Hidrologia Analisis de Tormentas

AGRADECIMIENTO. Expreso mi sincero y eterno agradecimiento a la Universidad Técnica de Machala, a la Facultad de Ingeniería Civil, templos del saber y pensamiento.

JUSTIFICACIÓN. Este trabajo tiene el fin de no solo dar una explicación de lo tratado a clases más profundo sino el de tener claro lo que es la hidrología en el análisis de tormentas para la cuenca del rio Zarumilla y para qué es importante ya que el estudio es fundamenta en la carrera de ingeniería civil. Este trabajo profundiza y nos despeja las dudas y para ello lo ponernos en práctica.

DEDICATORIA. Dedicamos este trabajo a nuestros padres, a las autoridades de nuestra facultad de Ingeniería Civil, al Mgs. Cesar Solano de la Sala que estuvo pendiente de nuestro trabajo y predispuesto en cada momento para guiarnos con sus conocimientos y conducirnos a un buen trabajo.

OBJETIVOS. GENERALES. 

El objetivo del análisis de la lluvia de una tormenta es obtener las características (altura o cantidad, superficie afectada y duración de la lluvia) de una tormenta particular en el rio Zarumilla. La altura se determina a partir de las combinaciones pertinentes de la superficie y la duración, y usualmente se representa con tablas o curvas. En conjunto, dichos análisis constituyen registros útiles para el diseño de vertedores y para la investigación de predicciones cuantitativas de precipitación.



Evaluar el funcionamiento de la cuenca como un sistema hidrológico integral, estableciendo una herramienta básica para la planificación y gestión de los recursos hídricos en la cuenca.

ESPECÍFICOS. 

Determinar las características físicas de la cuenca.



Análisis climatológico de la cuenca.



Evaluación del comportamiento de la precipitación de la cuenca.



Generación de las descargas medias en la cuenca.



Determinar la disponibilidad de la cuenca.



Determinar la demanda hídrica de la cuenca.



Análisis de eventos extremos (máximas avenidas y sequías).



Ubicación de red de estaciones hidrométricas.

INDICE. INTRODUCCIÓN. ....................................................................................................................................

3

RESUMEN EJECUTIVO. ........................................................................................................................

4

1.

6

ANÁLISIS DE TORMENTA. ...........................................................................................................

1.1. CONCEPTO. ...................................................................................................................................6 1.2. DESCRIPCIÓN DE RIO ZARUMILLA. .....................................................................................7 1.3. UBICACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO. ....................................................................................8 1.4. CONSECUENCIAS O EFECTOS QUE PUEDEN PRODUCIR. ...............................................8 1.5. INFORMACIÓN SOBRE INUNDACIONES HISTÓRICAS EN EL RIO ZARUMILLA. .....9 1.6. FACTORES QUE INTERVIENEN EN LAS INUNDACIONES EN LA CUENCA DEL RÍO ZARUMILLA. ...........................................................................................................................................10 1.6.1. FACTORES CLIMÁTICOS. ..................................................................................................10 1.6.2. LA PRESENCIA DEL FENÓMENO EL NIÑO. ...................................................................10 1.6.3. FACTORES GEOLÓGICOS Y MORFOLÓGICOS. ...........................................................11 1.6.4. MORFOLÓGICAMENTE . .....................................................................................................13 1.6.5. FACTORES ANTRÓPICOS. ..................................................................................................14 1.7. ELEMENTOS FUNDAMENTALES DE UNA TORMENTA. .................................................15 1.7.1. 1.7.2.

1.7.2.1. 1.7.2.2. 1.7.2.3. 1.7.3.

1.8. 1.9. 1.10. 1.11. 1.12. 1.13. 1.14.

INTENSIDAD.. .....................................................................................................................15 DU RACI ÓN. .........................................................................................................................15

DURACIÓN DE LA TORMENTA... ............................................................................................ 15 INTERVALO DE DURACIÓN.. .................................................................................................. 15 PERIODO DE DURACIÓN.. ........................................................................................................ 15 FRECUENCIA......................................................................................................................16

EL PLUVIOGRAMA. ..................................................................................................................16 INTERPRETACIÓN. ...................................................................................................................18 HISTOGRAMA DE INTENSIDADES. ......................................................................................19 DIAGRAMA DE MASAS. ...........................................................................................................20 INTENSIDADES MÁXIMAS. .....................................................................................................20 ANALISIS DE TORMENTA. ......................................................................................................21 TIEMPO DE CONCENTRACIÓN. ............................................................................................22

1.14.1.

FORM ULA DE KIRPI CH.

1.14.2. 1.14.3. 1.14.4.

FORM ULA CALIF ORNI ANA. ............................................................................................23 FORMUL A DE VENTURA HERAS. ..................................................................................23 FORMUL A DE PASSI NE. ................................................................................................... 23

1.14.5.

FORM ULA DE KIRPI CH.

1.15. 1.16. 1.17. 1.18. 1.19. 1.20. 1.21. 1.22. 1.23.

................................................................................................... 23

................................................................................................... 24

RELACIÓN INTENSIDAD – DURACIÓN................................................................................24 RELACIÓN INTENSIDAD – PERIODO DE RETORNO. .......................................................25 CURVAS INTENSIDAD – DURACIÓN – FRECUENCIA. .....................................................26 ECUACIONE DE INTENSIDAD. ...............................................................................................26 HIETOGRAMA. ...........................................................................................................................26 INFILTRACIÓN. .........................................................................................................................27 ESCURRIMIENTO. .....................................................................................................................28 HIDROGRAMAS. ........................................................................................................................28 PRIODO DE RETORNO. ............................................................................................................29

1.24.

CAUDAL MÁXIMO.

...................................................................................................................29

1.24.1. 1.24.2.

CALCULO DEL COEFI CIE NTE DE ESCORRENTI A PONDERADO. ..........................30 ...................................................................................30 PENDIENTE MEDI A DEL LECHO

1.24.3. 1.24.4. 1.24.5. CAUDAL

TI EM PO DE CONCENTRACI ÓN. .....................................................................................30 ................................31 I NTE NSI DA D D E DÍSELO E N 50 AÑOS SEGÚN SU ECUA CI ÓN DE AQUÍ APLI CANDO L A F ÓRMU LA D EL M ÉTODO RACIONA L SE TENDRÁ EL M AXI M O EN 50 AÑOS. .......................................................................................................31

2.

CONCLUSIONES. ..........................................................................................................................

32

3.

RECOMENDACIONES. ................................................................................................................

33

4.

BIBLIOGRAFÍA. ............................................................................................................................

34

HIDROLOGIA – ANALISIS DE TORMENTA.

INTRODUCCIÓN. En la actualidad la Hidrología tiene un papel muy importante en el planeamiento de los Recursos Hídricos, y ha llegado a convertirse en pate fundamental de los proyectos de Ingeniería Civil que tienen que ver con suministros de agua, disposiciones de aguas servidas, drenaje, protección contra la acción de ríos y recreación. De otro lado, la integración de Hidrología

con Geografía ha conducido al uso imprescindible del

computador en el procesamiento de información existente y en la simulación de ocurrencia de eventos futuros. La fuente de agua superficial representa el elemento vital para la supervivencia del hombre, más aun cuando este lo utiliza para los distintos usos, entre los de mayor importancia están los de abastecimiento para uso poblacional, agrícola, pecuario, minero, energético y otros de menor envergadura como para el uso y mantenimiento de las especies silvestres de flora y fauna existentes (uso ecológico), por lo tanto es necesario definir, su ubicación, cantidad, calidad, y distribución dentro de la cuenca.


RESUMEN EJECUTIVO. El Estudio Hidrológico de Caudales Máximos y el levantamiento de la información de la Línea Base Ambiental de la cuenca Binacional del río Zarumilla es el resultado del compromiso adquirido por el INAMHI con el Organismo no Gubernamental CARE Ecuador. El documento contiene el análisis de datos hidrometeorológicos de la estación hidrométrica La Palma de la cual se obtiene información de caudales máximos diarios y de las estaciones meteorológicas Arenillas, Chacras, Tahuín, Palmales, Quebrada Seca, Hito Bocana, Papayal, Matapalo y El Caucho que contienen información de precipitaciones máximas en 24 horas. Con el fin de obtener resultados más confiables se aplicaron dos metodologías para la obtención de caudales máximos correspondientes a recurrencias de 5, 10, 25, 50 y 100 años, en las que se aplicó el análisis estadístico de los caudales máximos diarios y precipitaciones máximas en 24 horas mediante Leyes de Distribución, que permitieron definir los caudales máximos de diseño referidos a las recurrencias indicadas. Los caudales calculados están referidos a la estación La Palma, a partir de la cual se generaron caudales hacia aguas abajo en los diferentes puntos perfil (secciones transversales) hasta unos 200 m. aguas abajo del puente Bolsico en el río Zarumilla; en total se levantaron veinte perfiles de los cuales se discriminaron cuatro por tener datos dudosos, además se obtuvieron alrededor de 40 perfiles transversales del modelo digital de terreno para complementar información faltante de algunas áreas de la cuenca; con esta información se determinaron las cotas de inundación desde el inicio del canal internacional hasta las ciudades de Huaquillas (Ecuador) y Aguas Verdes (Perú) mediante la aplicación del modelo hidráulico HEC-RAS. Los resultados obtenidos a través de la metodología aplicada sirvieron de base para la elaboración del Mapa de inundaciones por desbordamiento del río Zarumilla en el tramo considerado comparando con la información histórica de campo obtenida in situ mediante la aplicación de encuestas sobre inundaciones a la población involucrada. Las cotas de desborde obtenidas en el modelo, especialmente aquellas que presentaron ciertas dudas, se verificó y confrontó en el campo, especialmente las secciones


transversales ubicadas en el Pte. Internacional y Bolsico con su carretera, otras ubicadas aguas abajo en todo el sector de camaroneras; y, con el fin de tener un mejor conocimiento de las condiciones de la cuenca en la propagación de crecidas se realizó un reconocimiento de sus partes alta y media. Se determinó la Línea Base Ambiental lo que permitirá conocer preliminarmente las condiciones ambientales en que se encuentra la cuenca baja del río Zarumilla, en la que se asientan las poblaciones de Huaquillas y Aguas Verdes. Finalmente y en cumplimiento de lo indicado en el Subconvenio se ha mapeado las zonas de riesgo para los diferentes períodos de retorno, confrontando con la información de campo.


1. ANÁLISIS DE TORMENTA. 1.1.CONCEPTO. Una tormenta es el conjunto de lluvias que obedecen al mismo efecto meteorológico y posee características bien definidas. El análisis de la lluvia de una tormenta es obtener las características (altura o cantidad, superficie afectada y duración de la lluvia) de una tormenta particular. La altura se determina a partir de las combinaciones pertinentes de la superficie y la duración, y usualmente se representa con tablas o curvas. En conjunto, dichos análisis constituyen registros útiles para el diseño de vertedores y para la investigación de predicciones cuantitativas de precipitación.

Las observaciones de lluvia puntual se analizan conjuntamente y junto con otra información. Los datos de lluvia en general consisten de observaciones totales diarias, intercaladas con unas cuantas mediciones que contienen información de la intensidad de lluvia a corto plazo. Algunas veces, se aumentan estos datos con las observaciones recabadas a través de informes especiales, denominados estudios mediante el análisis de recipientes. Se puede obtener información adicional de mapas meteorológicos sinópticos, radares, informes de crecidas en pequeñas corrientes y de otras fuentes.


1.2.DESCRIPCIÓN DE RIO ZARUMILLA. La cuenca del río Zarumilla con una extensión de 921.25 Km2 (hasta el Puente Internacional) se encuentra compartida entre las repúblicas del Ecuador y del Perú en porcentajes del 55% y 45% respectivamente. La hidrografía de la cuenca es totalmente intermitente, por lo que río Zarumilla tiene períodos largos de estiaje y en ciertos tiempos, comprendidos entre marzo – agosto, lleva caudales importante. En épocas invernales y excepcionales como El Niño, el río se desborda inundando áreas y poblaciones que se encuentran asentadas en sus márgenes, siendo las más afectadas las ciudades de Huaquillas (Ecuador) y Aguas Verdes (Perú). El suelo en sus partes alta, media y baja se encuentra cubierto de un bosque seco y ralo con ciertas áreas de bosque espeso, en la parte baja y cerca de las orillas del río Zarumilla existen extensiones de cultivos de arroz y plátano, los mismos que riegan con agua subterránea extraída de pozos excavados en las márgenes del río. El índice poblacional en la cuenca es bajo, existen pocos recintos y/o poblaciones en toda su extensión, sobresaliendo la ciudad de Huaquillas y poblaciones pequeñas como: Chacras, Balsalito, Huabillo, Bocana y Palmales en el Ecuador; y, Aguas Verdes. El relieve de la cuenca es bastante pronunciado con cotas que varían desde los 3000 m.s.n.m. hasta los 100 m.s.n.m. cercano a Matapalo que corresponde a la parte media de la cuenca y a partir de esta cota, el terreno varia paulatinamente hasta la cota 6 m.s.n.m que corresponde a un terreno relativamente llano. El río Zarumilla es parte de la frontera entre Ecuador y Perú. Nace en las serranías de Ecuador, a 850 msnm y desemboca en el Océano Pacífico, después de recorrer la frontera de los dos países en una longitud de 62.6 km. La superficie total de la cuenca abarca un área de 731,2 km2.Geográficamente, sus puntos extremos de la cuenca se hallan comprendidos entre los 03º 24' y 03º 53' de Latitud Sur y los 80º 09' y 80º23' de Longitud Oeste.


1.3.UBICACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO. El área de estudio se encuentra ubicada en la zona 17, América del Sur, compartida entre Ecuador y Perú, delimitada por las coordenadas UTM en sus extremos de cuenca (sistema PSAD56): Por el norte: 9615600 m. N y 585550 m. E Sur: 9571100 m. N y 587850 m. E Este: 9590000 m. N y 611050 m. E Oeste: 9583750 m. N y 577300 m. E

1.4.CONSECUENCIAS O EFECTOS QUE PUEDEN PRODUCIR. Al producirse una fuerte tormenta en las cuencas se daría lugar a múltiples daños como desbordamientos de ríos, inundaciones en ciudades, daños irreparables en obras civiles, graves tragedias como pérdidas humanas, se daría lugar a una elevada pérdida económica en la ciudadanía.


1.5.INFORMACIÓN SOBRE INUNDACIONES HISTÓRICAS EN EL RIO ZARUMILLA. La información de campo resulta imprescindible para definir las cotas probables de inundación y verificación de los resultados obtenidos a través del modelo hidráulico.

Al realizar un análisis y discriminación de la información recolectada se obtuvieron los siguientes resultados: 

Cuando en la parte alta de la cuenca del río Zarumilla llueve dos o tres días consecutivos (fenómeno El Niño), seguro se produce una inundación y ésta llega a la parte baja en un día aproximadamente.



Las mayores inundaciones y daños producidos corresponde a los fenómenos “El Niño” 1982-1983 y 1997-1998, pero si se han producido otras inundaciones

menores con desbordamientos del río Zarumilla cada 7, 8 ó 10 años en promedio. 

Las zonas afectadas corresponde a áreas de cultivos de plátano, cacao y limón situadas en las márgenes derecha e izquierda en mayor porcentaje en la orilla derecha y en mínimo porcentaje en la orilla izquierda del río.



En la ciudad de Huaquillas las inundaciones han afectado principalmente a los barrios: Primero de Mayo, Ecuador, Miraflores, Milton Reyes y Juan Montalvo.



En la ciudad de Aguas Verdes, las inundaciones extraordinarias han afectado casi en su totalidad de acuerdo a testimonios de la gente que estuvo presente durante el evento de inundación.


1.6.FACTORES QUE INTERVIENEN EN LAS INUNDACIONES EN LA CUENCA DEL RÍO ZARUMILLA. Con el fin de confrontar, corregir y validar algunos resultados obtenidos con el modelo HEC-RAS y tener un mayor conocimiento de la cuenca del río Zarumilla, como parte integral sobre la cual actúan algunos factores que provocan las inundaciones, se realizó un breve reconocimiento de campo entre el 18 al 21 de abril del 2005, por lo que parte de las descripciones que se indican en el presente capítulo tienen como base los datos obtenidos en dicha misión. Entre los factores más importantes que intervienen para la formación de las inundaciones en la Cuenca del río Zarumilla se pueden mencionar los siguientes: 1.6.1. FACTORES CLIMÁTICOS. Estos factores son los más importantes en la generación de las crecidas en los cauces de la cuenca, destacándose las precipitaciones como las formadoras de los incrementos de los flujos o escurrimientos que, cuando se presentan de manera extraordinaria (precipitaciones extremas), causan grandes riadas con las consecuentes inundaciones. En este trabajo no se menciona sobre el origen de las precipitaciones en la zona dela cuenca del Zarumilla dado que existe amplia bibliografía sobre el tema. Sin embargo, de acuerdo al análisis pluviométrico y de la Información Obtenida Sobre Inundaciones Históricas del presente estudio, se destaca que para ciertos periodos normales de precipitación ya se dan valores máximos en 24 horas que causan inundaciones menores cada 7, 8 y 10 años. La mayor cantidad de lluvia se concentra en las partes alta y media de cuenca. 1.6.2. LA PRESENCIA DEL FENÓMENO EL NIÑO. Considerado como una manifestación de la variabilidad climática, también es una de las grandes causas de las inundaciones en la cuenca del río Zarumilla.


La influencia de El Niño en las costas Sur del Ecuador y Norte del Perú, se manifiesta por el aumento de temperaturas del aire y del océano, lo que provoca alteraciones en los recursos biológicos en especial de la pesca, variaciones del nivel del mar, modificaciones en los vientos y corrientes marinas y generalmente un incremento extraordinario de las precipitaciones ( Estudio Hidrológico- Meteorológico en la Vertiente del Pacífico del Perú con fines de Evaluación y Pronóstico del Fenómeno El Niño para Prevención y Mitigación de Desastres). Se tienen registros de los Niños 82-83 y 97-98, considerados como muy fuertes, cuya precipitaciones catastróficas causaron grandes inundaciones a la cuenca del río Zarumilla. El Niño 97-98, considerado más fuerte que del 82-83, afectó algunos barrios de la ciudad de Huaquillas y casi en su totalidad a la ciudad de Aguas Verdes, según testimonios de los habitantes de dichas poblaciones e indicado en el capítulo 7 del presente estudio. En el estudio hidrológico – meteorológico antes mencionado, se establecen una serie de curvas envolventes de caudales máximos para un periodo de retorno de 100 años para la Costa Peruana que se comparan con otras determinadas de terceras fuentes (Curva envolvente máximos mundiales y Curva envolvente Costa Ecuatoriana), cuya relación entre Superficie (km2 )y Caudales Diarios 100 años/superficie(m3/s/km2) para el caso del Zarumilla corresponde a un valor de aproximado de 2.3 m3/s/km2, dato tomado en cuenta para fines de comparación. El área de la cuenca del Zarumilla, hasta el Pte. Internacional, es de 921 km2 que multiplicado por 2.3 le corresponde un caudal de 2118 m3/s, valor similar a 2129 m3/s determinado en este trabajo para un Tr de 100 años y al cual le corresponde una cota de hasta 6.20 m.s.n.m. la misma que es verificada en el campo y en videos que registraron la influencia de El Niño 97/98.

1.6.3. FACTORES GEOLÓGICOS Y MORFOLÓGICOS. Geológicamente, en la parte alta de la cuenca afloran rocas metamórficas de edad paleozoica, diaclasadas y agrupadas en la unidad San Roque, son competentes poco erosionables pero una vez meteorizadas se disgregan en suelos arcillosos que son fácilmente arrastrados por las lluvias.


En su parte media las formaciones paleozoicas han sido recubiertas por sedimentos pliocuaternarios que conforman una amplia llanura aluvial limitada por las rocas precámbricas metamórficas agrupadas en la unidad geológica denominada Grupo Piedras, las mismas que por su condición física hacen que el río Zarumilla después de la junta con la quebrada Palmales corra por un estrecho cañón de 1.5 km de longitud, estas condiciones en épocas invernales son propicias para la formación de una represa natural debido al taponamiento del cañón por la acumulación de palizadas, sedimentos y demás materiales que deben ser arrastrados por el río y la quebrada antes indicados. En este sitio, cuya área es de 612km2 (coordenadas: 591515E y 9596328N), durante el fenómeno El Niño 97/98 debe haberse producido un caudal máximo aproximado de 1408 m3/s (aplicando curvas envolventes); es importante en lo posterior realizar el estudio para conocer el volumen de embalsamiento que podría haberse producido en El Niño 97/98 hasta el punto de confluencia que se está analizando.


De presentarse la situación antes mencionada, inicialmente el cañón actuaría como un control de laminación del flujo acumulado, pero una vez producido el taponamiento este llegará a colapsar con la consecuente inundación hacia aguas abajo. La parte baja de la cuenca está constituida por una llanura aluvial conteniendo depósitos terciarios y cuaternarios que conforman una unidad hidrogeológica conocida como el acuífero Zarumilla; el lecho del río está compuesto por aluviales modernos de poca potencia, situación que es aprovechada por los moradores del lugar para excavar pequeños pozos para captar el agua subterránea.

1.6.4. MORFOLÓGICAMENTE. El río Zarumilla nace de la Cordillera Larga y desciende con pendientes moderadas con anchos importantes que varían entre los 60 a 100m, en ciertos tramos lo hace formando meandros, pequeños saltos y pozas profundas, hasta recibir las aguas de la Qda. Palmales que desciende desde la Cordillera Tahuin con una pendiente moderada. En el punto de coordenadas 591056E y 9687444N cuya área de cuenca es 291 km2 , aguas arriba del sitio conocido como La Meza, se encontró huellas de la crecida a la cual subió el nivel de aguas del río de hasta 3.5 m. desde la parte baja del cauce y con un ancho de aproximadamente 100, debido al Niño 97/98.


Con los datos antes indicados y presumiendo una velocidad de 2m/s (valor considerado para este tipo de fenómenos), se alcanza un caudal aproximado de 700 m3/s, en este mismo punto se obtiene por el método de curvas envolventes un caudal de 669 m3/s. Estas estimaciones indican que en la parte alta de la cuenca ya se generan caudales de magnitudes importantes.

1.6.5. FACTORES ANTRÓPICOS. Son los más importantes y que mayor incidencia tienen para la formación de las inundaciones.


La aparte alta con una leve intervención, aún mantiene las características naturales propias de la cuenca; en la parte media la intervención es mayor pero se mantiene con vegetación, especialmente de prados, sembríos y áreas boscosas que aún se conservan; estas características hidrológicamente ayudan al control de las inundaciones por la retención y laminación del flujo de agua. La parte baja prácticamente es totalmente intervenida; la presencia de la Carretera Panamericana construida sin el drenaje adecuado desde el Pte. El Bolsico hasta Nuevo Aguas Verdes con una extensión de 1 Km. y con cotas que alcanzan lo 6.20 m.s.n, cimentada en el cauce natural, crea un obstáculo para el desfogue normal de las aguas en caso de crecidas; este inconveniente se refleja en los resultados obtenidos del Modelo HEC-RAS que arroja cotas mayores a las alcanzadas en secciones analizadas aguas arriba. 1.7.ELEMENTOS FUNDAMENTALES DE UNA TORMENTA. En base a la utilidad que presentan para el diseño se distinguen tres elementos: 1.7.1. INTENSIDAD.- Es la cantidad de agua caída por unidad de tiempo, se expresa en mm/h. 1.7.2. DURACIÓN.- En el análisis de tormenta se distinguen: 1.7.2.1.DURACIÓN DE LA TORMENTA: Es el tiempo total de la tormenta transcurrido desde el inicio de la tormenta hasta el final. 1.7.2.2.INTERVALO DE DURACIÓN: Es el tiempo transcurrido entre dos cambios de intensidad dentro de la tormenta. 1.7.2.3.PERIODO DE DURACIÓN: Es un periodo de tiempo determinado adoptado dentro del total que dura la tormenta, por lo general se habla de periodos de 5, 10, 15, 20, 30, 60, 120, 240, 360 minutos.


1.7.3. FRECUENCIA.- Es el número de veces que se repite una tormenta de intensidad y duración definida en un periodo de tiempo mas o menos largo tomado en años. La intensidad de una tormenta se realiza en base al análisis del pluviograma de ella, en cambio la frecuencia requiere del análisis de una serie de tormentas en una estación dada. 1.8.EL PLUVIOGRAMA. Es el análisis de las tormentas, se realiza en base al análisis de los registros de los pluviógrafos, ya que estos al monitorear la tormenta en forma continua permiten la identificación y análisis de las tempestades, el pluviograma consta de: 

Una escala horizontal en la que se registra el tiempo transcurrido (generalmente entre las 7h00 del día en que es colocada y las 7h00 del siguiente día).



Escala vertical que corresponde a la altura de lluvia, hinchando en la parte inferior con 0 mm hasta la parte superior con 10 mm.

El registro se realiza en una faja a través de líneas que pueden ser inclinadas cuando hay lluvias verticales cuando el trazador alcanza el nivel máximo por lo que el aparato se desplaza verticalmente hacia abajo, para alcanzar el límite inferior y posteriormente continuar el registro y horizontales cuando no hay lluvias. El inicio y fin de una tormenta se identifica por estar precedidos y seguidos respectivamente de periodos considerables de tiempo sin lluvias. Sin embargo no es raro que a lo largo de las tormentas se produzcan cortos periodos de tiempo sin lluvias, pues mientras continúe la perturbación meteorológica lo que suceda en ella pertenece al mismo fenómeno. La representación gráfica de los datos pluviométricos se deduce de los aparatos requeridos para su medición: los pluviómetros y pluviógrafos. Los primeros consisten esencialmente en un recipiente graduado, que recoge la lluvia caída en una abertura de su parte superior, de superficie conocida. Conforme cae la lluvia, el nivel del depósito va aumentado y su altura representa la precipitación acumulada desde el principio de la lluvia. Cuando el


pluviómetro dispone de un sistema que registra de forma continua la altura de lluvia acumulada en el recipiente se denomina fluviógrafo y el registro obtenido pluviograma. Si durante el tiempo que dura la observación hay un lapso en el que no se produce precipitación alguna, su representacion grafica es una horizontal que cubre ese lapso. La pendiente del pluviograma nos define la intensidad de la lluvia en cada instante I=dp/dt, concepto que aplicado a un determinado intervalo tiempo nos proporcionaría la intensidad media de precipitación durante el mismo como Im=ΔP/Δt. La unidad de medida de la

intensidad de precipitación más habitual es el mm/h. A partir del pluviograma es posible representar diagramas de barras que representen las variaciones de la altura de precipitación o de su intensidad en intervalos de tiempo previamente seleccionados y que se denomina hietogramas. El hietograma de alturas de precipitación se construye dividiendo el tiempo que duro la tormenta en n intervalos y midiendo la altura de precipitaciones que se obtuvo en cada uno de ellos.


Las mayores intensidades de las lluvias se producen en lapsos muy cortos y cuando más se alarga la duración considerada, menor es la intensidad relativa. Por este motivo, para una determinada localización, la intensidad de lluvia caída en una hora es mayor que la correspondiente a dos horas y esta a su vez mayor que la correspondiente a 6 horas, aunque con las cantidades totales de precipitación ocurra lo contrario. 1.9.INTERPRETACIÓN. El propósito del análisis es llegar a establecer intensidades máximas de una tormenta para cada uno de los periodos de duración seleccionados, para ello se deben ubicar los puntos de cambio de pendiente y los trazos por ellos delimitados, los que se caracterizan por:

Es de observar que la intensidad corresponde a la pendiente del tramo, por los que cada cambio de pendiente corresponde a un cambio de intensidad dentro de la misma tormenta.


Mediante el análisis de la cuenca del rio Zarumillas, con los registros históricos de la misma podemos determinar el pluviograma a través de todo el año.

1.10.

HISTOGRAMA DE INTENSIDADES.

Es un histograma confeccionado en base a los criterios de estadísticas, graficándose en ordenadas las intensidades y en abscisas el tiempo en el que sucedieron, a partir de este


grafico se puede establecer la hora en la que la tormenta adquirio su máxima intensidad, su valor y el tiempo en que se mantuvo. 1.11.

DIAGRAMA DE MASAS.

Es la representación grafica de la cantidad acumulada de agua caída, en el eje de las ordenadas y en abscisas se representa el tiempo al que corresponden. En este diagrama la pendiente a la curva en cualquier punto representa la intensidad instantánea de la lluvia considerada. Mediante los datos encontrados en el estudio de la cuenca del rio Zarumilla encontramos lo siguientes registros, mediantes los cuales determinamos la curva masa.

1.12.

INTENSIDADES MÁXIMAS.

Es necesario determinar las intensidades máximas de una tormenta para varios periodos de duración ya que a lo largo de una tormenta las intensidades varían constantemente. Si se considera que la intensidad máxima es la relación i=dP/dt es decir entre la lluvia recogida durante un periodo de duración (dP) y el periodo de duración (dt) se observa que ha mayor


periodo de duración menor intensidad por unidad de tiempo y viceversa, considerando, eso si, un mismo dP. Para determinar las intensidades máximas es necesario contemplar periodos de duración de 5, 15, 20, 30, 60, 120, 240, 360 minutos, y la obtención de las intensidades máximas se basa en que, para cada periodo de duración, se realice todas las combinaciones posibles de intensidades consecutivas, adaptándose como intensidades maximas el mayor de los resultados obtenidos. CÓDIGO M-040

1.13.

ESTACIÓN PASAJE

DURACIÓN ECUACIÓN     .711. / 5min<120min 120min<1440min   . /

ANALISIS DE TORMENTA.

Una vez conocida la intensidad y duración de las tormenta, es necesario determinar las frecuencias con que una determinada tormenta se va a repartir con el tiempo. Para esto es necesario analizar una serie de tormentas registradas en una estación dada, conformando registros históricos de intensidades máximas para cada periodo de duración. Las intensidades deben ser máximas es decir la correspondiente al mayor valor de todas las intensidades máximas de cada periodo de duración. Para determinar la frecuencia se procede a ordenar de forma decreciente e independientemente del tiempo los valores de intensidad máxima correspondiente a cada


periodo de duración, procediéndose luego a calcular la frecuencia correspondiente aplicando la ecuación: F= m/(n+1) Siendo esta frecuencia al número de veces en que la intensidad es alcanzada o superada dentro del periodo de observación. En base a la frecuencia se puede determinar el periodo de retorno Tr que se define como el tiempo en el que se espera la ocurrencia de un suceso de igual o mayor magnitud al valor en analisis por una sola vez, expresándose en años. Se calcula con: Tr= 1/f. Por la relación existente entre el periodo de retorno y la frecuencia y de esta con el número de orden y la cantidad total de datos, se deduce que en una serie determinada se tendrán tantos valores de Tr cuanto registro (n) existan. En la practica el periodo de retorno es un valor conocido y lo que se desea es conocer la magnitud del evento que corresponde a tal periodo de retorno, el problema surge cuando la serie no abarca al Tr solicitado necesitándose en esos casos realizar extrapolaciones, es decir, por ejemplo, a partir de un registro de 20 años extrapolar para un valor de 100 años. En estas condiciones se debe buscar la distribución de probabilidad teórica que más se ajuste a los datos medidos y usar esta función para la extrapolación. 1.14.

TIEMPO DE CONCENTRACIÓN.

También denominado tiempo de repuesta o de equilibrio, se define como el tiempo para que durante un aguacero uniforme, se alcance el estado estacionario: es decir, el tiempo necesario para que todo sistema contribuya eficazmente a la generación de flujo en el desagüe. Se atribuye muy comúnmente el tiempo de concentración al tiempo que tarda una partícula de agua caída en el punto de la cuenca más alejado del desagüe en llegar a este. Esto no corresponde la fenómeno real, pues puede haber puntos de la cuenca en los que el agua caída tarde más en llegar al desagüe que el más alejado. Además debe tenerse claro que el tiempo de concentración de una cuenca no es constante. A continuación se muestra algunas de las formulas empíricas.


1.14.1. FORMULA DE KIRPICH.

Tc= tiempo de concentración en minutos. L= longitud del cauce principal en metros. S= diferencia de las cotas extremas de la cuenca dividida para L. 1.14.2. FORMULA CALIFORNIANA.

Tc= tiempo de concentración en horas L= longitud del cauce en km. J= pendiente de la cuenca en m/m. 1.14.3. FORMULA DE VENTURA HERAS.

Tc= tiempo de concentración en horas. L= longitud del cauce en km. J= pendiente de la cuenca en m/m. 1.14.4. FORMULA DE PASSINE.

Tc= tiempo de concentración en horas. A= área de la cuenca en km².


L= longitud del cauce principal en km. J= pendiente de la cuenca en m/m. 1.14.5. FORMULA DE KIRPICH.

Tc= tiempo de concentración en minutos. Lr= longitud del cauce en metros. H= diferencia de elevaciones en metros. Mediante los datos obtenidos de la cuenca de estudio podemos determinar el tiempo de concentración, utilizaremos la fórmula planteada por Kirpich.

    (  ) Tc=1019.4 min.

Tc=16.99 horas.

1.15.

RELACIÓN INTENSIDAD – DURACIÓN.

La relación es inversamente proporcional ya que a pequeñas duraciones mayores intensidades y viceversa. Es por eso que el análisis se realiza primero para cortas duraciones hasta varias horas, siendo las más comunes 5, 10, 15, 20, 30, 45 minutos y 1, 2, 3, 6, 12, 24 horas. Los 5 minutos corresponden al intervalo de tiempo mínimo del que se


puede realizar lecturas del registro pluviográfica con una aceptable precisión y 24 horas por que para duraciones mayores se puede utilizar los registros de los pluviómetros.

Mediante los datos obtenidos de la cuenca estudiada podemos determinar la curva Intensidad – Duración.

1.16.

RELACIÓN INTENSIDAD – PERIODO DE RETORNO.

Es directamente proporcional ya que conforme aumenta el periodo la intensidad también aumenta y viceversa. Para el análisis se establece el periodo con el que se suceden adaptándose 5, 10, 15, 20, 25, 50, 100, 500 años.


1.17.

CURVAS INTENSIDAD – DURACIÓN – FRECUENCIA.

Estas graficas corresponden a la representación gráfica de los resultados obtenidos del análisis probabilístico de intensidades, se las confecciona disponiendo las intensidades máximas probables en ordenadas y las duraciones de la lluvia en abscisa, para cada periodo de retorno considerado, obteniéndose una familia de curvas Intensidad – Duración – Frecuencia. La representación se puede realizar en base a escalas aritméticas los puntos conforman una curva asintótica que en ocasiones dificulta la interpretación de resultados, por lo que generalmente se utiliza una representación en escala logarítmica obteniéndose alineamientos rectos que brindan mayores facilidades para la lectura de resultados. 1.18.

ECUACIONE DE INTENSIDAD.

Para eliminar la subjetividad que se presenta al interpolar gráficamente en las curvas Intensidad – Duración – Frecuencia, se acostumbra determinar expresiones matemáticas que las representen. I= a/(t+b). I= Intensidad máxima probable. t= tiempo estimado de duración de la lluvia con intensidad I. a y b= constantes que dependen de la región y el periodo de retorno. Mediante los datos de las ecuaciones para determinar las intensidades máximas podemos determinar los siguientes cálculos para periodos de retornos de 5, 10, 25, 50, 100 años y un tiempo estimado de 5, 10, 50, 100 minutos. 1.19.

HIETOGRAMA.

Es un diagrama de barras que relaciona la profundidad de lluvia o intensidad en función del tiempo, al tratarse de un hietograma de intensidad se puede visualizar la variación de intensidad de la lluvia con el tiempo: por lo general se emplean intervalos de igual


duración donde se supone que la intensidad es constante. Los intervalos se escogen según el análisis requerido y el procedimiento para obtener los datos. A través de este grafico se logra tener una idea de la tendencia de distribución de las lluvias en una tormenta. Su construcción se realiza a manera de un histograma. Mediante los datos obtenidos en el estudio de la cuenca determinamos la siguiente grafica correspondiente al hietograma de un periodo de 8horas.

1.20.

INFILTRACIÓN.

La infiltración se define como el proceso por el cual el agua penetra por la superficie del suelo y llega hasta sus capas inferiores. La infiltración desempeña un papel fundamental en los procesos de escorrentía como respuesta a una precipitación da en una cuenca: dependiendo de su magnitud lluvias de iguales intensidades, pueden producir caudales diferentes su papel en fundamental también en el estudio de la recarga de acuífero. Existen muchos factores que controlan la infiltración en un área determinada, por lo que su estimación confiable es bastante difícil y es imposible obtener una relación única entre todos los parámetros que la condicionan.


1.21.

ESCURRIMIENTO.

El escurrimiento se define como el agua que viene de la precipitación que circula sobre o bajo la superficie terrestre y que llega a una corriente para luego ser drenada hasta la salida de la cuenca. Una parte del agua que llega a la superficie terrestre, es retenida y evaporada, la restante se mueve superficialmente, subterráneamente, hasta la salida de la cuenca. El agua proveniente de la precipitación, se infiltra en las capas superiores del suelo saturado, posteriormente se llenan las depresiones del terreno y el agua empieza a escurrir sobre la superficie, produciendo el escurrimiento sobre el terreno. El agua se mueve infiltrándose parcialmente y evaporándose en pequeñas cantidades, hasta llegar a un curso permanente, en donde el flujo se convierte en escurrimiento de corrientes. El escurrimiento sobre la superficie y en corrientes forma el denominado escurrimiento superficial. El agua que se infiltra escurre cerca de la superficie del suelo en forma más o menos paralela a él, conociéndose como escurrimiento subsuperficial. Aquella que se infiltra a niveles inferiores al freático forman el escurrimiento subterráneo. Por su naturaleza, el escurrimiento superficial es el que llega más rápidamente a la salida de la cuenca por lo que esta relacionado directamente con la precipitación en exceso o efectiva. El escurrimiento subterráneo es el que más tarda en llegar a la salida de la cuenca, pudiendo tardar años en llega, por lo que no se lo puede relacionar a una tormenta en particular, debido a que se produce bajo el nivel freático es el único que alimenta cuando no hay lluvias, y por eso se dice que forma el escurrimiento base. El escurrimiento subsuperficial puede ser tan rápido como el superficial o tan lento como el subterráneo. En el estudio de cuencas hidrográficas los verdaderamente importante es la rapidez con la que ella responde a una tormenta, pues esto determina la magnitud de las correspondientes avenidas. 1.22.

HIDROGRAMAS.

Un hidrograma es una gráfica que relaciona el caudal con el tiempo (caudal se define como el volumen de escurrimiento por unidad de tiempo).


1.23.

PRIODO DE RETORNO.

Se denomina periodo de retorno (Tr) al tiempo que requiere para que un evento de magnitud dada se repita en promedio. Es decir que si una descarga de 300m³/s en en cierto rio tiene un periodo de retorno de 2 años significa que en promedio, cada dos años una descarga de tal magnitud sera observada en dicho rio. Para calcular el periodo de retorno de las maximas descargas se emplea la relacion: Tr= (n+1)/m. En la que n es el umero total de descargas anuales observadas, es decir el numero de registros y m es el numero de orden de la magnitud dada cuando todas las descargas son colocadas en orden decreciente. 1.24.

CAUDAL MÁXIMO.

Es la máxima descarga de un rio al caudal que haya sobrepasado a todos los demás observados durante un tiempo dado. Las maximas descargas en un rio se denominan avenidas. Se considera que una creciente es cualquier caudal alto que desborde los terraplene ya sea naturales o artificiales a lo largo de la corriente y son los responsables de una serie de problemas cuando no son controlados, produciendo inundaciones, daños en estructuras hidráulicas de control, conducción y almacenamiento cuando sus dimensiones son inferiores a las que corresponden a dicha descarga máxima. Por esta razón el análisis de las máximas descargas tienen por objetivo el estudiar el comportamiento de estos eventos, es el poder pronosticarlos dentro de ciertos límites y determinar las dimensiones más convenientes para obras de ingeniería cuyo objetivo es el control o manejo de las avenidas.

 

Q=

  

Q=


1.24.1. CALCULO DEL COEFICIENTE DE ESCORRENTIA PONDERADO.

AREA PARCIAL (HA)

CI

CI*AI (HA)

VIVIENDA UNIFAMILIAR ZONA DE CULTIVOS, SUELOS SEMIPERMEABLES, PENDIENTE SUAVE

48543

0,62

30096.66

26000

0,53

13780

ZONA INDUSTRIAL DENSIDAD BAJA

8343

0,67

5589.81

DESCRIPCION

TOTALES

82886

     1.24.2. PENDIENTE MEDIA DEL LECHO

  

LONGITUD DEL CAUSE PRINCIPAL = 88030M COTA MÁXIMA CAUSE PRINCIPAL = 450 MSNM COTA MINIMA CAUSE PRINCIPAL = 21 MSMN

       1.24.3. TIEMPO DE CONCENTRACIÓN.

        () 

49466.47


1.24.4. INTENSIDAD DE DÍSELO EN 50 AÑOS SEGÚN SU ECUACIÓN

     1.24.5. DE AQUÍ APLICANDO LA FÓRMULA DEL MÉTODO RACIONAL SE TENDRÁ EL CAUDAL MAXIMO EN 50 AÑOS.

               


2. CONCLUSIONES.



La precipitación media anual en la cuenca es de 767.6 mm. y los meses menos lluviosos corresponden al período de junio a noviembre, periodo en el cual el río permanece sin agua en su mayor parte.



Los caudales y cotas seleccionadas para la elaboración del mapa de inundaciones de la parte baja de la cuenca del Zarumilla ( puente internacional, Huaquillas y Aguas verdes) son aquellos obtenidos a través de la distribución log normal de tres parámetros que dan caudales mayores a los de valores extremos tipo I y, estos valores en cierta manera se asemejan a los producidos por los fenómenos extremos del El Niño, lo que permitió delimitar áreas vulnerables con mayor confianza lo que servirá para una buena planificación.


3. RECOMENDACIONES. 

Se debería tomar en cuenta la morfología del río para hacer obras de protección de las dos orillas como un Proyecto Binacional.



Se recomienda tomar muy en cuenta la realización de un Plan Director Binacional conjunto entre Ecuador y Perú que incluya la recuperación del Canal Internacional tomando en cuenta a todos los actores sociales, económicos, políticos y tomadores de decisión.


4. BIBLIOGRAFÍA. VEN TE CHOW, Hidráulica de los canales abiertos, Edit. Diana, 1era. De., México, 1986. INAMHI, Estudio de Lluvias intensas de 1999. CEDEX, Apuntes del Master de Hidrología General y Aplicada de Carlos Gutiérrez, 2000. MARTA GONZALEZ DEL TANAGO, Restauración de ríos y riberas, escuela técnica superior de Ingenieros de Montes, Madrid -1998. M.O.P. Curso de ¨Drenaje de obras viales¨ Ecuador, mayo-1981. INSTITUTO NACIONAL DE CIENCIA Y TÉCNICA HÍDRICAS CENTRO REGIONAL ANDINO, Manual del Usuario HYMO 10. 1990. FRANCISCO JAVIER FERRER (CEDEX), Recomendaciones para el cálculo Hidrometeorológico de Avenidas, 1993. NOAA/WMO Training Course on Hidrological Forecasting. 1992. SISA, Estudio definitivo para la reconstrucción de la infraestructura afectada por el fenómeno El Niño en el departamento de Tumbes – Informe Final. Diciembre 2000. OEA, Pronóstico Hidrológico para pequeñas cuencas. Los datos recopilados para Aguas Verdes han sido obtenidos de la información estadística disponible, que se remite a los Censos efectuados en 1993 y 1994.

Hidrologia Analisis de Tormentas

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