orden de los 18 m. (ver anexo No. 1, carta de localización). La zona está limitada al Norte por la propiedad del Sr. José Gutiérrez Brizuela, al Sur por la propiedad del Sr. Alejandro Ventura Calderón, al Oriente con Ejido Aquiles Serdán y al Poniente con propiedad del Sr. José Humberto Banda Pedroza; contando con una superficie total, en sus dos fracciones, de 809,641.092 m² (ver anexo No. 7, plano topográfico). Clima Se clasifica, según la Carta de Climas (fuente INEGI), para el Estado de Tamaulipas, en base a la clasificación climática de W. Köppen, modificada por la investigadora Enriqueta García (1964), en lo que se conoce como tipo de clima Aw, Cálido-Subhúmedo con lluvias en verano, de humedad media (ver anexo No. 2, carta de climas). El clima de la región es cálido, siendo uniforme entre los meses de Marzo y Septiembre, con ambiente sofocante al medio día, refrescando al atardecer por efecto de los vientos del Sudeste; volviéndose variado Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

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de los meses de Octubre a Febrero, por la presencia de los vientos del Norte, que inciden en el abatimiento rápido de la temperatura. Por su cercanía con el sitio de proyecto y ser a su vez representativa de la zona en estudio, se considera como estación base de datos meteorológicos; la estación meteorológica El Barranco, situada en el Municipio de Altamira, Tam., con coordenadas geográficas de 22º 34’ 07’’ Latitud Norte y 97º 53’ 53’’ Longitud Oeste, con una altura sobre el nivel del mar de 6 m. (ver anexo No. 11, tabla de datos climatológicos, estación El Barranco). Los principales parámetros meteorológicos, de dicha estación, que inciden en la clasificación del clima, se enuncian a continuación: La temperatura promedio anual observada, es de 24.3 °C. y las extremas de (-) 1.0 ˚C y 44.0 ˚C. La precipitación media anual registrada es de 971.9 mm., iniciándose la temporada de lluvias en Junio y presentándose su máximo, en el mes de Septiembre; por estar localizado el sitio del Proyecto en la zona de trayectorias ciclónicas del Golfo de México, se presentan algunos años con precipitaciones abundantes en los meses de Septiembre y Octubre, que llegan a alcanzar valores de singular importancia. La evaporación media anual es de 1,407.9 mm., o sea prácticamente 1.4 veces la precipitación media. Geología La zona del proyecto se ubica en la provincia fisiográfica conocida como Planicie Costera del Golfo y se caracteriza por la existencia de dos cuencas sedimentarias, Burgos y Tampico-Misantla, donde se depositaron rocas terciarias formadas principalmente por lutitas y areniscas, cuyas características varían de acuerdo al ambiente en que se depositaron, que puede ser: continental (deltas y barras) o marino somero (ver anexo No. 3, carta geológica). En la zona litoral se presentan lagunas marginales, barras y desarrollo de dunas costeras. Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

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En esta provincia afloran las rocas sedimentarias depositadas en la cuenca Tampico-Misantla.

terciarias,

En la región afloran rocas cuyas edades varían del Mesozoico al Cenozoico; el Mesozoico está representado por una secuencia arcillosa de origen marino. En el área se encuentra la transición entre los elementos paleo-geográficos cenozoicos Cuenca de Burgos y Cuenca Sedimentaria Tampico-Misantla. El sitio del proyecto se encuentra situado sobre asociaciones de rocas sedimentarias que datan del Periodo Oligoceno (Terciario Medio), constituidas por Lutitas y Areniscas Calcáreas, con las formaciones Mesón y Palma Real Superior (ver anexo No. 8, plano de geología). La formación Mesón está compuesta por lutitas, areniscas y margas en estratos que varían de delgados a medianos, presenta color gris con tonos azules e intemperiza en color amarillo, teniendo un abundante contenido de fósiles. La formación Palma Real está constituida por una gran variedad de tipos litológicos, pues se depositó en un marco sedimentológico transgresivo y atestigua además, una regresión al final de su depósito; comprende lutitas calcáreas, margas arenosas, areniscas de grano fino y medio, calizas coralinas de tipo arrecifal y lentes conglomeráticos, presentando color gris con tonalidades azules. El espesor de sus estratos varía de delgados a medianos. Las areniscas pueden presentar huellas de oleaje y algunas concreciones de carbonatos. Hidrología La zona del proyecto se encuentra localizada en Región Hidrológica de los Ríos San Fernando-Soto La Marina, clave RH25 (región hidrológica 25), cuenca Laguna de San Andrés-Laguna de Morales, sub-cuenca del Río Barberena, con vertiente hacia el Golfo de México (ver anexo No. 4, carta de regiones y cuencas hidrológicas). El predio cuenta con seis cuerpos artificiales de agua dulce, consistentes en seis presas de tierra, que aprovechan y almacenan las aguas pluviales excedentes, mismas que se utilizaban para el uso Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

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doméstico y abrevadero del ganado que poblaba el lugar; la superficie total de estos cuerpos de agua, representan aproximadamente el 12% del área del fraccionamiento (ver anexo No. 9, plano de cuencas y cuerpos de agua). El sitio del proyecto, está enclavado en una cuenca de 3.5 Km2 de superficie, cuyos escurrimientos excedentes fluyen en dirección SurEste; siendo captados actualmente, por el cuerpo mayor de agua ubicado en los terrenos del fraccionamiento, localizado en la parte media de la fracción Sur, limitante con el lindero Oriente. Estos escurrimientos drenan hacia el Arroyo de Los Aguacates, depositándolos en el Rio Barberena, con vertido final en el Golfo de México. Suelos En base a la clasificación Edafológica de la FAO-UNESCO/1968, modificada por la Dirección General de Geografía del INEGI, el tipo de suelo que se presenta en la zona del sitio del estudio, se clasifica dentro del Gran Grupo de suelos Regosoles Éutricos R Re. Estos suelos se han derivado, a partir de materiales de formación de arena de origen marino; para lo cual se supone que, al elevarse la superficie del terreno o al retroceder el mar, los depósitos de arena dieron lugar a la formación del suelo. Su profundidad es variable, ya que la roca aparece desde los 40 cm. hasta los 160 cm., aflorando inclusive en ocasiones; por lo que el perfil puede clasificarse de moderadamente bien drenado: sin estructura, no adherente, no plástica, suelta en húmedo y blanda en seco. Los poros tubulares muy finos, de estos suelos, son continuos a través del perfil, el límite de los horizontes es ondulado y va de gradual a brusco; la reacción del suelo es de ligera a moderadamente acida. No se aprecian problemas de salinidad y/o sodicidad. El estrato impermeable está constituido por la roca, la cual se encuentra a profundidades variables, desde la superficie cuando aflora en aéreas reducidas de algunas lomas, hasta alrededor de 1.60 m. en la parte plana. Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

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Topografía La topografía del terreno es irregular, con algunos lomeríos suaves, con pendientes que van del 1 al 2 por ciento, descendiendo las cotas hacia el Oriente; identificándose las partes más altas en los extremos Noroeste y Oeste. Lo anterior, permite que el terreno y suelos cuenten con un buen drenaje superficial, canalizando los escurrimientos a los cuerpos de agua propios del predio, eliminando los excedentes a través de los arroyos, de los predios y terrenos colindantes, hasta su descarga final en el Rio Barberena y Vertiente del Golfo de México (ver anexo No. 7, plano topográfico). Vegetación El terreno del área del proyecto, está conformado mayormente por zonas de pastoreo, con un estrato arbóreo distribuido irregularmente; en su origen, el sitio debió presentar, en buena parte de su extensión, vegetación del tipo selva baja caducifolia (ver anexo No. 5, carta de vegetación). La flora actual del lugar está drásticamente transformada, correspondiendo a pastizales cultivados para la cría de ganado vacuno; las comunidades de pastos están formadas por las especies Cynodon plectostachyus (zacate estrella africana), Digitaria decumbens (zacate pangola), Panicum maximum (zacate privilegio), entre otras herbáceas cultivadas e inducidas, distribuidas irregularmente por todo el predio. El estrato arbustivo es escaso y está asociado principalmente, a la vegetación arbórea de individuos típicos de la selva baja caducifolia, del sur de Tamaulipas; entre las especies arbustivas, están las de baja altura como Bursera simaruba (palo mulato), Guazuma ulmifolia (guácima), Acacia farnesiana (huizache), Acacia rigidula (gavia), entre otras. No formando una comunidad arbórea importante, extensivamente, en relación al pastizal cultivado, que es la vegetación predominante.


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Comunicaciones La principal vía terrestre que afluye a la zona es la carretera estatal Altamira-Aldama, la cual es prolongación del Boulevard de los Tres Ríos. Esta vía atraviesa la población de El Barranco (Aquiles Serdán), de la cual parte un camino vecinal de acceso, hacia el Poniente, al sitio del proyecto; mismo que se ubica a 2.2 Km. de dicha población (ver anexo No. 1, carta de localización). .


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IV.- RECOPILACIÓN DE DATOS Y VERIFICACIÓN EN CAMPO Obtención de datos pluviométricos Dado que el sito en estudio, está enclavado en una cuenca pequeña con escurrimientos intermitentes, generados por las precipitaciones en exceso, sin cauces y corrientes definidos de importancia y por lo tanto sin control hidrométrico; la metodología de análisis y estudio por aplicar, se basará en la información pluviométrica de estaciones de la zona circundante, que se considera pudieran incidir en la cuenca. Para lo cual se recopiló la precipitación mensual y máxima en 24 hrs., con fuente de la Comisión Nacional del Agua Agua, de las estaciones climatológicas siguientes:

Estación El Barranco El Apuro Santa Juana Barberena Cuauhtémoc El Carrizal Manuel El Mayab El Nacimiento Aldama González Altamira

Municipio Altamira Aldama Aldama Altamira Altamira Aldama González González Aldama Aldama González Altamira

Región Hid. No. 25 No. 25 No. 25 No. 25 No. 26 No. 25 No. 25 No. 25 No. 25 No. 25 No. 26 No. 26

Cuenca Río Barberena Río Barberena Río Tigre Río Barberena Río Guayalejo Río Barberena Río Barberena Río Barberena Río Tigre Río Tigre Río Guayalejo Río Guayalejo

Altura m.s.n.m. 6 45 50 66 15 90 80 120 140 130 55 10

Los datos de precipitación mensual y máxima en 24 hrs., para cada una de las estaciones anteriores, se relacionan en el anexo No. 12 (tablas de datos de precipitación mensual) y No. 13 (tablas de datos de precipitación máxima en 24 hrs.), respectivamente.


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Obtención de cartas geográficas y topográficas Para el desarrollo del estudio, se obtuvieron las cartas topográficas F14B53, F14B54, F14B63, F14B64, F14B73 y F14B74, en escala 1:50,000, con curvas de nivel con equidistancia vertical @10 m.; esta información se obtuvo de INEGI INEGI. Así mismo, se obtuvieron de INEGI INEGI, las cartas de clima, geología, cuencas hidrológicas y vegetación, del Estado de Tamaulipas. Se proporcionó, por parte de la Administración Administración Portuaria Portuaria Integral Integral de de Altamira S.A. de C.V., C.V. un plano de localización del sitio de proyecto para el fraccionamiento habitacional; contándose asimismo, con el plano topográfico de detalle del área de proyecto, en escala 1:2,500, con configuración de curvas de nivel con equidistancia vertical @ 0.25 m. Se obtuvo el mapa de localización de estaciones hidrometeorológicas de la zona, sin escala estipulada, con fuente de información de la Comisión Nacional del Agua. Agua Se obtuvo plano de levantamiento aerofotogramétrico, de la zona en estudio, en escala 1:20,000, con configuración de curvas de nivel con equidistancia vertical @ 1.00 m.; con fuente de información, de la extinta Secretaría de Recursos Hidráulicos Hidráulicos, en estudios para el Bajo Río Panuco. Se recopiló información de la zona en estudio, en un plano parcial del Plano Geológico de la Región de Tampico-Tuxpan, en escala 1:200,000, con fuente de información de Petróleos Petróleos Mexicanos Mexicanos. Mexicanos Se recabó y recopiló información edafológica de suelos, de la zona en estudio, con fuente de información del “Estudio Hidrológico y de Funcionamiento Hidráulico a Nivel de Factibilidad Tamaulipas” , realizado por la extinta Secretaría de

Recursos Hidráulicos.

de

Tamesí,

Agricultura y

Se descargaron y obtuvieron fotos satelitales del área en estudio, para cuantificar y verificar las observaciones realizadas en recorridos de campo, en relación al tipo y uso de suelo y cubierta vegetal. Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

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V.- ANÁLISIS Y ESTUDIO HIDROLOGICO Determinación de parámetros fisiográficos, morfométricos e hidrológicos de las aéreas tributarias Parámetros morfométricos. Se procedió a la determinación de los parte-aguas de las cuencas y sub-cuencas, que contienen a la zona del proyecto, en el plano aerofotogramétrico recopilado, en escala 1:20,000, con configuración de curvas de nivel con equidistancia vertical @ 1.00 m.; identificándose dos subcuencas, denominadas Norte y Sur, las cuales drenan hacia un punto en común, denominado cuerpo de agua Presa Mayor de Tierra (ver anexo No.9, plano de cuencas y cuerpos de agua). −

Áreas de cuencas:

Con la delimitación de los parte-aguas, se procedió al cálculo de las aéreas de las diferentes sub-cuencas y cuenca resultantes, así como las longitudes de cauces y desniveles máximos; dándonos los valores siguientes: Tabla de valores morfométricos ominación

Área drenada en Km2

Longitud de cauce en m.

Desnivel máximo en m.

Perímetro de cuenca en m.

Sub-cuenca norte Sub-cuenca sur Cuenca Total Total::

1.414 2.118 3.53 3.532 532

1,832.47 2,853.80

15.50 13.40

5,184 7,090

−

Pendientes topográficas:

Para el análisis y cálculo de la pendiente media, seleccionamos el cauce o canalización más largo dentro de la cuenca, desde su inicio hasta el sitio de estudio, determinando su longitud como sigue: Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

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La longitud del cauce principal (L), expresada en kilómetros, es la distancia desde su origen en el parte-aguas, hasta el sitio de estudio; medida perpendicularmente a las curvas de nivel. La pendiente media del cauce principal (Sc), la calculamos mediante la expresión de Taylor-Schwarz, como sigue:

 =      



Donde: Sc = pendiente media del cauce principal, adimensional S j = pendiente del tramo j, adimensional L = Longitud del cauce principal, en m. L j = Longitud del tramo j, en m. N = Número de tramos Sub-cuenca norte PUNTO

CADENAMIENTO

LONGITUD ACUMULADA m

Lj m

ELEV. M

Sj

√Sj

Lj/√Sj

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Σ

25318.53

LONGITUD TOTAL

��

1832.47 3357946 6E+08 Sc=[L/(l1/√s1+l2/√s2+l3/√s3…lm/√sm)]2 =

0.0052384


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Sub-cuenca sur PUNTO

CADENAMIENTO

LONGITUD ACUMULADA m

Lj m

ELEV. M

Sj

√Sj

Lj/√Sj

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Σ

55269.56

LONGITUD TOTAL

��

2853.80 8144174 3E+09 Sc=[L/(l1/√s1+l2/√s2+l3/√s3…lm/√sm)]2 =

0.0026661

Tabla de pendientes ominación Sub-cuenca norte Sub-cuenca sur

Pendiente media Sc 0.00524 0.00267

Parámetros hidrológicos −

Tiempos de concentración:

Se denomina tiempo de concentración (Tc), al tiempo que se toma el escurrimiento en viajar, de la parte hidráulicamente más distante del área de tormenta en la cuenca a la salida de la misma, o a otro punto de referencia aguas abajo.


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Para la estimación del tiempo de concentración, se dispone de formulas empíricas desarrolladas y analizadas por diversos investigadores, de las cuales se enumeran las siguientes: 1) Para cuencas menores a 10 Km2, el U.S. U.S. Soil Soil Conservation Conservation Service, Service propone la expresión empírica siguiente:

.(1.000 − 9). 2. 5 87()  = 5,400(). Donde: Tc= Tiempo de concentración, en minutos L = Longitud hidráulica de la cuenca, igual a: 110(A) 0.60 , estando el área de cuenca en Hectáreas y L, en metros. N = Numero N de la curva de escurrimiento Sc= Pendiente promedio de la cuenca, en m/m Sub-cuenca sur CTE.

L m

L0.8

N

(1,000/N9)1.67

(Sc)0.5

5,400(Sc)0.5

Tc min

2.587

2734.2

561.6428

69

17.1968736

0.051634

278.83

89.61

Sub-cuenca norte CTE.

L m

L0.8

N

(1,000/N9)1.67

(Sc)0.5

5,400(Sc)0.5

Tc min

2.587

2146.2

462.7324

69

17.1968736

0.072377

390.83

52.67

2) Formula de Kirpich, Z.P. Z.P., solo para Tc menores a 10 hrs., en cuencas pequeñas rurales

Siendo:

 . ()  = 3.97 

Tc= Tiempo de concentración, en minutos L = Longitud del cauce principal en Km. S = Pendiente del cauce principal, en m/m y calculada como: (H/L). Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

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ESTUDIO HIDROLOGICO


Sub-cuenca sur CTE.

L Km

L2

S

(L2/S)0.385

Tc min

3.97

2.854

8.144174

0.004695

17.6635842

70.12

CTE.

L Km

L2

S

(L2/S)0.385

Tc min

3.97

1.832

3.357946

0.008459

10.0122085

39.75

Sub-cuenca norte

3) Formula de Rowe Rowe, California Highways and Public Works

 . 0. 8 7()  =  

Donde:

Tc=Tiempo de concentración, en horas L = Longitud del cauce principal, en Km H = Desnivel total del cauce principal, en metros Sub-cuenca sur CTE.

L Km

L3

H m

(0.87 x L3/H)

POTENCIA

Tc hrs

0.87

2.854

23.24185

13.40

1.50898546

0.385

1.17

Sub-cuenca norte CTE.

L Km

L3

H m

(0.87 x L3/H)

POTENCIA

Tc hrs

0.87

1.832

6.153336

15.50

0.34538079

0.385

0.66

4) Formula de Bransby Williams Siendo:

 = 14.6()().().

Tc = Tiempo de concentración, en minutos L = Longitud del cauce principal, en Km. A = Superficie de la cuenca, en Km2 S = Pendiente media, en m/m Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

18

ESTUDIO HIDROLOGICO


Sub-cuenca sur CTE.

L Km

A-0.1

S-0.2

Tc min

14.6

2.854

0.927743

3.272086

126.48

CTE.

L Km

A-0.1

S-0.2

Tc min

14.6

1.832

0.965951

2.858645

73.88

Sub-cuenca norte

5) Formula del Ministerio de Obras Publicas y y Urbanización de España

.   = 0.3 /

Donde:

Tc = Tiempo de concentración, en horas L = Longitud del cauce, en Km. S = Pendiente media, en m/m. Sub-cuenca sur CTE.

L Km

S 1/4

1/4 0.77

(L/S )

Tc hrs

0.3

2.854

0.227232

7.017702

2.11

CTE.

L Km

S 1/4

(L/S 1/4)0.77

Tc hrs

0.3

1.832

0.269029

4.381196

1.31

Sub-cuenca norte

De conformidad con las formulas empíricas antes enunciadas, se presenta el resumen de resultados siguientes: Tabla de tiempos de concentración ominación S.C.S Sub-cuenca norte Sub-cuenca sur

52.67 89.61

Tiempo de concentración en minutos Kirpich Rowe Bransby 39.75 70.12

39.60 70.20

73.88 126.48

M.O.P.U. 78.60 126.60


19

ESTUDIO HIDROLOGICO


Como se observa de la tabla anterior, los valores obtenidos y consignados difieren entre sí; por lo que, para el caso de nuestra zona en estudio, se tomarán los valores que estén dentro de la seguridad, siendo estos los más bajos, como los de Kirpich Rowe, tomándose Kirpich y Rowe los valores de este último, ya que es uno de los métodos más confiables y utilizados en nuestro país. Parámetros fisiográficos −

Coeficientes de escurrimiento:

Para la determinación de los coeficientes de escurrimiento se tomaron en cuenta las características fisiográficas y morfométricas de la cuenca, como se encuentra actualmente, tales como: tipo de vegetación, densidad y superficie de cubrimiento; tipos de suelo, espesores de horizontes y textura; pendientes transversales de la cuenca, etc. De conformidad con tales características, se determinó un cubrimiento vegetal del 90% de praderas y pastos y 10% de arbustos, pendientes transversales menores al 3.00% y suelos limo-arenosos con textura media a fina (ver anexo No. 6, fotos satelitales y terrestres del sitio). Para la estimación de los coeficientes de escurrimiento, se dispone de formulas empíricas desarrolladas por diversos investigadores y entidades, de las cuales se enuncia la siguiente: 1) Formula del Ministerio de Obras Publicas y Urbanización de España (M.O.P.U. M.O.P.U.) M.O.P.U. y Ferrer. Ferrer

 − 1( + 23)   = ( + 11) = ( −)( +23)/( + 11)   Donde: C = Coeficiente de escurrimiento Pd= Precipitación diaria, en mm; para los diferentes periodos analizados Po= Umbral de escurrimiento, en mm; obtenido de tablas de M.O.P.U; M.O.P.U; las cuales son una adaptación del Soil Soil Conservation Service Service. Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

20

ESTUDIO HIDROLOGICO


Tabla 1, de estimación inicial del umbral de escurrimiento Po (mm) GRUPO DE SUELOS CARACTERISTICAS HIDROLÓGICAS A B C D R 15 8 6 4 ≥3 N 17 11 8 6 <3 R/N 20 14 11 8 Cultivos en hilera R 23 13 8 6 ≥3 N 25 16 11 8 <3 R/N 28 19 14 11 Cereales de R 29 17 10 8 ≥3 invierno N 32 19 12 10 <3 R/N 32 21 14 12 Rotación de R 26 15 9 6 ≥ 3 cultivos pobres N 28 17 11 8 <3 R/N 30 19 13 10 Rotación de R 37 20 12 9 ≥3 cultivos densos N 42 23 14 11 <3 R/N 47 25 16 13 Pobre 22 14 8 6 Media 55 23 14 9 ≥3 Buena * 13 18 13 Muy buena * 41 22 15 Praderas Pobre 58 25 12 7 Media * 35 17 10 <3 Buena * * 22 14 Muy buena * * 25 16 Pobre 62 26 15 10 ≥ 3 Media * 34 19 14 Plantaciones Regulares Buena * 42 22 15 Aprovechamiento Pobre * 34 19 14 forestal <3 Media * 42 22 15 Buena * 50 25 16 Masas forestales Muy clara 40 17 8 5 (bosques, monte Clara 60 20 14 10 Bajo, etc.) Media * 34 22 16 Espesa * 47 31 23 Muy espesa * 65 43 33 FUETE: INSTRUCCIÓN DE CARRETERAS 5.2-IC<> M.O.P.U Notas a la tabla anterior: 1) N: denota cultivo según las curvas de nivel 2) R: denota cultivo según la línea de máxima pendiente 3) *: denota que esa parte de la cuenca, debe considerarse inexistente para efectos de cálculo de caudales de avenida. 4) Las zonas abancaladas, se incluirán entre las de pendiente menor del 3% USO DEL SUELO Barbecho

PEDIETE (%)


21

ESTUDIO HIDROLOGICO


Tabla 2, de estimación inicial del umbral de escurrimiento Po (mm) TIPO DE TERREO Rocas permeables Rocas impermeables

PEDIETE (%) ≥3 <3 ≥3 <3

UMBRAL DE ESCURRIMIETO (mm) 3 5 2 4

Firmes granulares 2 sin pavimento Adoquinados 1.5 Pavimentos bituminosos o 1 de hormigón FUETE: INSTRUCCIÓN DE CARRETERAS 5.2-IC<> M.O.P.U

Tabla 3, clasificación suelos para efectos del umbral de escurrimiento GRUPO A

IFILTRACIÓ POTECIA (cuando están muy húmedos) Rápida Grande

B

Moderada

Media a grande

C

Lenta

Media a pequeña

TEXTURA

DREAJE

Arenosa Areno-limosa Franco-arenosa Franca Franco-arcillosaarenosa Franco--limosa Franco-arcillosa Franco-arcillolimosa Arcillo-arenosa

Perfecto

Bueno a moderado

Imperfecto

Pequeño (litosuelo) u Pobre o D Muy lenta Arcillosa horizontes de muy pobre arcilla FUETE: INSTRUCCIÓN DE CARRETERAS 5.2-IC<> M.O.P.U Notas a la tabla anterior:

1) Los terrenos con nivel freático alto, se incluirán en el grupo D .


22

ESTUDIO HIDROLOGICO


Así mismo, se han desarrollado estudios y análisis experimentales, para la obtención de estos coeficientes; los cuales se enlistan a continuación: Valores del coeficiente de escurrimiento TIPO DEL ÁREA DREADA

COEFICIETE DE ESCURRIMIETO MÍIMO MÁXIMO

ZOAS COMERCIALES

Zona comercial Vecindarios

0.70 0.50

0.95 0.70

0.30 0.40 0.60 0.25 0.50

0.50 0.60 0.75 0.40 0.70

0.50 0.60 0.10 0.20 0.20 0.10

0.80 0.90 0.25 0.35 0.40 0.30

0.70 0.70 0.70 0.75 0.75

0.95 0.95 0.85 0.85 0.95

0.05 0.10 0.15 0.13 0.18 0.25

0.10 0.15 0.20 0.17 0.22 0.35

ZOAS RESIDECIALES

Unifamiliares Multifamiliares, espaciados Multifamiliares, compactos Semiurbanas Casas habitación ZOAS IDUSTRIALES

Espaciado Compacto CEMETERIOS, PARQUES CAMPOS DE JUEGO PATIOS DE FERROCARRIL ZOAS SUBURBAAS CALLES:

Asfaltadas De concreto hidráulico Adoquinadas ESTACIOAMIETOS TECHADOS PRADERAS:

Suelos arenosos planos (pendientes 0.02 o menos) Suelos arenosos con pendientes medias (0.02-0.07) Suelos arenosos escarpados (0.07 o más) Suelos arcillosos plano (0.02 o menos) Suelos arcillosos con pendientes medias (0.02-0.07) Suelos arcillosos escarpados (0.07 o más)

FUETE: FUNDAMENTOS DE HIDROLOGÍA DE SUPERFICIE.- Francisco Javier Aparicio Mijares.

Los valores de los coeficientes de escurrimiento, calculados para el área en estudio, con el método de M.O.P.U M.O.P.U, para los diferentes periodos de retorno, se muestran a continuación:


23

ESTUDIO HIDROLOGICO


DETERMINACIÓN DEL UMBRAL DE ESCURRIMIENTO Po, PARA EL ÁREA TOTAL DE LA CUENCA PENDIENTE

GRUPO DE SUELOS; Po en mm

Po PARA Po PARA EL SUB- EL AREA GRUPO

%

% DE AREA

1.- PRADERA NATURAL

<3

90

35

35.0

31.5

2.- BOSQUE BAJO

<3

10

20

20.0

2.0

USO DE TERRENO

AREA TOTAL E Km2

A

B

C

D

3.532

Po

33.5

DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO, PARA LLUVIAS MAXIMAS DIARIAS, PARA LOS DIFERENTES PERIODOS DE RETORNO. Tr

Pd mm

Po mm

Pd/Po

(Pd/Po-1)

(Pd/Po+23)

(Pd/Po+11)

(Pd/Po+11)2

C

2

124.3

33.5

3.7104

2.7104

26.7104

14.7104

216.397

0.335

5

173.9

33.5

5.1910

4.1910

28.1910

16.1910

262.150

0.451

10

206.8

33.5

6.1731

5.1731

29.1731

17.1731

294.917

0.512

20

238.4

33.5

7.1164

6.1164

30.1164

18.1164

328.205

0.561

50

281.4

33.5

8.4000

7.4000

31.4000

19.4000

376.360

0.617

100

313

33.5

9.3433

8.3433

32.3433

20.3433

413.849

0.652

200

345.8

33.5

10.3224

9.3224

33.3224

21.3224

454.644

0.683

500

389.9

33.5

11.6388

10.6388

34.6388

22.6388

512.516

0.719

1000

424.9

33.5

12.6836

11.6836

35.6836

23.6836

560.912

0.743

Como se puede observar de la tabla anterior: los valores obtenidos para el coeficiente de escurrimiento C , resultan muy altos para las precipitaciones máximas diarias, en periodos de retorno grandes; por lo que debe tenerse especial cuidado en su utilización. Esto se debe en parte, a que cuando las lluvias de mayor valor se presentan, el suelo se encuentra saturado y su infiltración es baja, excediendo prácticamente el total de la lluvia. En el capítulo correspondiente a la obtención de caudales máximos, se aplicarán estos coeficientes de escurrimiento con el Método Racional, para su evaluación. Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

24

ESTUDIO HIDROLOGICO


Determinación, evaluación y generación de parámetros pluviométricos. Parámetros pluviométricos. −

Duración de la tormenta:

Para la estimación y cálculo del tiempo de la duración en exceso de la precipitación, producto de la tormenta; su valor se puede obtener, de conformidad con la expresión siguiente: Para cuencas grandes:

 = ()  Para cuencas pequeñas:

 =  Donde: D = Duración de la precipitación en exceso, de la tormenta, en horas. Tc= Tiempo de concentración, en horas FUETE: FUNDAMENTOS DE HIDROLOGÍA DE SUPERFICIE.- Francisco Javier Aparicio Mijares.

Para nuestro caso en estudio tomaremos la segunda expresión, por tratarse de una cuenca pequeña: Sub-cuenca sur Tc

D hrs

��

1.17

Tc

D hrs

��

0.66

Sub-cuenca norte


25

ESTUDIO HIDROLOGICO


Con los resultados de las expresiones anteriores, se efectuarán los análisis y cálculos de los caudales máximos, para los diferentes periodos de retorno, tomándose los valores más desfavorables dentro de los parámetros de racionalidad. −

Tiempo pico de la tormenta:

Para la estimación y cálculo del tiempo pico de la tormenta, se dispone también de métodos y formulas empíricas desarrolladas por algunos investigadores, enumerándose las siguientes: 1) Formula de Ven Te Chow Chow:

 = 0.0005(/). Donde: Tp = Tiempo pico de la tormenta, en horas L = Longitud del cauce principal, en m. S = Pendiente media del cauce principal, en m/m. Sub-cuenca sur COEF. 0.0005

L 2853.80

S 0.00267

L/S 1070402.5

(L/S)0.64 7226.203

Tp hrs 3.61

Sub-cuenca norte COEF. 0.0005

L 1832.47

S 0.00524

L/S 349814.8

(L/S)0.64 3532.291

Tp hrs 1.77

2) Formula de I-PaiPai-Wu: Wu

 = 466().().(). Siendo: Tp = Tiempo pico de la tormenta, en horas L = Longitud del cauce principal, en m. S = Pendiente media del cauce principal, en m/m. A = Área de cuenca, en Km2 Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

26

ESTUDIO HIDROLOGICO


Sub-cuenca sur COEF. 466

L 2853.80

S 0.00267

(L)-1.223 0.000059

(S)-0.668 52.422

A 2.117

(A)1.085

Tp hrs

2.256353

3.07

(A)1.085

Tp hrs

1.456256

2.25

Sub-cuenca norte COEF. 466

L 1832.47

S 0.00524

(L)-1.223 0.000102

(S)-0.668 33.387

A 1.414

3) Formula del Soil Conservation Service Service:

 = 2 + 0.6 

Siendo

Tp = Tiempo pico de la tormenta, en horas D = Periodo de exceso de lluvia, en horas Tc = Tiempo de concentración, en horas Sub-cuenca sur COEF.

Tc

��

��

D 1.17

D/2

Tp hrs

��

1.29

D/2

Tp hrs

��

0.73

Sub-cuenca norte COEF.

Tc

��

��

D 0.66

De acuerdo con las formulas empíricas antes expuestas, se presentan los resultados siguientes: Tabla de tiempos de pico de la tormenta ominación Sub-cuenca sur Sub-cuenca norte

Tiempo de pico en minutos Ven Te Chow I-Pai Wu 216.60 106.20

184.20 135.00

S.C.S. 77.40 43.80


27

ESTUDIO HIDROLOGICO


De la tabla anterior, se observa que los valores obtenidos difieren notablemente ente sí; para el caso de nuestra zona en estudio, se tomarán los valores de S.C.S S.C.S., por ser los menores y estar dentro de un margen mayor de seguridad, aunado a que es uno de los métodos más confiable y utilizado en el país. −

Análisis de la precipitación máxima en 24 horas:

Para determinar la precipitación media incidente en la cuenca, de la zona en estudio, e influencia de cada una de las estaciones pluviométricas colindantes, se construyeron los Polígonos de Thiessen que definen la influencia de cada una de las mismas; dando por resultado que la Estación El Barranco, por su cercanía, es la estación que influye totalmente (ver anexo No. 10, plano de estaciones climatológicas y polígonos de Thiessen). Con los datos de registro de la Estación Climatológica El Barranco, situada en el Municipio de Altamira, Tam., con coordenadas geográficas de 22º 34’ 07’’ Latitud Norte y 97º 53’ 53’’ Longitud Oeste, con una altura sobre el nivel del mar de 6 m., con periodo de registro de 1972-2007; se efectuaron los procesos de análisis de precipitación máxima en 24 horas, para los diferentes periodos de retorno, con las funciones de distribución de probabilidad más usadas en hidrología (ver anexo No. 14, tablas y graficas análisis de distribución probabilística). El procesamiento de la información disponible de lluvias máximas mensuales en 24 hrs., involucra únicamente los valores más grandes o críticos para el análisis, los cuales formarán una Serie Estadística, Estadística , la cual se define como: una secuencia conveniente de datos. Esta será la Serie Anual de Máximos , misma que está integrada por cada uno de los valores (datos) más grandes, de cada año del registro. Las funciones que se utilizarán en el procesamiento, son: Normal Log Normal de 2 parámetros (M.V.) Pearson III Log Pearson III Gumbel Extrema I Log Normal de 3 parámetros Gumbel (M.V.) − − − − − − −


28

ESTUDIO HIDROLOGICO


Exponencial Gama 2 Doble Gumbel

− − −

De los análisis realizados, se presenta el resumen de resultados siguiente: Tabla de precipitación en 24 hrs/Periodos de retorno Precipitación en 24 hrs vs Periodos de retorno mm/ años 5 10 20 50 100 200 500

Distribución 2

Normal 118.2 157.1 177.5 194.3 213.2 225.9 237.4 Log Normal 2 (M.V.) 109 211. 248. 109.5 153 153.2 182.6 182.6 11.0 48.5 277. 77.1 306.2 306.2 Pearson III 111.5 153.7 179.9 211.4* 233.7 255.2 276.0 Log Pearson III 112.7 156.3 182.6 213.1** 234.2 253.9 272.5 Gumbel Extrema 1 111.9 152.9 180.0 214.3** 239.7 265.0 290.1 Log Normal 3 113.3 154.6 179.3 208.4** 228.8 248.3 267.2 Gumbel (M.V.) 110.6 152,7 181.0 207.9 242.7 268.8 294.7 Exponencial 104.0 146.4 178.5 210.5 252.9 285.0 317.1 Gama 2 112.2 154.4 180.0 203.1 231.3 251.3 270.5 Doble Gumbel 105.5 160.8 187.5 207.9 232.2 249.8 267.2 OTA: * Los datos de estas distribuciones, están calculados para un periodo de retorno de 25 años.

251.5 344. 44.7 329.6 359.5 294.6 290.0

1000 261.2 376. 76.1 355.0 391.6 312.2 307.0

De las distribuciones analizadas, con datos completos, se encontró que la distribución Log Normal 2 (M.V.) (M.V.), tuvo un resultado con mínimo error cuadrático de 35.0 y en segundo lugar la distribución Gumbel Gumbel (M.V.) con error cuadrático de 36.3; por lo que se tomaron los resultados de la distribución Log Normal 2 (M.V.) (M.V.), como sigue: Periodo de retorno en años Tr

Precipitación máxima en 24 hs. (mm)

2 5 10 20 50 100 200 500 1000

110 153 183 211 249 277 306 345 376


29

ESTUDIO HIDROLOGICO


Corrección al valor representativo de lluvia en 24 hrs. A los valores anteriores, se les deberán realizar dos correcciones al valor representativo, tales correcciones son: 1) Corrección por intervalo fijo de observación (I.F.O I.F.O.).L. L. Weiss Weiss,, en base a I.F.O un estudio de un amplio universo de estaciones-año de datos de lluvia, encontró que los resultados de un análisis de frecuencia realizado con lluvias máximas anuales, tomadas en un único y fijo intervalo de observación para cualesquier duración entre 1 y 24 horas, al ser incrementados en un 13 %, conducen a magnitudes mas aproximadas a las obtenidas en el análisis basado en las lluvias máximas verdaderas. De conformidad con lo anterior, el valor representativo calculado deberá ser multiplicado por 1.13, para ajustarlo por intervalo fijo y único de observación; ya que los registros de lluvias máximas en 24 horas, se toman de 8:00 A.M. de un día a 8:00 A.M., del día siguiente. 2) Reducción por magnitud de cuenca (R.M.C R.M.C.).Considerando que los R.M.C valores de lluvia máxima en 24 hrs. puntuales, obtenidos en estaciones pluviométricas, son representativos de solo 25 km2; al querer tomar valores que representen una área de cuenca mayor, los mismos deberán ser reducidos, aplicando una serie de graficas empíricas para su ajuste. En el caso particular de nuestra zona de estudio, esta reducción no aplica debido a que la magnitud de la cuenca es menor a los 25 km2.

Los valores corregidos y finalmente adoptados, para la zona en estudio, en la estación climatológica El Barranco, son los siguientes:

Tr (años)

PT (mm)

I.F.O.

R.M.C.

2 5 10 20 50 100 200 500 1000

110 153 183 211 249 277 306 345 376

1.13 1.13 1.13 1.13 1.13 1.13 1.13 1.13 1.13

N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A.

PT MAX 24 hs. CORREGIDO (mm) 124.3 173.9 206.8 238.4 281.4 313.0 345.8 389.9 424.9


30

ESTUDIO HIDROLOGICO


−

Curvas P-D-Tr (precipitación-duración-periodo de retorno):

Para la obtención de las curvas PP-D-Tr, Tr lo ideal sería contar con registros de lluvias de corta duración (p.e. una hora); pero estos son muy escasos en países en desarrollo y México no es una excepción. Sin embargo los registros de lluvia en 24 horas de duración, tienen gran densidad y periodos de información aceptables; por lo tanto, la lluvia de duración de una hora y periodo de retorno de 2 años (o cualesquiera), podrá ser evaluada con una relación o cociente a la de 24 horas, con igual periodo de recurrencia. Varios investigadores han desarrollado métodos para estimar el cociente anteriormente citado, en base al número de días con tormentas por año. Los investigadores Hershfield Wilson, Hershfield yy Wilson Wilson han encontrado una serie de valores basados en estudios que han incluido un amplio intervalo de climas del mundo, los cuales se muestran más adelante. Para la obtención de las curvas, utilizaremos la expresión siguiente:

() = (0.35  + 0.76)(0.54 . − 0.50)(2) Siendo P = Precipitación, en mm t = Tiempo en minutos Tr = Periodo de retorno, en años Ln = Logaritmo natural P60(2)= Precipitación de duración un hora y periodo de retorno 2 años, en mm. t P (Tr)= Precipitación de duración t minutos y periodo de retorno Tr Tr en años, en mm. Estimación del cociente entre la lluvia de 1 hora y la de 24 horas.. horas . 1) D.M. Hershfield señala que el cociente entre la lluvia de una hora y la de 24 horas, ambas de periodo de retorno de 2 años, varia para U.S.A., U.S.A., de 0.10 a 0.60, con valor medio de 0.40, indicando además donde se presentan los cocientes bajos y altos. Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

31

ESTUDIO HIDROLOGICO

Fraccionamie Fraccionamie to. Habitacional Para la Reubicaci n de Ejidatarios En el Puerto Industrial e Altamira, Tam

abla de valores de los cocientes S E E T )  O 0 . E J 4 I A 0 C B < O ( C L E

O T L A S E ) E 0 4 . T 0  > E ( I C O C L E

A ).- Donde la incidencia de tormentas convectivas o aguaceros es aja y las gra des lluvias proceden de tormentas no convectivas. B ).-- En el lado de barlovento (viene el viento) de las montañas, don e las lluvias comienzan primero y terminan después que en los valles y lado de sotavento (va el viento) de las montañas. C )- Donde los procesos orográficos son la causa principal de las fu rtes lluvias A' ).- En regiones de baja lluvia anual, donde el número de días con lluvias es pequeño. B' )..- En donde es bastante probable que la lluvia máxima anual en 24 hor s provenga de una tormenta convectiva de verano, de dura ión sustancialmente menor a 24 horas. C' )..- En regiones de alta incidencia de fuertes aguaceros, dond tanto la lluvia máxima anual en una hora, como la de 24 horas generalmente pro iene de la misma tormenta.

2) La Organización lluvia en una hor ocurrencia de tor de climas del mu

Meteorológica Mundial, señala que el cociente entre la de Tr(2) años y la de 24 horas, se ha relaciionado con la entas mediante estudios que incluyeron un amplio rango do.

Cuando por circu stancias especiales no se puede determinar el número de días con tormentas por año, entonces la relación de la lluvi de una hora a la de 24 horas se puede estimar a criterio; teniendo en c enta que las relaciones bajas bajas se tienen en climas secos y periodos de reto no grandes y las relaciones alta s s en climas húmedos con periodos recurre tes bajos , de conformidad con l tabla siguiente: RELACIÓN N°MEDIO DE DIAS CON LLUVIA PO AÑO

BAJA

MEDIA

ALTA

1

8

16

24

(PI Hs / P24 Hs ) 2 A OS

0.20

0.30

0.40

0.50

DIAS CON LLUVIA MAY R O IGUAL A UN MILÍMETRO

3) Un criterio más completo para la determinación de la lluvia e una hora y periodo de retor o de 2 años, es el propuesto por el U. . WEATHER BOREAU y ampli do por B.M. REICH REICH; para ello proponen una grafica con una: Relación E pírica Para Estimar la Lluvia de Una Hora yy Periodo P eriodo de Retorno 2 Años,

Administración

n n Ausencia de Registros Pluviográfico Pluviográfic os. os.

ortuaria Integral de Altamira, S.A. de

.V.

Calle Calle Río Tamesí, Km 0 +800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tam aulipas

32

ESTUDIO HIDROLOGICO


La expresión para obtener la precipitación en una hora y periodo de retorno de 2 años, es la siguiente:

 (2) = (2) Donde: P60(2) = Precipitación en una hora y periodo de retorno en 2 años, en mm C = Coeficiente adoptado, de acuerdo a los criterios anteriores (puntos 1, 2 y 3) PTr(2) = Precipitación corregida en 24 horas y periodo de retorno en 2 años, en mm. De la expresión anterior, para el cálculo de la precipitación en una hora y periodo de retorno de 2 años, para nuestra área de estudio resulta: Cociente adoptado: RESULTADOS:

C1).- COCIENTE D.M. HERSFIELD C2).-COCIENTE O. M. M. C3).- COCIENTE U.S. WEATHER

= 0.40 = 0.40 = NO APLICA

COCIENTE ADOPTADO C = 0.40

Donde, aplicando la expresión anterior resulta:

 (2) = (2) = (0.55)(124.3) = 4949..7 mm Para la obtención de las curvas P-D-Tr, para duraciones de 5, 10, 20, 30, 60 y 120 minutos, para los periodos de retorno establecidos; se aplica la expresión indicada al inicio:

() = (0.35  + 0.76)(0.54 . − 0.50)(2) Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

33

ESTUDIO HIDROLOGICO

F raccionamie to. Habitacional Fracc Par ara a la R eubi eu bica caci cii n de Ejidatarios Reub Re ubic icac aci En el Puerto Industrial e Altamira, Tam

Para la las du duraciones en en re las 2 y 24 horas, los valores se o btienen por interpolación entre las l luvias para 120 minutos y las ya de terminadas para 24 horas o más. De conformidad con lo anterior, se obtienen los valores sigui ntes: CURVAS P-D-Tr D UR AC IO N E N M IN ÚT OS

2 5 10 20 50 100 200 500 1000

5

10

20

30

60

120 (2 Hs)

240 (4 Hs)

480 (8 Hs)

1440(24Hs)

15.3 20.2 23.9 27.6 32.6 36.3 40.0 44.9 48.6

22.9 30.3 35.8 41.4 48.7 54.3 59.8 67.2 72.7

2.0 2.2 0.0 7.7 8.0 5.7 3.4 3.7 1 01.4

38.1 50.3 59.5 68.7 80.9 90.1 99.3 111.5 120.7

50.0 66.0 78.1 90.2 106.2 118.3 130.4 146.4 158.5

64.2 84.7 100.2 115.7 136.3 151.8 167.3 187.9 203.4

74.6 100.0 118.8 137.1 161.5 179.8 198.4 223.0 241.9

82.5 111.5 132.7 153.1 180.4 200.9 221.6 249.3 270.8

124.3 172.9 206.8 238.4 281.4 313.0 345.8 389.9 424.9

Con los valores anteri ormente tabulados, se construirán las curvas P-D-Tr correspondientes (ve (verr ane anexo xo No. 15, 15, gra grafifica cass de de curv curv s P-D-Tr). −

Cálculo de precipitaciones en exceso:

Para el cálculo de la recipitación en exceso, aplicaremos el Método del U.S. Conservation ervice ervice (SCS) (SC (SCS), que ha sid sido desa sarrroll do por sus hidr hidró ólogo logos s inves investi tiga gado dorr es dura urante nte las últim ltima as cua cuatro tro déca déca as y es la con co nso solilida dac ción ión de var vari s procedimientos; la aplicación p incipal del mism mismo, o, es es la est estim imac ació ió de las cantidades de escurrimiento, tanto en el estudio de avenidas áximas cono en el cálculo de a ortaciones liquidas. Los datos que utiliza el método SCS SCS, para la obtención de la lluvia en exceso son: Tipo de su los de la cuenca Tipo de co ertura vegetal en la cuenca Uso de suelos en la cuenca Estado de aturac aturación ión de de la cuenca cuenca (con (condic dición ión d humedad antec ntece edent dente CHA) CHA − − − −

Administración

ortuaria Integral de Altamira, S.A. de

.V.

C alle Río Tamesí, Km 0 +800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tam aulipas Ca

34

ESTUDIO HIDROLOGICO


La expresión utilizada para la estimación, de la l a precipitación en exceso, es la siguiente:

5080 + 50.9 ( −   () = ( + 20320  − 203.  203.2 Donde: Pe = Precipitación en exceso, exceso, para el periodo de retorno, retorno, en mm P = Precipitación de la tormenta, en mm N = Numero del complejo hidrológico suelo-vegetación (SCS), adimensional. Los parámetros, del complejo suelo-vegetación, establecidos por el SCS, SCS son las siguientes: Clasificación de Suelos con Fines Hidrológicos Soil Conservation Service CLASIFICACIO

T I P O S D E SUELO

Grupo A

(Bajo potencial de escurrimiento).-Suelos escurrimiento).-Suelos que tienen altas velocidades de infiltración cuando están mojados y consisten principalmente de arenas y gravas profundas y bien graduadas: Estos suelos tienen altas velocidades de transmisión.

Grupo B

Grupo C

Grupo D

Suelos con moderadas velocidades de infiltración cuando están mojados, consisten principalmente de suelos arenosos menos profundos que los del grupo A y con drenaje medio, conteniendo valores intermedios de texturas finas a gruesas. Suelos que tienen bajas velocidades de infiltración cuando están mojados, consisten principalmente de suelos que tienen un estrato que impide el flujo del agua, son suelos con texturas finas. Estos suelos tienen bajas velocidades de transmisión. (Alto potencial de escurrimiento ).- Suelos que tienen muy bajas velocidades de infiltración cuando están mojados y consisten principalmente de suelos arcillosos con alto potencial de hinchamiento, suelos con estratos arcillosos cerca de su superficie o bien sobre un horizonte impermeable.

Los valores de N establecidos, se muestran en la tabla siguiente: Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle 0 +800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas Calle Río Tamesí, Km 0+800,

35

ESTUDIO HIDROLOGICO


úmeros de la curva de escurrimiento para los complejos hidrológicos Suelo-Cobertura (Para Condiciones de Humedad Antecedente = Media)

GRUPO HIDROLOGICO DE SUELOS

COBERTURA USO DEL SUELO Barbecho

Cultivos en surco

Cereales finos

Legumbres (sembradas con maquinaria o a volteo) o Rotación de pradera

Pradera natural y Pastizal

TRATAMIETO O PRACTICA Surco recto Surco recto Surco recto Surco a nivel Surco a nivel Surco a nivel y terraza Surco a nivel y terraza Surco recto Surco recto Surco a nivel Surco a nivel Surco a nivel y terraza Surco a nivel y terraza Surco recto Surco recto Surco a nivel Surco a nivel Surco a nivel y terraza Surco a nivel y terraza

Surco a nivel Surco a nivel Surco a nivel

Pradera permanente Bosque Cascos de hacienda Caminos de tierra * Caminos con pavimentos duros * Superficie impermeable

CODICIOES HIDROLOGICAS Pobre Pobre Bueno Pobre Bueno Pobre Bueno Pobre Bueno Pobre Bueno Pobre Bueno Pobre Bueno Pobre Bueno Pobre Bueno Pobre Regular Bueno Pobre Regular Bueno Bueno Pobre Regular Bueno

A

B

C

D

77 72 67 70 65 66 62 65 63 63 61 61 59 66 58 64 55 63 51 68 49 39 47 25 6 30 45 36 25 59 72

86 81 78 79 75 74 71 76 75 74 73 72 70 77 72 75 69 73 67 79 69 61 67 59 35 58 66 60 55 74 82

91 88 85 84 82 80 78 84 83 82 81 79 78 85 81 83 78 80 76 86 79 74 81 75 70 71 77 73 70 82 87

94 91 89 88 86 82 81 88 87 85 84 82 81 89 85 85 83 83 80 89 84 80 88 83 79 78 83 79 77 86 89

74

84

90

92

100

100

100

100

OTA: * Incluyendo el derecho de vía.

FUETE: CÁLCULO DE AVENIDAS MAXIMAS EN CUENCAS PEQUEÑAS.- SARH.- D. Francisco Campos Aranda.- Tomado del SCS


36

ESTUDIO HIDROLOGICO


Para definir criterios en relación a la tabla anterior, se consignan las características de cobertura vegetal, en la tabla siguiente: Características de la Cobertura Vegetal CODICIOES HIROLOGICAS

USO DEL SUELO

Pobres

Rotación de cultivos

Buenas Pobre

Pradera natural y Pastizal

Regular Bueno

Pradera permanente Pobre

Bosque

Regular Bueno

C A R A C T E R I S T I C AS Usualmente contienen cultivos en hileras, granos pequeños y barbecheo, en varias combinaciones. Contienen alfalfa, pastos u otras legumbres que se siembran juntas, para mejorar la textura y aumentar la infiltración. Tienen exceso de pastoreo, sin cubierta o teniendo cubierta vegetal de menos del 50%. Tienen moderado pastoreo y tienen cubierta vegetal, entre el 50% y el 75% del área. Tienen pastoreo ligero y más del 75% del área tiene cubierta vegetal. Sin pastoreo, con el 100% de área cubierta por pasto natural: representa el límite superior de las cuencas cubiertas con pasto. Tienen excesivo pastoreo, arboles pequeños y el arrope se destruye regularmente por incendio. Con algo de pastoreo, pero no se queman, pueden tener algo de arrope y generalmente no están protegidos del pastoreo. Protegidos del pastoreo, de manera que el suelo está cubierto de arrope y arbustos.

FUETE: CÁLCULO DE AVENIDAS MAXIMAS EN CUENCAS PEQUEÑAS.- SARH.- D. Francisco Campos Aranda

El valor de la precipitación en exceso, dependerá, también, de la humedad que contenga el suelo en el instante en que se presente la tormenta; lo anterior, es definido y tomado en consideración en el parámetro: Condición de humedad Antecedente (CHA) CHA). CHA). Para tal parámetro se tienen 3 (tres) niveles, de acuerdo a la cantidad de lluvia ocurrida en los cinco días antecedentes o precedentes al que se analiza, siendo estos los siguientes: iveles de Humedad Antecedente Condición de Humedad Antecedente

TIPO

CHA-I (seca) CHA-II (media) CHA-III (húmeda)

Bajo potencial de escurrimiento.-Los suelos de la cuenca están secos, pero en buen estado para ararse y cultivarse. Condición promedio. Alto potencial de escurrimiento. La cuenca está prácticamente saturada por las lluvias antecedentes.


37

ESTUDIO HIDROLOGICO


Con los parámetros conocidos, se procederá al cálculo de la precipitación en exceso, para las dos subcuencas definidas en la cuenca total SubSub-cuenca sur: A continuación se determinará el valor del parámetro N N, de conformidad con la cobertura vegetal y tipo de suelo en el área: % DE USO DE TERREO

AREA

GRUPO DE SUELOS

A

B

C

D

 EL SUBGRUPO

 PARA EL AREA

1.- Pradera natural y pastizal

90

69

69.0

62.1

2.- Bosque

10

60

60.0

6.0

AREA TOTAL EN Km2

2.117

N=

68.1

Se considera además, una condición de humedad antecedente media CHACHA-II. II. Por lo que el valor del parámetro resulta N=68.1 Con los datos anteriores se calcularán los valores de la precipitación en exceso, para los diferentes periodos de retorno y una duración de lluvia D=1 D=1 hora, hora con una condición de humedad antecedente media. Tabla de valores de la precipitación excedente para los diferentes periodos de retorno Tr (años)

P (mm)



5080/

P- (5080/) + [P- (5080/) + 50.8 50.8]2

20320/

P+ (20320/) - 203.2

Pe (mm)

2

50.0

68.1

74.59618

26.20

686.3

298.3847

145.18

4.73

5

66.0

68.1

74.59618

42.19

1780.0

298.3847

161.17

11.04

10

78.1

68.1

74.59618

54.29

2947.1

298.3847

173.27

17.01

20

90.2

68.1

74.59618

66.38

4406.8

298.3847

185.36

23.77

50

106.2

68.1

74.59618

82.38

6785.7

298.3847

201.36

33.70

100 200 500 1000

118.3 130.4 146.4 158.5

68.1 68.1 68.1 68.1

74.59618 74.59618 74.59618 74.59618

94.47 106.57 122.56 134.66

8925.1 11357.2 15021.3 18133.0

298.3847 298.3847 298.3847 298.3847

213.45 225.55 241.54 253.64

41.81 50.35 62.19 71.49


38

ESTUDIO HIDROLOGICO


Subnorte:: Sub-cuenca norte A continuación se determinará el valor del parámetro N N, de conformidad con la cobertura vegetal y tipo de suelo en el área: % DE USO DE TERREO

AREA

GRUPO DE SUELOS

A

B

C

D

 EL SUBGRUPO

 PARA EL AREA

1.- Pradera natural y pastizal

90

69

69.0

62.1

2.- Bosque

10

60

60.0

6.0

AREA TOTAL EN Km2

1.414

N=

68.1

Se considera además, una condición de humedad antecedente media CHACHA-II. II. Por lo que el valor del parámetro resulta N=68.1 Con los datos anteriores se calcularán los valores de la precipitación en exceso, para los diferentes periodos de retorno y una duración de lluvia D=1 D=1 horas horas, con una condición de humedad antecedente media. Tabla de valores de la precipitación excedente para los diferentes periodos de retorno Tr (años)

P (mm)



5080/

P- (5080/) + [P- (5080/) 50.8 + 50.8]2

20320/

P+ (20320/) - 203.2

Pe (mm)

2

50.0

68.1

74.59618

26.20

686.3

298.3847

145.18

4.73

5

66.0

68.1

74.59618

42.19

1780.0

298.3847

161.17

11.04

10

78.1

68.1

74.59618

54.29

2947.1

298.3847

173.27

17.01

20

90.2

68.1

74.59618

66.38

4406.8

298.3847

185.36

23.77

50

106.2

68.1

74.59618

82.38

6785.7

298.3847

201.36

33.70

100 200 500 1000

118.3 130.4 146.4 158.5

68.1 68.1 68.1 68.1

74.59618 74.59618 74.59618 74.59618

94.47 106.57 122.56 134.66

8925.1 11357.2 15021.3 18133.0

298.3847 298.3847 298.3847 298.3847

213.45 225.55 241.54 253.64

41.81 50.35 62.19 71.49

Con los valores de la precipitación excedente, consignados en las tablas anteriores, se procederá al análisis y cálculo de los caudales máximos ordinarios, con los diferentes métodos enunciados. Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

39

ESTUDIO HIDROLOGICO


Obtención de gastos máximos y generación de hidrógramas de escurrimiento 

Gastos máximos ordinarios

−

Método del US Soil Conservation Service:

La expresión utilizada, por el SCS SCS, para los gastos máximos ordinarios, para los diferentes periodos de retorno, es la siguiente:

 = ( ∗ ∗ ) Donde: Q = Gasto máximo ordinario, para el periodo de retorno , en m3 / seg Pe = Precipitación en exceso, para el periodo de retorno, en mm q = Es un gasto unitario, que está en función del tiempo de concentración Tc (en horas), en m 3 /seg/mm/km2 A = Es el área de la cuenca, en km2. Para la obtención del gasto unitario qq, el SCS tiene analizados, en función del tiempo de concentración Tc (en horas), los valores siguientes: GASTO UNITARIO EN FUNCION DEL TIEMPO DE CONCENTRCIÓN Tc Tiempo de concentración en horas Tc

Gasto unitario en m3/seg/mm/km2

Tiempo de concentración en horas Tc


Tiempo de concentración en horas Tc


0.1 o menos 0.2 0.3 0.4 0.5

0.337 0.300 0.271 0.246 0.226

1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

0.158 0.120 0.100 0.086 0.075

8.0 10.0 12.0 14.0 16.0

0.039 0.034 0.030 0.027 0.025

0.6 0.7

0.208 0.195

4.0 5.0

0.063 0.054

18.0 20.0

0.023 0.021

0.8

0.180

6.0

0.048

22.0

0.020

0.9

0.168

7.0

0.043

24.0

0.019

FUETE: CÁLCULO PARA DETERMINAR EL GASTO MAXIMO PARA DIVERSOS PERIODOS DE RETORNO SIN INFORMACIÓN HIDROMETRICA.- CA.-GRG.- Subgerencia Técnica.


40

ESTUDIO HIDROLOGICO


Los caudales máximos para las subcuencas en estudio, se presentan a continuación: De la expresión:

 = ( ∗  ∗) , se tienen los resultados siguientes:

Subsur:: Sub-cuenca sur GASTOS MAXIMOS ORDINARIOS Tr (años)

Pe (mm)

U.S. S.C.S Q= m3/seg

2 5 10 20 50 100 200 500

4.73 11.04 17.01 23.77 33.70 41.81 50.35 62.19

1.5 3.4 5.2 7.3 10.3 12.8 15.5 19.1

1000

71.49

21.9

Subnorte:: Sub-cuenca norte GASTOS MAXIMOS ORDINARIOS Tr (años)

Pe (mm)

U.S. S.C.S Q= m3/seg

2 5 10 20 50 100 200 500 1000

4.73 11.04 17.01 23.77 33.70 41.81 50.35 62.19 71.49

1.3 3.1 4.8 6.7 9.5 11.8 14.2 17.6 20.2

Los resultados anteriores, se compararán con los calculados para los subsecuentes métodos y se tomarán los valores racionales, de las dos subcuencas. Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

41

ESTUDIO HIDROLOGICO


−

Método de Gete:

La formula empírica utilizada por Gete Gete, Gete para los gastos máximos ordinarios, para los diferentes periodos de retorno, es la siguiente:

 = (4 + 16)(  ) Donde: Q

= Gasto máximo ordinario, para el periodo de retorno, en m3 /seg Tr = Periodo de retorno, en años Log = Logaritmo base 10, de una función. A = Es el área de la cuenca, en km2. De la expresión anterior, se obtienen los resultados siguientes: SubSub-cuenca sur: sur: GASTOS MAXIMOS ORDINARIOS Tr (años)

Pe (mm)

GETE Q= m3/seg

2 5 10 20 50 100 200 500

4.73 11.04 17.01 23.77 33.70 41.81 50.35 62.19

12.8 22.1 29.1 36.1 45.4 52.4 59.4 68.7

1000

71.49

75.7


42

ESTUDIO HIDROLOGICO


Subnorte:: Sub-cuenca norte GASTOS MAXIMOS ORDINARIOS Tr (años)

Pe (mm)

GETE Q= m3/seg

2 5 10 20 50 100 200 500

4.73 11.04 17.01 23.77 33.70 41.81 50.35 62.19

10.5 18.1 23.8 29.5 37.1 42.8 48.5 56.1

1000

71.49

61.8

Igual que el método anterior, los resultados se analizarán con los demás calculados, tomándose los valores racionales de ambas subcuencas.

−

Método de Morgan:

La expresión empírica propuesta por Morgan Morgan, para la obtención de los gastos máximos ordinarios, para los diferentes periodos de retorno, es la siguiente:

 = ((52.787 ∗ ∗ ().) Donde: Q = Gasto máximo ordinario, para el periodo de retorno, en m3 /seg C = Coeficiente con valor de acuerdo al periodo de retorno, adimensional. A = Es el área de la cuenca, en km2. Los valores propuestos de C, para diferentes periodos de retorno se dan a continuación: C5=0.215, C50=0.464, C100=0.585 y C500=1.00 Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

43

ESTUDIO HIDROLOGICO


De la formula anterior, se obtienen los resultados siguientes: Subsur:: Sub-cuenca sur GASTOS MAXIMOS ORDINARIOS Tr (años) 2 5 10 20 50 100 200 500

Valores de C

MORGAN Q= m3/seg

0.215

16.5

0.464 0.585

35.6 44.9

1.000

76.8

1000

Subnorte:: Sub-cuenca norte GASTOS MAXIMOS ORDINARIOS Tr (años) 2 5 10 20 50 100 200 500

Valores de C

MORGAN Q= m3/seg

0.215

13.5

0.464 0.585

29.1 36.7

1.000

62.8

1000

Los resultados se analizarán y compararán con los obtenidos por los métodos precedentes y subsecuentes.


44

ESTUDIO HIDROLOGICO


−

Método Racional:

La expresión utilizada para el Método Método Racional Racional, para la obtención de los gastos máximos ordinarios, para los diferentes periodos de retorno, es la siguiente:

 = 0.2778()()() Donde: Q = Gasto máximo ordinario, para el periodo de retorno, en m3 /seg C = Coeficiente de escurrimiento, adimensional. I = Intensidad de precipitación, en mm A = Es el área de la cuenca, en km2. De la expresión anterior y tomando los valores de coeficientes de escurrimiento calculados previamente, se obtienen los resultados siguientes: Subur: Sub-cuenca ssur ur: GASTOS MAXIMOS ORDINARIOS Tr (años) 2 5 10 20 50 100 200 500 1000

Intensidad Coeficiente de de lluvia escurrimiento (mm/hora) C 50.0 66.0 78.1 90.2 106.2 118.3 130.4 146.4 158.5

0.335 0.335 0.335 0.335 0.335 0.335 0.335 0.335 0.335

METODO RACIONAL Q= m3/seg 9.9 13.0 15.4 17.8 20.9 23.3 25.7 28.9 31.2


45

ESTUDIO HIDROLOGICO


Subnorte:: Sub-cuenca norte GASTOS MAXIMOS ORDINARIOS Tr (años) 2 5 10 20 50 100 200 500 1000

Intensidad Coeficiente de de lluvia escurrimiento (mm/hora) C 50.0 66.0 78.1 90.2 106.2 118.3 130.4 146.4 158.5

0.335 0.335 0.335 0.335 0.335 0.335 0.335 0.335 0.335

METODO RACIONAL Q= m3/seg 6.6 8.7 10.3 11.9 14.0 15.6 17.2 19.3 20.9

Los resultados se analizarán y compararán con los de los otros métodos.

−

Normas hidrológicas de la CFE:

La expresión utilizada, de conformidad con las Normas Normas Hidrológicas Hidrológicas de de la CFE, CFE para los gastos máximos ordinarios, para los diferentes periodos de retorno, es la siguiente:

 = ( ∗ ) Donde: Q = Gasto máximo ordinario, para el periodo de retorno , en m3 / seg Pe = Precipitación en exceso, para el periodo de retorno, en mm q = Es un gasto unitario, que está en función del tiempo de pico Tp y el área de la cuenca, en m3 /seg/mm


46

ESTUDIO HIDROLOGICO


Para la obtención del gasto unitario q , se utiliza la expresión siguiente:

 = ( ∗ 0.208)/

Siendo q

= Es un gasto unitario, que está en función del tiempo de pico Tp (en horas) y el área de la cuenca, en m 3 /seg/mm. Tp = Tiempo de pico de la tormenta, en horas A = Es el área de la cuenca, en km2. Subsur:: Sub-cuenca sur GASTO UNITARIO Área de la cuenca Km2

Tiempo de pico Tp horas

2.117

1.29

q (A * 0.208) m3/seg/mm 0.440

0.342

GASTOS MAXIMOS ORDINARIOS Tr (años)

Pe (mm)

2 5 10 20 50 100 200 500 1000

4.73 11.04 17.01 23.77 33.70 41.81 50.35 62.19 71.49

Subnorte:: Sub-cuenca norte

Normas de la q m3/seg/mm Q= CFE m3/seg 0.342 0.342 0.342 0.342 0.342 0.342 0.342 0.342 0.342

1.6 3.8 5.8 8.1 11.5 14.3 17.2 21.2 24.4

GASTO UNITARIO

Área de la cuenca Km2


1.414

0.73

q (A * 0.208) m3/seg/mm 0.294

0.403


47

ESTUDIO HIDROLOGICO



Pe (mm)

2 5 10 20 50 100 200 500 1000

4.73 11.04 17.01 23.77 33.70 41.81 50.35 62.19 71.49

Normas de la q m3/seg/mm Q= CFE m3/seg 0.403 0.403 0.403 0.403 0.403 0.403 0.403 0.403 0.403

1.9 4.4 6.8 9.6 13.6 16.8 20.3 25.0 28.8

Como en los resultados anteriores, estos serán analizados y comparados con el resto de los valores obtenidos.

−

Normas hidrológicas de la GASIR (CNA):

La expresión utilizada por la Comisión Nacional del Agua, en sus Normas Hidrológicas de la GASIR, GASIR para los gastos máximos ordinarios, para los diferentes periodos de retorno, es la siguiente: Donde:

 = ( ∗ )

Q = Gasto máximo ordinario, para el periodo de retorno , en m3 / seg Pe = Precipitación en exceso, para el periodo de retorno, en mm q = Es un gasto unitario, que está en función del tiempo de pico Tp y el área de la cuenca, en m3 /seg/mm Para la obtención del gasto unitario q , se utiliza la expresión siguiente: Siendo

 = /( ∗ 5.512)

q

= Es un gasto unitario, que está en función del tiempo de pico Tp y el área de la cuenca, en m3 /seg/mm. Tp = Tiempo de pico de la tormenta, en horas A = Es el área de la cuenca, en km2. Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

48

ESTUDIO HIDROLOGICO


Subsur:: Sub-cuenca sur GASTO UNITARIO Área de la cuenca Km2


2.117

1.29

q (Tp * 5.512) m3/seg/mm 7.104

0.298


Pe (mm)

q m3/seg/mm

Normas de la GASIR Q= m3/seg

2 5 10 20 50 100 200 500 1000

4.73 11.04 17.01 23.77 33.70 41.81 50.35 62.19 71.49

0.298 0.298 0.298 0.298 0.298 0.298 0.298 0.298 0.298

1.4 3.3 5.1 7.1 10.0 12.5 15.0 18.5 21.3

Subnorte:: Sub-cuenca norte GASTO UNITARIO Área de la cuenca Km2


1.414

0.73

q (Tp * 5.512) m3/seg/mm 4.027

0.351


49

ESTUDIO HIDROLOGICO



Pe (mm)

q m3/seg/mm

Normas de la GASIR Q= m3/seg

2 5 10 20 50 100 200 500 1000

4.73 11.04 17.01 23.77 33.70 41.81 50.35 62.19 71.49

0.351 0.351 0.351 0.351 0.351 0.351 0.351 0.351 0.351

1.7 3.9 6.0 8.3 11.8 14.7 17.7 21.8 25.1

Estos valores obtenidos, serán analizados conjuntamente con los de los demás métodos, para adoptar los valores racionalmente adecuados.

−

Gastos máximos ordinarios adoptados:

Se efectuara un resumen, de los valores obtenidos con el total de los métodos estudiados, con la finalidad de adoptar los gastos máximos ordinarios, para cada una de las subcuencas. Subsur:: Sub-cuenca sur RESUMEN DE GASTOS MAXIMOS ORDINARIOS Tr (años)

GETE

U.S. S.C.S

2 5 10 20 50 100 200 500

12.8 22.1 29.1 36.1 45.4 52.4 59.4 68.7

1.5 3.4 5.2 7.3 10.3 12.8 15.5 19.1

1000

75.7

21.9

MORGAN 16.5

35.6 44.9 76.8

Método Racional

Normas CFE

Normas GASIR

Gasto Adoptado

9.9 13.0 15.4 17.8 20.9 23.3 25.7 28.9

1.6 3.8 5.8 8.1 11.5 14.3 17.2 21.2

1.4 3.3 5.1 7.1 10.0 12.5 15.0 18.5

3.6 5.9 7.9 10.1 13.2 15.7 18.3 21.9

31.2

24.4

21.3

24.7


50

ESTUDIO HIDROLOGICO


Subnorte:: Sub-cuenca norte RESUMEN DE GASTOS MAXIMOS ORDINARIOS Tr (años)

GETE

U.S. S.C.S

2 5 10 20 50 100 200 500

10.5 18.1 23.8 29.5 37.1 42.8 48.5 56.1

1.3 3.1 4.8 6.7 9.5 11.8 14.2 17.6

1000

61.8

20.2

MORGAN 13.5

29.1 36.7 62.8

Método Racional

Normas CFE

Normas GASIR

Gasto Adoptado

6.6 8.7 10.3 11.9 14.0 15.6 17.2 19.3

1.9 4.4 6.8 9.6 13.6 16.8 20.3 25.0

1.7 3.9 6.0 8.3 11.8 14.7 17.7 21.8

2.9 5.0 7.0 9.1 12.2 14.7 17.3 20.9

20.9

28.8

25.1

23.7

El gasto máximo adoptado, para los diferentes periodos de retorno analizados, es el resultado de los Métodos de la Normas Hidrológicas de GASIR y CFE y de las expresiones empíricas de U .S. Soil Conservation Servi Service ce y Racional Racional;; no considerando a Gete y Morgan Morgan, en virtud de que sus valores resultan excedidos y no consideran los efectos de la precipitación. Con los caudales máximos ordinarios adoptados, para cada una de las subcuencas, se procederá a la generación de hidrógramas e integración de los mismos en su recepción final (cuerpo de agua mayor); esto para conocer el gasto máximo ordinario generado en la cuenca total, para los diferentes periodos de retorno. 

Generación de hidrógramas

−

Hietógramas de diseño:

En base a las curvas P-D-Tr, para los diferentes periodos de retorno, se procedió a la obtención de los Hietógramas de diseño; para lo cual, por interacciones de cálculo, se definió la duración total de la tormenta y el consecuente hietograma que genera el máximo escurrimiento. Este hietograma, refleja la distribución de las precipitaciones producidas a lo largo de las horas más lluviosas, de la tormenta, que se pueden producir en la cuenca, para un período de retorno (Tr Tr) Tr dado. Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

51

ESTUDIO HIDROLOGICO


La duración de la tormenta se estableció en 3 horas, con intervalos a cada 30 minutos, obteniéndose, para los diferentes periodos de retorno, los resultados siguientes: HIETOGRAMA DE DISEÑO Tr = 2 años Precipitación Intensidad por intervalo P/int. de tiempo mm/hora mm mm

t (min) 30 60 90 120 150 180

76.2 50.0 38.0 32.1 28.0 23.0

38.1 50.0 57.0 64.2 70 69.0 ∑p:

Orden de la secuencia de lluvia mm

t (min)

38.1 11.9 7.0 7.2 5.8 -1.0 69.0

30 60 90 120 150 180

HIETOGRAMA DE DISEÑO Tr = 5 años Precipitación Intensidad por intervalo P/int. t de tiempo mm/hora mm mm (min)

t (min) 30 60 90 120 150 180

100.6 66.0 52.0 42.4 38.0 31.5

50.3 66.0 78.0 84.8 95.0 94.5 ∑p:

50.3 15.7 12.0 6.8 10.2 -0.5 94.5

Orden de la secuencia de lluvia mm 30 60 90 120 150 180


t (min) 30 60 90 120 150 180

119.0 78.1 62.0 50.1 45.0 37.0

59.5 78.1 93.0 100.2 112.5 111.0 ∑p:

59.5 18.6 14.9 7.2 12.3 -1,5 111.0

5.8 7.2 38.1 11.9 7.0 0.0 70.0

6.8 12.0 50.3 15.7 10.2 0.0 95.0


7.2 14.9 59.5 18.6 12.3 0.0 112.5


52

ESTUDIO HIDROLOGICO



t (min) 30 60 90 120 150 180

137.4 90.2 70.0 57.9 49.0 43.0

68.7 90.2 105.0 115.8 122.5 129.0 ∑p:

68.7 21.5 14.8 10.8 6.7 6.5 129.0



t (min) 30 60 90 120 150 180

161.8 106.2 81.0 68.2 59.0 51.0

80.9 106.2 121.5 136.4 147.5 153.0 ∑p:

80.9 25.3 15.3 14.9 11.1 5.5 153.0



t (min) 30 60 90 120 150 180

180.2 118.3 93.0 75.9 69.0 58.0

90.1 118.3 139.5 151.8 172.5 174.0 ∑p:

90.1 28.2 21.2 12.3 20.7 1.5 174.0

6.7 14.8 68.7 21.5 10.8 6.5 129.0

11.1 15.3 80.9 25.3 14.9 5.5 153.0


12.3 21.2 90.1 28.2 20.7 1.5 174.0


53

ESTUDIO HIDROLOGICO



t (min) 30 60 90 120 150 180

198.6 130.4 103.0 83.7 75.0 65.0

99.3 130.4 154.5 167.4 187.5 195.0 ∑p:

99.3 31.1 24.1 12.9 20.1 7.5 195.0



t (min) 30 60 90 120 150 180

223.0 146.4 115.0 94.0 82.0 71.0

111.5 146.4 172.5 188.0 205.0 213.0 ∑p:

111.5 34.9 26.1 15.5 17.0 8.0 213.0



t (min) 30 60 90 120 150 180

241.4 158.5 125.0 101.7 92.0 78.0

120.7 158.5 187.5 203.4 230.0 234.0 ∑p:

120.7 37.8 29.0 15.9 26.6 4.0 234.0

12.9 24.1 99.3 31.1 20.1 7.5 195.0

15.5 26.1 111.5 34.9 17.0 8.0 213.0


15.9 29.0 120.7 37.8 26.6 4.0 234.0

Con los datos tabulados anteriores, para los diferentes periodos de retorno, se construyeron los diferentes Hietógramas de diseño de la tormenta (ver anexo No. 16, Hietógramas de diseño y precipitación en exceso). Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

54

ESTUDIO HIDROLOGICO


−

Precipitación en exceso:

Contando con los Hietógramas de diseño de la tormenta, para los diferentes periodos de retorno, se obtuvo la precipitación en exceso (precipitación neta), es decir la lluvia que genera los escurrimientos en la cuenca. Para lo anterior, se procedió al cálculo de la misma, con el método del U.S Soil Conservation Service Service, en base a la precipitación obtenida como umbral de escurrimiento Po, Po cuyo valor resultó en 33.5 mm/hora, que es igual 16.75 mm/media hora. Los resultados obtenidos, fueron los siguientes:

t (horas) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5

t (horas) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5

PRECIPITACIÓ E EXCESO Tr = 2 años %P P total ∑P total ∑ P neta P neta Abstracciones neta 5.8 7.2 38.1 11.9 7.0 0 0 0 0 0 0

5.8 13.0 51.1 63.0 70.0 70.0 70.0 70.0 70.0 70.0 70.0

0.0 0.0 10.0 16.5 20.7 20.7 20.7 20.7 20.7 20.7 20.7

0.0 0.0 10.0 6.5 4.2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

0.0 0.0 26.2 54.3 60.6

5.8 7.2 28.1 5.4 2.8 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

PRECIPITACIÓN EN EXCESO Tr = 5 años %P P total ∑P total ∑ P neta P neta Abstracciones neta 6.8 12.0 50.3 15.7 10.2 0 0 0 0 0 0

6.8 18.8 69.1 84.8 95.0 95.0 95.0 95.0 95.0 95.0 95.0

0.0 0.0 20.1 30.5 37.8 37.8 37.8 37.8 37.8 37.8 37.8

0.0 0.0 20.1 10.4 7.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

0.0 0.4 39.9 66.1 71.5

6.8 12.0 30.2 5.3 2.9 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0


55

ESTUDIO HIDROLOGICO


t (horas) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5

t (horas) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5

t (horas) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5

PRECIPITACIÓ E EXCESO Tr =10 años %P P total ∑P total ∑ P neta P neta neta 7.2 14.9 59.5 18.6 12.3 0 0 0 0 0 0

7.2 22.1 81.6 100.2 112.5 112.5 112.5 112.5 112.5 112.5 112.5

0.0 0.3 28.3 41.7 51.1 51.1 51.1 51.1 51.1 51.1 51.1

0.0 0.3 28.0 13.3 9.4 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

0.0 2.2 47.0 71.8 76.6

Abstracciones 7.2 14.6 31.5 5.3 2.9 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

PRECIPITACIÓ E EXCESO Tr =20 años %P P total ∑P total ∑ P neta P neta Abstracciones neta 6.7 14.8 68.7 21.5 10.8 6.5 0 0 0 0 0

6.7 21.5 90.2 111.7 122.5 129.0 129.0 129.0 129.0 129.0 129.0

0.0 0.3 34.3 50.5 59.0 64.3 64.3 64.3 64.3 64.3 64.3

0.0 0.3 34.1 16.1 8.6 5.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

0.0 1.7 49.6 75.0 79.3 81.1

6.7 14.5 34.6 5.4 2.2 1.2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0


11.1 26.4 107.3 132.6 147.5 153.0 153.0 153.0 153.0 153.0 153.0

0.0 1.0 47.0 67.2 79.7 84.4 84.4 84.4 84.4 84.4 84.4

0.0 1.0 46.0 20.2 12.5 4.7 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

0.0 6.5 56.9 79.8 83.6 85.1

11.1 14.3 34.9 5.1 2.4 0.8 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0


56

ESTUDIO HIDROLOGICO


t (horas) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5

t (horas) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5

t (horas) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5


12.3 33.5 123.6 151.8 172.5 174.0 174.0 174.0 174.0 174.0 174.0

0.0 2.8 59.9 83.4 101.3 102.6 102.6 102.6 102.6 102.6 102.6

0.0 2.8 57.1 23.5 17.9 1.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

0.0 13.2 63.4 83.2 86.6 87.8

PRECIPITACIÓ E EXCESO Tr =200 años %P P total ∑P total ∑ P neta P neta neta 12.9 24.1 99.3 31.1 20.1 7.5 0 0 0 0 0

12.9 37.0 136.3 167.4 187.5 195.0 174.0 174.0 174.0 174.0 174.0

0.0 3.9 70.3 96.8 114.6 121.3 121.3 121.3 121.3 121.3 121.3

0.0 3.9 66.4 26.5 17.7 6.7 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

0.0 16.4 66.8 85.3 88.2 89.5

PRECIPITACIÓ E EXCESO Tr =500 años %P P total ∑P total ∑ P neta P neta neta 15.5 26.1 111.5 34.9 17.0 8.0 0 0 0 0 0

15.5 41.6 153.1 188.0 205.0 213.0 213.0 213.0 213.0 213.0 213.0

0.0 5.7 84.5 115.0 130.3 137.6 137.6 137.6 137.6 137.6 137.6

0.0 5.7 78.8 30.5 15.3 7.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

0.0 21.8 70.7 87.5 89.9 90.8

12.3 18.4 33.0 4.7 2.8 0.2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

Abstracciones 12.9 20.2 32.9 4.6 2.4 0.8 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

Abstracciones 15.5 20.4 32.7 4.4 1.7 0.7 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0


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ESTUDIO HIDROLOGICO


t (horas) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5


15.9 44.9 165.6 203.4 230.0 230.0 230.0 230.0 230.0 230.0 230.0

0.0 7.1 95.3 128.8 153.1 156.8 156.8 156.8 156.8 156.8 156.8

0.0 7.1 88.2 33.6 24.3 3.7 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

0.0 24.4 73.1 88.8 91.3 92.5

15.9 21.9 32.5 4.2 2.3 0.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

Con los resultados anteriores, se elaboraron los hietográmas de precipitación en exceso (precipitación neta), para los diferentes periodos de retorno, que sirvieron de base para construir los hidrógramas unitarios, parciales por subcuencas e integrados para la cuenca total (ver anexo No. 16, hietográmas de diseño y precipitación en exceso).

−

Hidrógramas parciales e integrados:

De conformidad con los datos de los hietográmas de precipitación en exceso, para los diferentes periodos de retorno, se procedió a la elaboración de los hidrógramas, utilizando la metodología del hidrográma triangular unitario (V Victor Mokus), Mokus efectuando su conversión a un hidrográma curvilíneo con el método del S.C.S S.C.S. S.C.S Se elaboraron los hidrógramas parciales de la Subcuenca Sur y la Subcuenca Norte; así como el de la Cuenca Total, hasta el sitio del cuerpo de agua mayor, ya que en este punto se concentran el total de los escurrimientos generados en la misma (ver anexo No. 17, graficas de hidrógramas). Los hidrógramas se generaron tomando como datos los gastos máximos ordinarios calculados, para los diferentes periodos de retorno, por los métodos tradicionales; siendo estos, los gastos máximos de pico, para cada uno de los mismos.


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ESTUDIO HIDROLOGICO


−

Modelamiento matemático HEC-HMS:

Para la realización del modelamiento matemático, se utilizó el software del Hydrologic Engineering Hydrologic Modeling System HEC- HEC -HMS -HMS Center del US Army Corps Of Engineer. Para ello, se procedió a efectuar el modelamiento de las tormentas, para los periodos de retorno de 20, 50 y 100 años, tomándose los hietográmas de diseño, previamente calculados, con duración de la tormenta de 3 horas; aplicándose asimismo, los valores obtenidos de umbral de escurrimiento Po N= 68.1 del Po = 33.5 mm/hora y de curva N U.S. Soil Conservation Service Service.. Para la ejecución del modelo, se utilizó el análisis del S.C.S Unit Hydrograph, obteniéndose resultados para las subcuencas y cuenca total, de valores de precipitación en exceso y de generación de hidrógramas (ver anexo No.17, graficas de hidrógramas). Al analizar y comparar los valores obtenidos por este método, se observa que los gastos máximos resultaron en el orden del 50% superiores a los obtenidos por los métodos tradicionales. Es pertinente comentar, que los gastos puntuales resultan superiores, mas no así el volumen escurrido, el cual es muy similar para ambos métodos. Los valores obtenidos por los métodos tradicionales y los obtenidos por este método, serán analizados en el capítulo correspondiente al diseño hidráulico, al efectuar el tránsito de la avenida por la Presa Mayor. A continuación se presentan, las tablas comparativas de ambos métodos, para los periodos de retorno enunciados, con los resultados siguientes: PARA U PERIODO DE RETORO Tr = 20 AÑOS


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ESTUDIO HIDROLOGICO


METODO TRADICIOAL PARA U PERIODO DE RETORO Tr = 20 AÑOS Cuenca Cuenca total Subcuenca Norte Subcuenca Sur

m3/seg

Tiempo de pico (hrs)

Volumen escurrido 10³ m³

18.9 9.1 10.1

2.40 2.30 2.50

179.78 78.92 100.86

Área drenada

Gasto máximo

(Km2) 3.532 1.414 2.118

PARA U PERIODO DE RETORO Tr = 50 AÑOS


Tiempo de pico

Área drenada

Gasto máximo

(Km2)

m3/seg

(hrs)


3.532 1.414 2.118

24.9 12.0 13.2

2.40 2.30 2.50

233.29 103.43 129.86

PARA U PERIODO DE RETORO Tr = 100 AÑOS


Tiempo de pico

Área drenada

Gasto máximo

(Km2)

m3/seg

(hrs)


3.532 1.414 2.118

30.0 14.7 15.7

2.40 2.30 2.50

274.32 123.53 150.79


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ESTUDIO HIDROLOGICO


Como ya se mencionó al inicio, únicamente se efectuó el análisis correspondiente a los periodos de retorno de 20, 50 y 100 años, ya que se considera que estos periodos son los indicados, para realizar la valoración y diseño hidráulico de las estructuras correspondientes.


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VI.- DISEÑO HIDRAULICO Definición y dimensionamiento de las secciones geométricas de las estructuras de demasías de los cuerpos de agua existentes Transito de las avenidas de diseño. En el área del fraccionamiento en estudio se localizan, como ya se apuntó en el apartado de hidrología, seis cuerpos de agua artificiales (presas de tierra) de diversas dimensiones y capacidades de almacenamiento. De estas presas, una de ellas se destaca como la mayor y mas importante, ya que capta prácticamente el total de los escurrimientos generados en la cuenca; la misma se localiza en la fracción sur, lindando con el límite del fraccionamiento al Oriente. El resto de los cuerpos de agua, se considera que deben de desaparecer, para un mayor aprovechamiento del área disponible y una mayor seguridad de los habitantes y de la infraestructura urbana y residencial del fraccionamiento. Con base en el plano topográfico de detalle del área de proyecto, escala 1:2,500, con curvas de nivel con equidistancia vertical @ 0.25 m., se obtuvieron las aéreas y capacidades del vaso de la Presa Mayor (ver anexo No.19, graficas de aéreas-capacidades presa mayor), las cuales se muestran en la tabla siguiente: TABLA DE AREAS-CAPACIDADES PRESA MAYOR Elevación m 13.25 13.50 13.75 14.00 14.25 14.50 14.75 15.00 15.25 15.50 15.75

Área m2 1,027.3 2,995.5 6,063.8 10,689.9 16,461.2 27,641.7 42,583.5 57,892.6 74,367.9 94,145.9 *113,400.0

Elevaciones-Áreas-Capacidades ∑Área H/2 V parcial m2 m m3 4,022.8 9,059.3 16,753.7 27,151.1 44,102.9 70,225.2 100,476.1 132,260.5 168,513.8 207,545.9

0.125 0.125 0.125 0.125 0.125 0.125 0.125 0.125 0.125 0.125

0.0 502.9 1,132.4 2,094.2 3,393.9 5,512.9 8,778.2 12,559.5 16,532.6 21,064.2 25,943.2

V acumulado m3 0.0 502.9 1,635.3 3,729.5 7,123.4 12,636.2 21,414.4 33,973.9 50,506.5 71,570.7 97,513.9

��


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ESTUDIO HIDROLOGICO


Como se observa en la tabla anterior, dicho cuerpo de agua cuenta con una superficie de 94,145 m2 y una capacidad de almacenamiento de 71,570 m3, a la elevación 15.50 m; tal cuerpo de agua, en el caso de que se decida su permanencia, deberá contar con las estructuras hidráulicas adecuadas (vertedor de demasías y canal de descarga) para su buen funcionamiento. Para efectuar el diseño hidráulico de estas estructuras, se realizó el tránsito de las avenidas de diseño, para los periodos de retorno de 20, 50 y 100 años; para tal propósito, se utilizó la curva elevaciones-áreascapacidades del vaso, interaccionando con diversas alternativas geométrico-hidráulicas de la estructura de demasías. La alternativa más adecuada, de tal estructura, dio por resultado una longitud de cresta del vertedor de 10.00 m., con ubicación a la elevación 14.50 m. De este análisis, se obtuvo el N.A.M.E. en el vaso y por ende su correspondiente zona y área de inundación; esto bajo la acción de los escurrimientos generados, motivados por las precipitaciones en los periodos de retorno considerados. Los resultados obtenidos, de los niveles de aguas máximas extraordinarias, por los diferentes métodos de análisis, para los periodos de retorno antes enunciados, se muestran a continuación: IVELES E EL VASO Y SUPERFICIE DE IUDACIÓ Periodo de retorno Tr años 20 50 50 100 100

Gastos adoptados Método tradicional .A.M.E. Superficie o. de m m2 vertedores 15.26 15.40 -------15.52 --------

75,159.0 86,234.0 -----------95,686.0 ------------

1 1 -----1 ------

.A.M.E. m 15.10 15.56 15.26 15.76 15.41

Modelamiento HEC-HMS Superficie o. de m2 vertedores 64,482.0 98,766.0 75,159.0 113,400.0 87,025.0

1 1 2 1 2

Como estructura de demasías, se consideró un vertedor de cresta libre, de mampostería y/o concreto; con un cimacio en perfil tipo Creager Creager, Creager para eficientar su descarga, tomándose un coeficiente de descarga con valor de 2.40. Ésta estructura se deberá alojar, a un costado de la cortina de tierra, en cualesquiera de las dos márgenes. Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

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Las características geométrico-hidráulicas del vertedor adoptado y sus valores de elevaciones-descargas (ver anexo No. 20, grafica elevaciones-descargas), se muestran como sigue: TABLA DE ELEVACIOES-DESCARGAS DEL VERTEDOR DE CRESTA LIBRE Elevación de cresta m 14.50 14.60 14.70 14.75 14.80 14.90 15.00 15.10 15.20 15.25 15.30 15.40 15.50 15.60 15.70 15.75

Vertedor adoptado Longitud De cresta m 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00

H carga m

H³⁄ ²

0.10 0.20 0.25 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.75 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 1.25

0.032 0.089 0.125 0.164 0.253 0.354 0.465 0.586 0.650 0.716 0.854 1.000 1.154 1.315 1.398

C coeficiente de descarga

Q m3/seg

2.4 2.4 2.4 2.4 2.4 2.4 2.4 2.4 2.4 2.4 2.4 2.4 2.4 2.4 2.4

0.80 2.10 3.00 3.90 6.10 8.50 11.20 14.10 15.60 17.20 20.50 24.00 27.70 31.50 33.50

Es pertinente puntualizar, que esta estructura deberá construirse precisamente con una cresta cimacio tipo Creager Creager, Creager para estar dentro del parámetro y valor del coeficiente aplicado y asegurar la eficiencia en su descarga y la obtención de los gastos calculados. Así mismo, deberá proyectarse un tanque amortiguador al pie de la cresta vertedora, para asegurar que el acceso de la corriente al canal de descarga, se mantenga en régimen hidráulico subcrítico. Análisis y obtención de las características hidráulicas de los cauces y escurrimientos superficiales relevantes. Cauces de descarga de excedentes. Con el fin de conducir los excedentes de los escurrimientos de demasías, se analizaron y obtuvieron las características geométricas e hidráulicas del ducto de descarga del vertedor, hasta su disposición final en los cauces naturales. Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

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ESTUDIO HIDROLOGICO


Las secciones geométricas e hidráulicas del canal de descarga, hasta el sitio de depósito de los escurrimientos en el cauce natural, resultaron de conformidad con el estudio y calculo de alternativas de interacción, según lo siguiente: CARACTERISTICAS GEOMÉTRICO-HIDRAULICAS DEL CAAL DE DESCARGA Canal trapezoidal tipo Revestido En tierra

Plantilla B m 5.00 10.00

Tirante d m

Altura H m

Talud t

Pendiente s

Coeficiente rugosidad ή

Velocidad V m/seg

Gasto Q m³/seg

1.80 2.13

2.10 2.50

1.5:1 1.5:1

0.0005 0.0005

0.014 0.034

1.81 0.89

25.09 25.09

ESQUEMA DE LA SECCIÓ

Los tramos de canal, deberán proyectarse de acuerdo a lo siguiente: a) Canal revestido, desde la descarga del vertedor hasta el límite del lindero oriente del fraccionamiento; aguas abajo de la cortina de tierra. Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

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b) Canal en tierra, desde el límite del lindero oriente del fraccionamiento, sobre el cauce o “raya” natural, rectificando la “cubeta” del mismo, hasta su confluencia con el Arroyo “Los Aguacates”. c) En el proyecto de ambos tipos de canal, deberá considerarse el diseño de “caídas hidráulicas”, que permitan limitar la pendiente longitudinal de diseño, para asegurar el flujo a un régimen hidráulico subcrítico. Así mismo, deberá construirse un paso superior de agua, mediante una alcantarilla de doble cajón, en el cruce del tramo de canal revestido, de la vialidad correspondiente sobre el lindero oriente del fraccionamiento. Aguas abajo de esta estructura, deberá proyectarse y construirse una transición de ampliación del canal revestido al canal de tierra y/o cauce natural, para asegurar un tránsito tranquilo de la corriente, a régimen hidráulico subcrítico, que evite problemas de erosión y socavación de las estructuras.


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ESTUDIO HIDROLOGICO


VII.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones •

•

•

•

Para la determinación de los parámetros fisiográficos y morfométricos de la cuenca, se consideraron las condiciones actuales de uso de suelo, es decir pastizales con arbustos pequeños. Para el diseño y cálculo del drenaje pluvial, en la zona del fraccionamiento, deberá tomarse la condición de uso de suelo para sus características propias, esto de conformidad con la planeación de: lotificación, vialidades y aéreas verdes. En la obtención de los parámetros pluviométricos y de escurrimiento consecuentes, se analizó un esquema completo de periodos de retorno, de 2 a 1000 años, para evaluar ampliamente la problemática del sitio. Para el diseño y cálculo del drenaje pluvial, en la zona del fraccionamiento, deberán aplicarse periodos de retorno de 20, 50 y 100 años, dependiendo del tipo de estructura y el riesgo que la misma representa, para los habitantes del lugar. Del análisis comparativo, de los caudales máximos obtenidos, por los métodos convencionales y el modelamiento matemático, se observa que el modelamiento matemático proporciona resultados que exceden en un 50%, a los obtenidos por los métodos convencionales, lo cual se considera excesivo. Por lo anterior, se tomarán como válidos, los obtenidos por los métodos convencionales. En el análisis de la generación de escurrimientos, no se consideraron los cuerpos de agua menor (presas de tierra); es decir, se supusieron escurrimientos libres no regulados, por el tamaño de los vasos, para tener un factor mayor de seguridad. Estos cuerpos de agua, no cumplen una función hidráulica, por lo que pueden suprimirse, dependiendo del costo económico, para un mayor aprovechamiento del suelo. Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

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ESTUDIO HIDROLOGICO


•

•

Bajo el criterio del punto anterior, únicamente se consideró el cuerpo de agua mayor (Presa Mayor), el cual capta el total de los escurrimientos generados en la cuenca; transitándose las avenidas de diseño, para los periodos de retorno de 20, 50 y 100 años, dando por resultado una regulación de las mismas, del orden del 20%. De lo anterior se deduce, que este vaso no es hidráulicamente necesario, por lo que su permanencia se justifica solamente con fines ecológicos, recreativos, económicos o de naturaleza ambiental. Del análisis de transito de la avenida de diseño, en el vaso de la Presa Mayor, para un periodo de retorno de 100 años, se concluye que: 1) el nivel de aguas máximas ordinario (N.A.M.O.), queda establecido a la cota 14.50 m., con una área del vaso de 27,641 m² y con un tirante mínimo en el mismo, de 1.25 m. 2) el nivel de aguas máximas extraordinarias (N.A.M.E.), queda establecido a la cota 15.52 m., con un área de inundación de 95,686 m². 3) para la regulación de las avenidas deberá construirse un vertedor de demasías, con una longitud de cresta de 10.00 m, con un cimacio tipo Creager, con tanque amortiguador y canal de descarga de las excedencias. De los resultados anteriores también se deduce, que la Presa Mayor no representa un atractivo para su permanencia, ya que al nivel de N.A.M.O., el vaso cuenta con un tirante muy reducido y al nivel de N.A.M.E., la superficie de inundación es significante, no pudiendo desplantar edificaciones abajo de tal elevación.

•

Para el diseño y cálculo del drenaje pluvial, deberán de utilizarse los coeficientes de escurrimiento, para las diversas aéreas tributarias, obtenidos de las nuevas características de uso de suelo; aplicándose la formula racional de Burklier-Ziegler, con las intensidades de precipitación, para los periodo de retorno recomendados anteriormente. Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

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Es también conveniente, la realización de un estudio de mecánica de suelos, en la zona del fraccionamiento, que defina las texturas de los suelos, para precisar adecuadamente los coeficientes de escurrimiento. Recomendaciones •

•

•

•

•

En el caso de que se decida la permanencia de la Presa Mayor, la misma deberá acondicionarse con las estructuras hidráulicas necesarias, como son el vertedor de demasías, tanque amortiguador y el ducto de descarga de los excedentes. Así mismo, deberá revisarse el estado actual de la cortina de tierra, mediante un estudio de mecánica de suelos, que defina las acciones a tomar, para su buen funcionamiento y seguridad hidráulica y estructural. En caso de que se decida la eliminación de la Presa Mayor; para el diseño y calculo de drenaje pluvial, deberán de considerarse las estructuras hidráulicas necesarias, que suplan a la misma. Como ya se mencionó anteriormente, en el punto de conclusiones; se recomienda que los cuerpos de agua menor se supriman, para un mejor aprovechamiento del suelo, el cual pudiera ser en aéreas verdes. Ya sea que se decida la permanencia o no de la Presa Mayor; se recomienda la rectificación del arroyo, aguas abajo de la misma, ubicado al oriente del lindero y limite del fraccionamiento, desde este sitio hasta la confluencia con el Arroyo Los Aguacates, para una descarga eficiente de los escurrimientos generados en la cuenca. Para el diseño y cálculo del drenaje pluvial, independientemente si es oculto o a cielo abierto; se recomienda, además de proyectar algunas calles tipo canal, considerar uno o más ductos de concreto (ductos cerrados o canales revestidos), dependiendo de la “siembra” de calles y Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

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avenidas y de conformidad con la geometría de los trazos y diseño de sus rasantes. Así mismo, las estructuras transversales que se requieran, ya sea de paso superior o inferior de las aguas. Para este caso, se recomienda un estudio puntual de capacidades de carga del suelo, en los puntos de desplante de las estructuras más importantes, para su diseño estructural •

Aunque no es el objetivo de este estudio, se recomienda analizar alternativas de acceso al fraccionamiento, al sur del acceso actual, para contar con la seguridad de no quedar aislados en el caso de presentarse una creciente del Rio Barberena. Esto debido, a que en la creciente del mes de Julio del año en curso, se presentó un tirante de aproximadamente 1.60 m, sobre la rasante del vado en el Río Barberena; nivel que transportado hasta el camino de acceso, en el cruce con el Arroyo Los Aguacates, nos permite inferir que dicho camino se interrumpió en su paso (ver anexo No. 6, fotos satelitales y terrestres del sitio). Del análisis de los datos hidrométricos de la estación Barberena (1972-2002), se observa que en 13 de 31 años, se han presentado crecientes significativas, resultando una proporción del 42%, que en un análisis simplista resulta una proporción muy grande En el caso de no ser posible contar con otra alternativa de acceso; se recomienda un estudio integral de la cuenca del Arroyo Los Aguacates y de la cuenca del Rio Barberena, para definir los escurrimientos y niveles en el camino, provocados por el remanso de las crecientes del Río Barberena y los efectos causados por las mareas, en su vertido al Golfo de México. Con los resultados obtenidos, se tendrán los elementos suficientes para diseñar las estructuras hidráulicas de cruce adecuadas, que garanticen un tránsito permanente.


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•

Aunque tampoco es el objetivo de este estudio, se recomienda realizar un estudio geo-hidrológico para la obtención de agua dulce, que pueda abastecer al fraccionamiento; para lo anterior, se propone se realice el mismo, en la zona litoral, en la formación cuaternario reciente Qr (ver anexo No. 8, plano de geología), donde se tiene la presunción de que podría encontrarse agua entre 100 a 120 m de profundidad, con un potencial de 3 a 5 l.p.s.

A t e n t a m e n t e.

Juan José Salmón Tinajero Ingeniero Civil Ced. Prof. No. 488275

Felipe Carmona Martínez Ingeniero Civil Ced. Prof. No. 213152


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ESTUDIO HIDROLOGICO


VIII.- BIBLIOGRAFÍA Publicaciones y documentos consultados:

Secretaría de Agricultura y Recursos Hidráulicos.-Subsecretaría de Infraestructura Hidráulica.- Dirección General de Grande Irrigación; Estudio Hidrológico y de Funcionamiento Hidráulico a Nivel de Factibilidad de Tamesí, Tamaulipas. Instituto Mexicano del Transporte; Norma M-PRY-CAR-1-006-003/00 PRY. Proyecto CAR. Carreteras 1. Estudios 06. Estudios Hidráulico-Hidrológicos para Puentes 003. Procesamiento de Información. Francisco Javier Aparicio Mijares; Fundamentos de Hidrología de Superficie. Secretaría de Recursos Hidráulicos.- Dirección General de Grande Irrigación; Proyecto de Zonas de Riego. Secretaría de Agricultura y Recursos Hidráulicos.- Dirección General de Obras Hidráulicas e Ingeniería Agrícola para el Desarrollo Rural.- Subdirección Regional Noreste.- D. Francisco Campos Aranda; Cálculo de Avenidas Máximas en Cuencas y Presas Pequeñas. United States Department of The Interior. - Bureau Of Reclamation; Design of Small Dams. F. Javier Sánchez San Román.- Universidad de Salamanca.- Depto. Geología; Apuntes Utilizados Como Guía para Seguir las Clases Teóricas.- Hidrología e Hidráulica. Instituto Nacional de Estadística Geografía e Informática (INEGI); Guías Para La Interpretación Cartográfica Climatológica, Edafológica y Geológica. Ministerio de Obras Publicas y Urbanización de España (MOPU); Instrucción de Carreteras 5.2-IC <>. Jesús Guzmán Ramírez.- Secretaría de Recursos Hidráulicos; Curso de Diseño de Zonas de Riego por Gravedad.- Diseño de la Red de distribución. Antulio Piña Dávalos.- Secretaría de Recursos Hidráulicos.- Dirección General de Pequeña Irrigación; Prontuario de Riego por Gravedad. Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

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Juan José Salmón Tinajero; Estudio de Drenaje Pluvial, realizado en el predio donde se construirá el Fraccionamiento Campestre Agropecuario, en el Rancho “El Cortijo”, Municipio de Tampico Alto, Ver. Felipe Carmona Martínez; Tesis Profesional: Proyecto de Riego por Bombeo Ejido “La Reforma”, Municipio de Ébano, S.L.P. Información cartográfica utilizada:

Instituto Nacional de Estadística Geografía e Informática (INEGI); Cartas Topográficas F14B53, F14B54, F14B63, F14B73 y F14B74, en escala 1:50,000. Instituto Nacional de Estadística Geografía e Informática (INEGI); Cartas de Clima, Geología, Cuencas Hidrológicas y Vegetación, del Estado de Tamaulipas. Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V.; Plano de Localización del Sitio de Proyecto, sin escala especificada. Comisión Nacional del Agua.- Gerencia Regional Golfo Norte.- Subgerencia Técnica; Plano de Localización de Estaciones Hidrometeorológicas, sin escala especificada. Secretaría de Recursos Hidráulicos.- Subsecretaría de Planeación.- Dirección General de Estudios; Cartas de Levantamiento Aerofotogramétrico H1, H2 y H3, en escala 1:20,000, de Estudios de la Cuenca del Rio Pánuco, Ver,-S.L.P. y Tamps.- Bajo Rio Pánuco. Petróleos Mexicanos.- Superintendencia General de Exploración Distrito Tampico; Plano Geológico de la Región de Tampico-Tuxpan, en escala 1:200,000. Google Earth; Fotos Satelitales de la Zona en Estudio. Información climatológica utilizada:

Comisión Nacional del Agua.- Organismo de Cuenca Golfo Norte.- Dirección Técnica; Datos Climatológicos de la Estación El Barranco, Mpio. de Altamira, Tam. Administración Portuaria Integral de Altamira, S.A. de C.V. Calle Calle Río Tamesí, Km 0+800, lado sur, Puerto Industrial de Altamira, Tamaulipas

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Estudio Hidrológico Fraccionamiento Habitacional

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