HIDROLOGIA para FERROCARRILES

UNIVERSIDAD NACIONAL SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

HIDROLOGIA Contenido

1. INTRODUCCIO INTRODUCCION...................... N............................................. .............................................. ........................................ ................................ ............... 3 1.1

OBJETIVO GENERAL.............................. GENERAL..................................................... .............................................. .................................................3 ..........................3

1.2

OBJETIVOS ESPECIFICOS....................... ESPECIFICOS.............................................. .............................................. ...............................................3 ........................3

2. SELECCIÓN DEL PERÍODO DE RETORNO........ RETORNO............................... ..................................... ....................... .........44 2.1

EJEMPLO DE APLICACIÓN.................. APLICACIÓN......................................... .............................................. ..................................................4 ...........................4

3. ANALISIS ESTA ESTADISTICO DISTICO DE DAT DATOS OS HIDROLOGICOS....... HIDROLOGICOS.................................. ...........................55 3.1

VALORES AT ATIPICOS.................... IPICOS........................................... .............................................. .............................................. .......................................5 ................5

3.1.1

TABLAS TA BLAS PARA PARA LA ESTIMACIO ESTIMACION N DEL VAL ALOR OR K................................ K......................................................6 ......................6

3.1.2

EJEMPLO DE APLIC APLICACIÓN.......... ACIÓN................................. .............................................. .........................................................7 ..................................7

3.2

3.2.1 3.3

3.3.1

MODELOS DE DISTRIBUCIÓN................................. DISTRIBUCIÓN........................................................ ............................................. ..............................8 ........8

EJEMPLO DE APLIC APLICACIÓN.......... ACIÓN................................. .............................................. .........................................................9 ..................................9 PRUEBAS DE CONDAD DE AJUSTE.................. AJUSTE........................................ ............................................. ...................................14 ............14

EJEMPLO DE APLIC APLICACIÓN.......... ACIÓN................................. .............................................. ....................................................... ................................14 14

4. DISTRIBUCION TEMPORAL DE PRECIPIT PRECIPITACION.......... ACION.......................... ............................. .............16 16 4.1

PATRONES PA TRONES DE TORMENTA DEL USGS.......................... USGS................................................. .......................................... ....................16 .16

4.2

TORMENTA TORM ENTAS S PROPUEST PROPUESTAS AS PA PARA RA LA SIERRA PERUANA. PERUANA...... .......... .......... ......... ............ ..............18 ......18

4.3

DELIMITA DELIMI TACION CION DE UNA CUENCA.. CUENCA....... .......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... ........... ............... ................... ...........19 .19

5. ESTIMACIO ESTIMACION N DE CAUDALES PA PARA RA EL DISEÑO............... DISEÑO...................................... ............................19 .....19 5.1

5.1.1

METODO RACIONAL.............................. RACIONAL..................................................... ............................................. ............................................. ..........................19 ...19

EJEMPLO DE APLIC APLICACION.......... ACION................................. .............................................. ....................................................... ................................20 20

5.2

MÉTODO MÉTO DO RACIONAL MODIFIC MODIFICADO.... ADO......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ............ ................. ................... ...........21 ..21

5.3

IDROGRAMAS UNITARIOS.... UNITARIOS........................... .............................................. .............................................. .....................................23 ..............23

5.3.1

Hi!"#!$%$ &i'()(i*" (!i$'#+,$! -, SCS............... SCS..................................... ............................................. ....................................24 .............24

6. SISTEMA DE MODELAMIE MODELAMIENTO NTO HIDROLÓGICO (HMS-HDROLOG (HMS-HDROLOGIC IC MODELING SSTEM!............ SSTEM!................................... .............................................. ..............................................................25 .......................................25 ". CONCLUSIONES.. CONCLUSIONES......................... .............................................. ....................................................................... ................................................ ..29 #. BIBLIOGRA$I BIBLIOGRA$IA..................... A............................................ .............................................. ........................................... ................................. .............3% 3%

| ESTIMACION DE CAUDALES PARA EL DISEÑO

1


9. ANE&OS........... ANE&OS.................................. .............................................. .............................................. ............................................... .................................3% .........3%


2


QUINTA UNIDAD: LOCALIZACION DE LOS FERROCARRILES – HIDROLOGIA 1. IN INTR TROD ODUC UCCI CION ON Para Pa ra pr pros oseg egui uirr co con n el e esa sarr rrol ollo lo e ell cu curs rso o e !e !err rroc ocar arri rile les" s" en la #u #uin in$a $a un uni ia a%% &LOCALI'ACION DE LOS !ERROCARRILES(" un par)*e$ro e +i$al i*por$ancia es el es$u es $ui io o ,i ,ir rol ol-g -gic ico" o" el cu cual al pa par$ r$e e e co cono noce cerr la lass ca cara rac$ c$er er.s .s$i$ica cass ge geo* o*/$ /$ri rica cass 0 *oro*e$ricas $ie*po e concen$raci-n" nu*ero e cur+a" $ie*po e re$aro" penien$e el lec,o" e$c34 por one reali5are*os el $ra5ao e nues$ro errocarril" pos$erior*en$e la ,irolog.a nos per*i$ir) conocer el co*por$a*ien$o e las llu+ias *.ni*as" *eias 0 *)6i*as4" con las cuales pore*os e$er*inar un caual e ise7o a $ra+/s e un */$oo e $ransor*aci-n llu+ia escorren$.a3 Too lo *en *encio ciona nao o an$ an$er erior ior*e *en$e n$e"" se e e8e 8e a #ue en nu nues$ es$ro ro pa pa.s" .s" la in inor* or*aci aci-n -n isponi8le es solo e precipi$aci-n iaria" es$o ,ace #ue $enga*os #ue recurrir a */$oos e $ransor*aci-n los cuales son 8as$an$e e*p.ricos pero con un grao e precisi-n acep$a8le para la o8$enci-n e +alores #ue se re#uieran en nues$ros ise7os ,ir)ulicos3 No o8s$an$e para reali5ar es$a $ransor*aci $ransor*aci-n" -n" $a*8i/n se $iene #ue anali5ar la is$ri8uci-n e espacial e la precipi$aci-n *eian$e una llu+ia e ise7o la cual puee ser cons$ruia e *anera e*p.rica con los a$os e precipi$aci-n e 29,3 El Regla*en$o Nacional e :es$i-n e Inraes$ruc$ura ;ial apro8ao *eian$e Decre$o Supre*o N< =>9 ? 2==@ ? MTC ispone en$re o$ros la i*ple*en$aci-n el Manual e irolog.a" ir)ulica 0 DrenaBe" el cual es un ocu*en$o #ue resu*e lo *)s sus$ancial e la *a$eria" #ue ser+ir) e gu.a 0 procei*ien$o para el ise7o e las o8ras e renaBe supericial 0 su8$err)nea e la inraes$ruc$ura +ial" aecuaos al lugar e u8icaci-n e caa pro0ec$o3 Es as. #ue para el presen$e $ra8aBo" se ,a $o*ao co*o 8ase ic,o *anual3

1.1

OBJETIVO GENERAL

Conocer los par)*e$ros ,irol-gicos para e e$er*inaci-n el caual e ise7o para las o8ras ,ir)ulicas en errocarril errocarriles3 es3

1.2

OBJETIVOS ESPECIFICOS •

C)lculos e pa$rones e $or*en$a3


>

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C)lculos e cauales" por el */$oo Racional3

•

O8$enci-n e precipi$aci-n *)6i*a3

•

Uso e progra*as para *oelar pa$rones e $or*en$a3

2. SELECCIÓN DEL PERÍODO DE RETORNO Ninguna o8ra puee ser cons$ruia para sie*pre" 8aBo es$e concep$o es #ue nace el $/r*ino +ia $il" el cual es$) relacionaa al perioo e re$orno e cual#uier ele*en$o a ser cons$ruio *eian$e la siguien$e relaci-n%

( )

R=1 − 1 −

1

n

T

Si la o8ra $iene una +ia $il e n a7os" la -r*ula an$erior per*i$e calcular el per.oo e re$orno T" iBano el riesgo e alla a*isi8le R" el cual es la pro8a8ilia e ocurrencia el pico e la crecien$e es$uiaa" uran$e la +ia $il e la o8ra3

!igura1 +alores *)6i*os reco*enaos e riesgo a*isi8le e o8ras e renaBe MTC4

2.1

EJEMPLO DE APLICACIÓN

Se esea cons$ruir una eensa ri8ere7a en un $ra*o e rio #ue es$) *u0 pr-6i*o a un $ra*o e la $roc,a el riel" si la eensa ri+ere7a $iene una +ia $il e = a7os" con #ue perioo e re$orno se e8er.a calcular el caual *)6i*oF


9


SOLUCION% Tene*os los siguien$es a$os% n G = a7os R G 2H igura 14

(− )

R=1 −

n

1

1

T

1

T

=

1

(

1 − 1− R

)n

1

T

=

1

(

1 − 1−25

)

50

T 174.3 años≈ 175 años =

3. ANALISIS ESTADISTICO DE DATOS HIDROLOGICOS 3.1

VALORES ATIPICOS

Nor*al*en$e las es$aciones *e$eorol-gicas e one se recopila la inor*aci-n presen$an una serie e eiciencias las cuales se $raucen en $o*a e a$os e err-neos o eec$uosos3 A $ra+/s e las prue8as e +alores a$.picos" la es$a.s$ica ,irol-gica nos per*i$e e$ec$ar si una serie *ul$ianual e a$os ,is$-ricos presen$a o no a$os a$.picos" es$o se reali5a a $ra+e5 e prue8as e +alores a$ipicos co*o el graico e caBas o la prue8a e :ru88s an ecJs3 Ua=e

ln

( Pi )+ K ∗σ

Ub=e

ln

(´ Pi )− K ∗σ

ln

( Pi)

ln

( Pi )

Done% Ua% U*8ral arri8a U8%U*8ral a8aBo P% Precipi$acion *)6i*a e 29, K% coeicien$e en unci-n el n*ero e a$os Ta8las4





3.1.1 TABLAS PARA LA ESTIMACION DEL VALOR .





3.1.2 EJEMPLO DE APLICACIÓN Se $iene la siguien$e serie e a$os *ul$ianuales e P*a6 29," se pie e$er*inar si e6is$e o no +alores a$.picos en$ro e la serie para un 1=H e ni+el e signiicancia3





Estació !"t"#$#%ó&ica Ca'ai%%as

P!a, 2-. 1960197019801990200020102020

A+# Dat#s

U!'$a% S()"$i#$

U!'$a% I*"$i#$

Del eBe*plo an$erior se conclu0e #ue los a$os e precipi$acion *a6i*a e 29, e la es$acion ca8anillas no presen$an a$os a$ipicos3


@


3.2

MODELOS DE DISTRIBUCIÓN

El an)lisis e recuencias $iene la inalia e es$i*ar precipi$aciones" in$ensiaes o cauales *)6i*os" segn sea el caso" para ieren$es per.oos e re$orno" *eian$e la aplicaci-n e *oelos pro8a8il.s$icos3 P ( probabilidad ocurrenciade un evento un evento en T años )=

1

T

T% Perioo e re$orno en a7os3 P ( probabilidad de no ocurrencia de un eventoun evento en T años )

=

1−

1

T

T% Perioo e re$orno en a7os3 En la es$a.s$ica e6is$en i+ersas unciones e is$ri8uci-n e pro8a8ilia $e-ricas reco*en)nose u$ili5ar las siguien$es unciones para an)lisis ,irol-gico% •

Dis$ri8uci-n Nor*al

•

Dis$ri8uci-n Log Nor*al 2 par)*e$ros

•

Dis$ri8uci-n Log Nor*al > par)*e$ros

•

Dis$ri8uci-n :a**a 2 par)*e$ros

•

Dis$ri8uci-n :a**a > par)*e$ros

•

Dis$ri8uci-n Log Pearson $ipo III

•

Dis$ri8uci-n :u*8el

•

Dis$ri8uci-n Log :u*8el

El so$are Eas0i$" es un so$are es$a.s$ico #ue nos per*i$e o8$ener el +alor corresponien$e a una pro8a8ilia aa en$ro e una unci-n e is$ri8uci-n espec.ica3 Es$e progra*a es una po$en$e ,erra*ien$a pues con$iene  unciones e is$ri8uci-n e pro8a8iliaes 0 es e uso sencillo3

3.2.1 EJEMPLO DE APLICACIÓN Para los a$os e precipi$aci-n *)6i*a e 29 ,oras P*a629,4 e la es$aci-n Ca8anillas" e$er*inar cu)no es la P*a629, para un TG= 0 TG1== segn la is$ri8uci-n Nor*al" Log Pearson $ipo III  segn :u*8el3 SOLUCION Calculo e pro8a8ilia e no ocurrencia3 P ( probabilidad de no ocurrencia de un eventoun evento en 50 años )= 1−

1 50

P ( probabilidad de no ocurrencia de un eventoun evento en 100 años )=1−

=0.98 1

100


=0.99

Q


Segn la is$ri8uci-n Nor*al3

•

!unci-n e ensia e pro8a8ilia =39

=3>

=3>2

=32@

=329

4 6 2 1

=32

=31

=312

=3=@

=3=9

= 1

2=

29

2@

>2

>

9=

99

9@

2



=

9

@

6 is$ogra*a

Nor*al


1=


Segn la is$ri8uci-n Log Pearson $ipo III3

•


=3>

=3>2

=32@

=329

4 6 2 1

=32

=31

=312

=3=@

=3=9

=

1

2=

29

2@

>2

>

9=

99

9@

2



=

9

@

6  is $o gr a* a

L og P ea rs on >


11



12


•

Segn la is$ri8uci-n :u*8el3


1>



=3>

=3>2

=32@

=329

4 6 2 1

=32

=31

=312

=3=@

=3=9

=

1

2=

29

2@

>2

>

9=

99

9@

2



=

9

@

6 is$ogra*a

:u*8el Ma6


19


3.3

PRUEBAS DE CONDAD DE AJUSTE

Las prue8as e 8ona e aBus$e son prue8as e ,ip-$esis #ue se usan para e+aluar si un conBun$o e a$os es una *ues$ra inepenien$e e la is$ri8uci-n elegia3 En la $eor.a es$a.s$ica" las prue8as e 8ona e aBus$e *)s conocias son%


1

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Prue8a 2 C,icuarao

•

Prue8a Kol*ogoro+ ? S*irno+

El progra*a Eas0i$ con$iene en$ro e su pla$aor*a" las prue8a *encionaas an$erior*en$e3 De es$a or*a noso$ros poe*os e$er*inar cu)l es la is$ri8uci-n e pro8a8iliaes #ue *eBor se aBus$a a nues$ra serie e a$os e P*a629,3

3.3.1 EJEMPLO DE APLICACIÓN Para los *is*o a$os e la es$aci-n Ca8anillas e$er*inar cu)l e las > prue8as Nor*al" Log Pearson III" :u*8el4 se aBus$a *eBor a la los a$osF


1



1


Segn las prue8as reali5aas a los a$os e Ca8anillas en caa unci-n e is$ri8uci-n e pro8a8iliaes" se o8ser+a #ue la #ue presen$a *enor ispersi-n es$a.s$ica es la prue8a en :u*8el" la cual en las os prue8as ,a *os$rao los *eBores resul$aos3 De es$o conclui*os #ue los resul$aos e la is$ri8uci-n :UMEL son *)s conia8les para es$os a$os en par$icular3

!. DISTRIBUCION TEMPORAL DE PRECIPITACION En ocasiones no es suicien$e el a$o e #ue por eBe*plo4 la precipi$aci-n *)6i*a para las  ,oras *)s llu+iosas es e 1== **3 Es posi8le #ue necesi$e*os conocer la e+oluci-n e esos 1== **3 A lo largo e esas  ,oras3


1@


Los */$oos ,irol-gicos *)s *oernos re#uieren no s-lo el +alor e llu+ia o in$ensia e ise7o" sino e una is$ri8uci-n $e*poral $or*en$a4" es ecir el */$oo es$uia la is$ri8uci-n en el $ie*po" e las $or*en$as o8ser+aas3 Segn es$uios reali5aos en la sierra sur el Per" ,an reco*enao la u$ili5aci-n el pa$r-n e $or*en$a $ipo II e la SCS" el cual se presen$a a con$inuaci-n3

!.1

PATRONES DE TORMENTA DEL USGS

Los pa$rones e $or*en$a el SCS" ueron propues$os por el SCS 0 $ienen la siguien$e is$ri8uci-n%


1Q


Tor*en$as SCS 1 =3@ =3 =39 =32 =

=

2==

9== Tipo I

!.2

==

@==

Tipo IA

Tipo II

1===

12==

19==

Tipo III

TORMENTAS PROPUESTAS PARA LA SIERRA PERUANA

Segn el es$uio $i$ulao &ESTUDIO DE DELIMITACIN DE LA !AVA MAR:INAL DE LOS RWOS CAANILLAS" LAMPA  COATA EN EL AMITO DE LA AUTORIDAD ADMINISTRATI;A DEL A:UA I; TITICACA( propone el uso el siguien$e pa$r-n e $or*en$a para la cuenca el rio Coa$a" el cual puee ser usao en coniciones ,irogr)icas si*ilares en la sierra sur el Per3


2=


1

ie$ogra*a uni$ario e ise7o3


21


!.3

DELIMITACION DE UNA CUENCA

". ESTIMACION DE CAUDALES PARA EL DISE#O Cuano e6is$en a$os e aoro en can$ia suicien$e" se reali5a un an)lisis es$a.s$ico e los cauales *)6i*os ins$an$)neos anuales para la es$aci-n *)s cercana al pun$o e in$er/s3 Se calculan los cauales para los per.oos e re$orno e in$er/s 2" " 1=" 2=" =" 1== 0 == a7os son +alores es$)nar4 usano la is$ri8uci-n log nor*al" log pearson III 0 ;alor E6$re*o Tipo I :u*8el4" e$c3" segn el .$e* >3 Cuano no e6is$en a$os e aoro" se u$ili5an los a$os e precipi$aci-n co*o a$os e en$raa a una cuenca 0 #ue proucen un caual X3 cuano ocurre la llu+ia" la cuenca se ,u*eece e *anera progresi+a" inil$r)nose una par$e en el su8suelo 0 luego e un $ie*po" el luBo se con+ier$e en luBo supericial3 A con$inuaci-n se presen$an algunas *e$oolog.as%

".1

METODO RACIONAL

Es$i*a el caual *)6i*o a par$ir e la precipi$aci-n" a8arcano $oas las a8s$racciones en un solo coeicien$e c coe3 escorren$.a4 es$i*ao so8re la 8ase e las carac$er.s$icas e la cuenca3 Mu0 usao para cuencas" AY1= K*23 Consierar #ue la uraci-n e P es igual a $c3


22


La escarga *)6i*a e ise7o" segn es$a *e$oolog.a" se o8$iene a par$ir e la siguien$e e6presi-n% Q =0.278 CIA

Done% X % Descarga *)6i*a e ise7o *>Zs4 C % Coeicien$e e escorren$.a ;er Ta8la N< =@4 I % In$ensia e precipi$aci-n *)6i*a ,oraria **Z,4 A % [rea e la cuenca K*243 Coeicien$es e escorren$.a */$oo racional

El +alor el coeicien$e e escorren$.a se es$a8lecer) e acuero a las carac$er.s$icas ,irol-gicas 0 geo*orol-gicas e las #ue8raas cu0os cursos in$ercep$an el alinea*ien$o e la carre$era en es$uio3 En +ir$u a ello" los coeicien$es e escorren$.a +ariar)n segn ic,as carac$er.s$icas3

".1.1 EJEMPLO DE APLICACION Se esea calcular el caual e ise7o para una alcan$arilla en una re erro+iaria #ue a$ra+iesa un $erreno e cul$i+o +ege$al se*iper*ea8le one la penien$e es e 2=H3 Se conoce ae*)s #ue la P *a6 para un perioo e re$orno T G= a7os es 1== ** para una $or*en$a e 1,ora3 Usar */$oo racional para un )rea Tri8u$aria G 9 J*2 XGCIAZ>= I G PZ$ie*po I G \1==G9>3> **Z, CG=3>=


2>


AG9 J*2 X G =3>= 6 9>3> 6 9 6 1==4Z>= G 1939> *>Zseg3 Se esea calcular el caual e ise7o para una alcan$arilla en una re erro+iaria #ue a$ra+iesa un $erreno e cul$i+o +ege$al per*ea8le one la penien$e es e 1=H3 Se conoce ae*)s #ue la P *a6 para un perioo e re$orno T G= a7os es 1== ** para una $or*en$a e 1,ora3 Usar */$oo racional para un )rea Tri8u$aria G 9 J*2 XGCIAZ>= I G PZ$ie*po I G =3=@\1==G@3 **Z, CG=3 AG9 J*2 X G =3 6 @3 6 9 6 1==4Z>= G 3>1 *>Zseg3

".2

M$TODO RACIONAL MODIFICADO

Es el */$oo racional segn la or*ulaci-n propues$a por T/*e5 1Q@" 1QQ14 aap$aa para las coniciones cli*)$icas e Espa7a3  per*i$e es$i*ar e or*a sencilla cauales pun$a en cuencas e renaBe na$urales con )reas *enores e = J* 2 0 con $ie*pos e concen$raci-n Tc4 e en$re =32 0 29 ,oras" la -r*ula es la siguien$e% Q

=

0.278 CIA K

Done% X % Descarga *)6i*a e ise7o *>Zs4 C % Coeicien$e e escorren$.a para el in$er+alo en el #ue se prouce I3 I % In$ensia e precipi$aci-n *)6i*a ,oraria **Z,4 A % [rea e la cuenca K*24 K % Coeicien$e e Unior*ia Las -r*ulas #ue einen los ac$ores e la -r*ula general" son los siguien$es% A4 Tie*po e Concen$raci-n Tc4 Tc

G 0.3 L / S 0.25  0.76

Done% LG Longi$u el cauce *a0or J*4 SG Penien$e pro*eio el cauce *a0or *Z*4 4 Coeicien$e e Unior*ia


29


Done% TcG Tie*po e concen$raci-n ,oras4 C4 Coeicien$e e si*ul$aneia o !ac$or reuc$or JA4

Done% A % [rea e la cuenca K*24 D4 Precipi$aci-n *)6i*a corregia so8re la cuenca P4

Done% JA % !ac$or reuc$or P % Preci$aci-n *)6i*a iaria **4 E4 In$ensia e Precipi$aci-n  I 4

Done% P % Preci$aci-n *)6i*a corregia **4 Tc % Tie*po e concen$raci-n ,oras4 !4 Coeicien$e e Escorren$.a  C 4

Done% P % Preci$aci-n *)6i*a iaria **4 Po % U*8ral e escorren$.a G

( )− 5000

CN

50

CN % N*ero e cur+a


2



2


".3

HIDROGRAMAS UNITARIOS

La o8$enci-n e los ,irogra*as uni$arios se par$e e +alores na$urales regis$raos o se pueen generar ,irogra*as sin$/$icos3 El *eBor ,irogra*a uni$ario es a#uel #ue se o8$iene a par$ir e% una $or*en$a e in$ensia ra5ona8le*en$e unior*e una uraci-n eseaa un +olu*en e escorren$.a cercano o *a0or a 1 c* - 1 pulg34 El proceso e o8$enci-n e ,irogra*as uni$arios a par$ir e regis$ros na$urales e cauales es el siguien$e% ] Separar el luBo 8ase e la escorren$.a irec$a3 ] De$er*inar el +olu*en e escorren$.a irec$a3 ] Las orenaas el ,irogra*a e escorren$.a irec$a se i+ien por la prounia e escorren$.a o8ser+aa3 ] Las orenaas aBus$aas or*an el ,irogra*a uni$ario3

".3.1 H%&'()'*+* ,%-/%0( '%*-)*' & SCS Con 8ase en la re+isi-n e un gran n*ero e U" el SCS sugiere es$e ,irogra*a one el $ie*po es$) ao en ,oras 0 el caual en *>Zs3c*3 El +olu*en generao por la separaci-n e la llu+ia en ne$a 0 a8s$racciones es propagao a $ra+/s el r.o *eian$e el uso el ,irogra*a uni$ario3 El $ie*po e recesi-n" $r" puee apro6i*arse a% $r G 13T Co*o el )rea 8aBo el U e8e ser igual a una escorren$.a e 1 c*" puee e*os$rarse #ue%

Done% A % es el )rea e renaBe en K*2 Tp % es el $ie*po e ocurrencia el pico en ,oras Aicional*en$e" un es$uio e *uc,as cuencas ,a e*os$rao #ue% $p G ="$c Done% $p% Tie*po e re$aro en$re el cen$roie el ,ie$ogra*a 0 el pico e caual4 ,4 $c% Tie*po e concen$raci-n e la cuenca3 El $ie*po e ocurrencia el pico" Tp" puee e6presarse co*o%


2


Done% D% uraci-n e la llu+ia ,4

irogra*a Uni$ario Triangular el SCS3 !uen$e% irolog.a Aplicaa ;en $e C,o44

4. SISTEMA

DE

MODELAMIENTO

HIDROLÓGICO

5HMS6H7DROLOGIC

MODELING S7STEM8 El Sis$e*a e Moelao irol-gico es una aplicaci-n esarrollao por el Cen$ro e Ingenier.a irol-gica EC0rologic Engineering Cen$er4 el Cuerpo e Ingenieros el EB/rci$o e los Es$aos Unios US Ar*0 Corps o Engineers43 Con el *oelo ECMS" se puee si*ular la respues$a #ue $enr) la cuenca e un r.o en su escurri*ien$o supericial" co*o prouc$o e la precipi$aci-n" *eian$e la represen$aci-n e la cuenca co*o un sis$e*a in$erconec$ao e co*ponen$es ,irol-gicos e ,ir)ulicos3 Caa co*ponen$e *oela un aspec$o el proceso e escurri*ien$o por precipi$aciones en$ro e una par$e e la cuenca co*n*en$e reeria co*o una su8cuenca3 Un co*ponen$e puee represen$ar una ien$ia e escurri*ien$o supericial" un canal e luBo o e*8alse3 La represen$aci-n e un co*ponen$e re#uiere un conBun$o e par)*e$ros #ue especii#uen las carac$er.s$icas par$iculares el co*ponen$e 0 las relaciones *a$e*)$icas


2@


#ue escri8en el proceso .sico3 El resul$ao el proceso el *oelaBe es el c)lculo e los ,ir-graos el luBo en si$ios elegios e la cuenca el r.o3 El ECMS" represen$a la +ersi-n para ^inos e la +ersi-n EC1" esarrollaa para D3O3S" en la cual se ,an *eBorao los concep$os ,irol-gicos" los resul$aos e ,irogra*as proucios se al*acenan en una 8ase e a$os #ue pueen usarse irec$a*en$e por el ECRAS en la ela8oraci-n e es$uios e isponi8ilia e agua" renaBe ur8ano" preicci-n el luBo" reucci-n e los a7os e las a+enias" e$c3 Para poer u$ili5ar es$e progra*a se e8e isponer e la siguien$e inor*aci-n% Carac$er.s$icas e la precipi$aci-n" la in$ensia se o8$iene e las cur+as I In$ensia" uraci-n" recuencia4" o puee aBus$arse u$ili5ano los procei*ien$os *encionaos an$erior*en$e3 Es i*por$an$e se7alar #ue las precipi$aciones parciales e8en in$roucirse en in$er+alos iBos3  Carac$er.s$icas e la cuenca [rea" or*a" Longi$u el cauce principal" cen$ro e gra+ea" penien$e *eia el $erreno" co8er$ura +ege$al" $ipo e pr)c$icas e pas$oreo" $ipos e precipi$aci-n" e$c43 Cuano se usa el EC ? MS uno e8e Bun$ar los ele*en$os #ue co*ponen el sis$e*a3 La cuenca se crea &seleccionano( los ele*en$os e la colu*na i5#uiera" arras$r)nolos al cen$ro e la &5ona e $ra8aBo(3 Los ele*en$os se unen por *eio e &$ra*os( Reac," en la lis$a43 Es$os a su +e5 se a,ieren a los ele*en$os colocano sus e6$re*os en$ro e los *is*os3 Para poer ei$ar los ele*en$os" se presiona r)pia*en$e os +eces so8re ellos ,as$a #ue apare5ca la caBa e i)logo en la #ue se e8en incluir los a$os respec$i+os3 Los a$os #ue se re#uieren para la cuenca" ae*)s el )rea en J*24 son $res% a4 !unci-n e inil$raci-n 0 los par)*e$ros corresponien$es3 La unci-n e inil$raci-n e8e escogerse e la siguien$e lis$a% i3 Ser+icio e Conser+aci-n e Suelos SCS4 ii3 :reen 0 A*p$ iii3 Inicial Z Cons$an$e i+3 Inicial Z /ici$3 +3 No ,a0 p/ria 84 !unci-n el ,irogra*a uni$ario 0 los par)*e$ros corresponien$es3 La unci-n el iagra*a uni$ario e8e ser escogerse e la siguien$e lis$a%


2Q


i3 ClarJ3 ii3 Sn0er3 iii3 SCS3 i+3 ClarJ *oiicao3 +3 Deinio por el usuario3 +i3 Ona cine*)$ica3 c4 !unci-n e recesi-n e las a+enias 0 los par)*e$ros 0 +aria8les corresponien$es3 i3 Recesi-n3 ii3 !luBo cons$an$e *ensual3 iii3 No ,a0 luBo 8ase3 En el caso e la unci-n e inil$raci-n" escoge*os la el Ser+icio e Conser+aci-n e Suelos e los Es$aos Unios" SCS3 Se necesi$an > $ipos e a$os% la p/ria inicial en **4" el n*ero e cur+a CN4 0 el porcen$aBe e suelo i*per*ea8le en la cuenca3 La p/ria inicial es la can$ia e llu+ia en ** #ue se prouce an$es e ocasionar el luBo supericial3 Por o$ro lao" el n*ero e cur+a se eine en 8ase al $ipo e suelo" co8er$ura +ege$al" 0 pr)c$icas e pas$oreo3 El porcen$aBe i*per*ea8le es$) ao por el )rea ocupaa por lagunas 0 5onas rocosas #ue para prop-si$os pr)c$icos puee consierarse i*per*ea8le3 En el caso el ,irogra*a uni$ario" se u$ili5ar) la unci-n e Sn0er para e6poner los par)*e$ros necesarios3 Se re#uieren 8)sica*en$e os% $p" #ue es el $ie*po en ,oras #ue $ranscurre en$re el cen$ro e gra+ea e la precipi$aci-n 0 el caual pico 0 Cp #ue se es$i*a en 8ase a cuencas +ecinas e carac$er.s$icas si*ilares3 El pri*er par)*e$ro se calcula con la siguien$e -r*ula%

En one $p es el $ie*po" en ,oras" #ue $ranscurre en$re el cen$ro e gra+ea e la precipi$aci-n ocasionaa por una $or*en$a" C1 es igual a =3 en el Sis$e*a In$ernacional 0 C$ es &un par)*e$ro eucio en 8ase a cuencas con ins$ru*en$os e *eici-n e la *is*a regi-n(3 L es la is$ancia" en Jil-*e$ros el cauce principal e la cuenca ese la i+isoria ,as$a la salia 0 Lc es la is$ancia en Jil-*e$ros4 ese el pun$o *)s cercano al cen$ro e gra+ea e la cuenca ,as$a la salia3 Cp +ar.a en$re =39 0 =3@" segn la penien$e 0 capacia e al*acena*ien$o e la cuenca3 En #ue8raas in$er*i$en$es el luBo 8ase puee consierarse igual a cero" pero en #ue8raas *a0ores el luBo e8e es$i*arse en 8ase a *eiciones reali5aas a lo largo e +arios a7os 0 posi8le*en$e es$a8lecer +alores e luBo 8ase *ensual3


>=


Los a$os e salia se presen$an en or*a $a8ular" sin$e$i5aas en un su*ario o gr)ica3 Las es$i*aciones o8$enias usano el progra*a *encionao e8en ser usaas e *anera pruen$e por el especialis$a" el cual e8e $ener un conoci*ien$o ca8al e la regi-n el *uno en la cual se ese*pe7a3 En una cuenca pe#ue7a es pro8a8le #ue no sea necesario unir +arias su8cuencas para o8$ener el caual e salia" *ien$ras #ue en cuencas *a0ores es necesario reali5ar el $r)nsi$o e a+enias3 Los */$oos #ue se u$ili5an co*n*en$e son los siguien$es% i3 MusJingu* ii3 SCS iii3 MusJingu* ? Cunge3 i+3 Ona Cine*)$ica Las +aria8les e en$raa el */$oo e MusJingu* son K 0 " #ue se 8asan en *eiciones e ,irogra*as reali5aos en el cauce3 K es una *eia el $ie*po e $ranspor$e e una ona e un pun$o a o$ro" e6pres)nose en uniaes e $ie*po ,oras4 0  es una +aria8le ai*ensional #ue luc$a en$re = 0 =3> 0 #ue $iene un +alor $.pico e =323 En el */$oo el SCS s-lo se especiica un $ie*po e re$raso e la ona3 )sica*en$e se &$raslaa( la ona e un $ie*po a o$ro sin $o*ar en cuen$a las p/rias por ricci-n3 Tan$o el */$oo e la Ona Cine*)$ica co*o el */$oo e MusJingu* ? Cunge re#uieren a$os e la geo*e$r.a el canal principal" el cual se *oela asu*ieno #ue el canal es un $rapecio" un $ri)ngulo o un c.rculo3 Se necesi$a por lo $an$o el anc,o e la 8ase o i)*e$ro4" la inclinaci-n e los $alues 54" el coeicien$e e rugosia el cauce n G coeicien$e e Manning4" la penien$e e la l.nea e energ.a" S 0 la longi$u el $ra*o" L3 La penien$e e la l.nea e energ.a se asu*e igual a la penien$e el canal en el $ra*o e in$er/s3 Apariencia el Moelo ECMS


>1


Apariencia e resul$aos en EC MS


>2


9. CONCLUSIONES •

Nues$ra realia nos *ues$ra #ue es i.cil encon$rar es$aciones ,iro*/$ricas en nues$ro *eio" lo #ue nos a or5ao a u$ili5ar */$oos inirec$os para calcular un caual con el #ue poa*os ise7ar nues$ras o8ras3

•

E6is$en *uc,os */$oos para la $ransor*aci-n e la llu+ia a caual" $oos son e*p.ricos 0 epenen e coeicien$es #ue en *uc,os casos generan cier$as iscrepancias en$re un */$oo 0 o$ro" por lo #ue elegir el resul$ao correc$o epene e la carac$eri5aci-n correc$a e la realia al elegir un e$er*inao coeicien$e 0 el 8uen cri$erio el ingeniero al *o*en$o e elegir una *e$oolog.a

•

Es *u0 i*por$an$e seguir las reco*enaciones e los */$oos" pues las in+es$igaciones sie*pre reco*ienan un )*8i$o e aplicaci-n3 Por lo #ue es un error usar iniscri*inaa*en$e una *e$oolog.a e c)lculo" cuano e6cee*os las reco*enaciones ,ec,as por el au$or3

. BIBLIOGRAFIA •

MANUAL DE IDROLO:WA" IDR[ULICA  DRENAVE

•

:ru88s an ecJ cri$ical +alues" 2==


>>

HIDROLOGIA para FERROCARRILES

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