hisroenergia- namora

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA- HIDROENERGIA

Universidad Nacional de Cajamarca Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS GEOMORFOLÓGICOS DE UNA CUENCA CAUDAL DE LA CUENCA

ASIGNATURA :

Hidroenergia

DOCENTE

: ING. Jose Longa Alvarez

ALUMNOS

:

GRUPO

:

“A”

Cajamarca, Julio del 2014

INTRODUCCIÓN.

1

PAMETROS Y CAUDAL DE LA CUENCA DEL RIO NAMORA


Hoy en día es de mucha importancia el estudio estudio hidrológico de un sistema, pues aquí se obtiene los datos que se van a tomar en cuenta en el diseño, si este paso no se tomará en cuenta con plena seguridad que cualquier estructura hidráulica colapsaría y con ello traería pérdidas irreparables, el estudio hidrológico debe hacerse con mucha cautela ya que el más mínimo error podría variar considerablemente muchos parámetros con lo cual no obtendríamos los datos exactos para empezar a desarrollar cualquier proyecto.

En este tipo de proyectos es necesario conocer todo lo que está relacionado con la hidrología superficial, en donde veremos: la distribución, cuantificación y utilización de los recursos hídricos que están disponibles en el globo terrestre. Estos recursos se distribuyen en la atmósfera, la superficie terrestre y las capas del suelo. Es importante tener cocimiento de éstos datos ya que nuestro campo profesional es muy común encontrase con problemas relacionados al cauce de aguas, cabe resaltar que es una de las aplicaciones más importantes para el desarrollo socio económico de una población

I. JUSTIFICACIÓN. El desarrollo del siguiente trabajo tiene como finalidad delimitar la cuenca hidrográfica del rio Nmora, calcular los diferentes parámetros geomorfológicos de ésta cuenca, para que tener una idea del comportamiento, distribución y variabilidad, de las principales variables que conforman el ciclo hidrológico. Así como hallar el caudal de la cuenca.

II. OBJETIVOS Generales: 

Realizar la delimitación de un sistema hidrológico (cuenca del Rio Namora).



Calcular y analizar los parámetros geomorfológicos, de la cuenca asignada, aplicando los conocimientos adquiridos en clase.



Hallar el caudal de cuenca

especificos

2



hallar la intensidad para un tiempo de retorno de 25 anos



usar las curvas IDF de la estacion weber Baguer



hallar el tiempo de concentracion la intensidad correspondiente a Tr PAMETROS Y CAUDAL DE LA CUENCA DEL RIO NAMORA


usar el método racional



III. DEFINICIONES IMPORTANTES 1. CUENCA HIDROLOGICA Es el área de terreno donde todas las aguas caídas por precipitación, se unen para formar un solo curso. Cada curso de agua tiene una cuenca bien definida para cada punto de su recorrido 2. DELIMITACION DE UNA CUENCA La delimitación de una cuenca se hace sobre un plano a curvas de nivel siguiendo las líneas del DIVORTIUM ACUARIUM, que es una línea imaginaria, que divide a las cuencas adyacentes y distribuye el escurrimiento originado por la precipitación, en que cada sistema de corriente fluye hacia el punto de salida de la cuenca. El DIVORTIUM ACUARIUM está formado por los puntos de mayor nivel topográfico y cruza las corrientes en los puntos de salida llamado estación de aforo (punto emisor).

Ejemplo: Delimitación de una cuenca

3. CLASIFICACION DE UNA CUENCA La cuenca se puede clasificar de acuerdo a su tamaño: 

Cuenca Grande: es aquella cuenca en la que predomina las características fisiográficas de la misma, es decir su pendiente, elevación, área, cauce, etc. Se puede considerar que una cuenca es cuando su área es mayor de 250km2

3





Cuenca Pequeña: se considera cuenca pequeña, cuando su área varia de unas pocas hectáreas hasta 250km2; en esta cuenca sus características físicas como el tipo de suelo, vegetación son más importantes que las de cauce

4. CURVAS CARACTERISTICAS DE UNA CUENCA 

Curva Hipsométrica: Esta curva es una especie de perfil longitudinal promedio de la cuenca y tiene especial significación debido a que la altitud es un parámetro preponderante de la Hidrología Regional. Grafica las alturas en el eje de las ordenadas versus el área acumulada que queda por encima de la curva de nivel correspondiente en el eje de las abscisas.

GRAFICOS DE CUENCA GRANDE-CUENCA PEQUEÑA



Superficie de la Cuenca: Se refiere al área proyectada en un plano horizontal, es de forma muy irregular; y se obtiene después de delimitar la cuenca.



Cálculo del Área de la Cuenca: Debido a su forma muy irregular, el área de una cuenca se calcula con Planímetro, o por el Método de la Balanza Analítica. El primero consiste en utilizar un planímetro para recorrer el perímetro de la figura,

4



mediante lo cual, y a través de una conversión de unidades en la lectura del planímetro, obtendremos una muy buena aproximación del área de la cuenca. El segundo, consiste en recortar la cuenca previamente dibujada sobre una superficie de cartón; para comparar su peso con el de una figura conocida del mismo material; y por simple aplicación de la Regla de Tres, obtener el área deseada. Cabe resaltar sin embargo, que se puede realizar por el Método Computacional, que consiste en utilizar una aplicación de Autocad, mediante la cual, se obtendrá una mejor aproximación del Área de nuestra Cuenca.

DIBUJO DE LA POLILÍNEA QUE DEMARCARÁ EL CONTORNA DE LA PROYECCIÓN HORIZONTAL DE LA CUENCA CUYA ÁREA DESEAMOS CALCULAR.



Curva de Frecuencia de altitudes: Curva de Frecuencia de altitudes: Es el complemento de la curva hipsométrica, puesto que es la representación gráfica de la distribución de áreas ocupadas por las diferentes altitudes. Las áreas parciales, en porcentaje, se plotean en el eje de las abscisas versus las alturas en el eje de las ordenadas.

 

5

Altitud Media: Esta definida por la ordenada media H de la curva hipsométrica. PAMETROS Y CAUDAL DE LA CUENCA DEL RIO NAMORA




H



1

n

 H * A

A i 1

i

i

Donde:

̅

= altitud media (m.s.n.m)

Hi= altura correspondiente al área Ai. A= Área de la cuenca. N= número de áreas parciales de la cuenca.

5. SISTEMA HIDROLÓGICO Conjunto de procesos (físicos, químicos y/o biológicos) que actuando sobre una o más variables de entrada los transforman en una o más variables de salida. 6. PARÁMETROS GEOMORFOLÒGICOS 

AREA DE LA CUENCA (A) Representa el área de la Cuenca en proyección horizontal.



PERIMETRO DE LA CUENCA (P) Es la longitud de la curva cerrada correspondiente al Divortio Aquarium, se expresa generalmente en Km. y se determina mediante el curvímetro.



LONGITUD DEL CAUCE PRINCIPAL (L) La longitud del cauce principal es un parámetro asociado con la geometría y tiempo de concentración en consecuencia expresa de alguna manera el grado de intensidad de la escorrentía directa de la cuenca.



ANCHO PROMEDIO (B) Se obtiene dividiendo el área de la cuenca por la longitud del cauce principal.

  

Donde B : Ancho promedio.

A: Área de la cuenca. L: Longitud del cauce principal. 

COEFICIENTE DE GRAVELIUS ( Kc ) Llamado también coeficiente de compactación, mide el grado de circularidad de la cuenca y tiene gran influencia en el tiempo de equilibrio del área colectora, matemáticamente, se expresa como la relación entre el perímetro P de la cuenca y

6



el perímetro  D de un círculo equivalente de igual área A de la cuenca. Kc



P  D

P

 2

 0.2821 PA 1 / 2

 A

Donde: Kc : Coeficiente de Gravelius.

A: Área de la cuenca. P: Perímetro de la cuenca. 

RECTÁNGULO EQUIVALENTE Es el rectángulo que tiene la misma área y el mismo perímetro que la cuenca. Sus lados están definidos por:

1/ 2

a



Kc. A

1.12

1/ 2

b



Kc. A

1.12

 1.12  Kc  2  1     1  Kc  1.12    1.12  Kc  2  1     1 1 . 12 Kc      

Donde: a= Lado menor del rectángulo. b= Lado mayor del rectángulo. Kc= Coeficiente de Gravelius. A= Área de la cuenca.



PENDIENTE DE LA CUENCA (SG) Es un parámetro muy importante en el estudio de cuencas, pues influye entre otras cosas en el tiempo de concentración de las aguas en un determinado punto del cauce. Existen diversos criterios para la estimación de este parámetro.

7



Dada la necesidad de estimar áreas entre curvas de nivel y para facilidad de trabajo (función de la forma, tamaño y pendiente de la cuenca) es necesario contar con un número suficiente de curvas de nivel que expresen la variación altitudinal de la cuenca, tomándose entonces unas curvas representativas. Una manera de establecer estas curvas representativas es tomando la diferencia entre la cota máxima y mínima presentes en la cuenca y dividiéndola entre seis. El valor resultante tendrá que aproximarse a la equidistancia de las cotas del plano empleado. 

  

CRITERIO DE HORTON Consiste en trazar una malla de cuadrados sobre la proyección planimetría de la cuenca orientándola según la dirección de la corriente principal. Si se trata de una cuenca pequeña, la malla llevará al menos cuatro (4) cuadros por lado, pero si se trata de una superficie mayor, deberá aumentarse el número de cuadros por lado, ya que la precisión del cálculo depende de ello. Una vez construida la malla, en un esquema similar al que se muestra en la Fig. (2), se miden las longitudes de las líneas de la malla dentro de la cuenca y se cuentan las intersecciones y tangencias de cada línea con las curvas de nivel.

La pendiente de la cuenca en cada dirección de la malla se calcula así:

8





NÚMERO DE ORDEN DE UN CAUCE En el sistema de Horton (figura 3.3), los cauces de primer orden son aquellos que no poseen tributarios, los cauces de segundo orden tienen afluentes de primer orden, los cauces de tercer orden reciben influencia de cauces de segundo orden, pudiendo recibir directamente cauces de primer orden. Entonces, un canal de orden u puede recibir tributarios de orden u-1 hasta 1. Esto implica atribuir mayor orden al río principal, considerando esta designación en toda su longitud, desde la salida de la cuenca hasta sus nacientes. El sistema de Strahler (figura 3.3) para evitar la subjetividad de la designación en las nacientes determina que todos los cauces serán tributarios de aun cuando las nacientes sean ríos principales. El río en este sistema no mantiene el mismo orden en toda su extensión. El orden de una cuenca hidrográfica está dado por el número de orden del cauce principal. El número de orden es extremadamente sensitivo a la escala del mapa empleado. Así, una revisión cuidadosa de fotografías aéreas demuestra, generalmente, la existencia de un buen número de cauces de orden inferior mucho mayor al que aparecen en un mapa de 1:25 000.

Los mapas a esta escala, a su vez, muestran dos o tres órdenes de magnitud que los de 1:100000. Se puede encontrar inclusive, diferencias en la delineación de los ríos. De esta manera, cuando se va emplear este parámetro con propósitos comparativos es necesario definirlo cuidadosamente. En ciertos casos puede ser

9



preferible hacer ajustes de los estimativos iniciales mediante comprobaciones de terreno para algunos tributarios pequeños.



Graficar la Curva Hipsométrica de la cuenca y determinar el valor de la altitud media (m.s.n.m.), analítica y gráficamente Se define como curva hipsométrica a la representación gráfica del relieve medio de la cuenca, construida llevando en el eje de las abscisas, longitudes proporcionales a las superficies proyectadas en la cuenca, en km2 o en porcentaje, comprendidas entre curvas de nivel consecutivas hasta alcanzar la superficie total, llevando al eje de las ordenadas la cota de las curvas de nivel consideradas. La altura o elevación media tiene importancia principalmente en zonas montañosas donde influye en el escurrimiento y en otros elementos que también afectan el régimen hidrológico, como el tipo de precipitación, la temperatura, etc. Para obtener la elevación media se aplica un método basado en la siguiente fórmula:

10





PENDIENTE DEL CURSO PRINCIPAL Pendiente del curso principal: El conocimiento de éste parámetro es también de suma importancia en el estudio del comportamiento del recurso hídrico con diversos fines, tales como: ubicación de obras de toma, evaluación y optimización del potencial hidroenergético, etc. En general, la pendiente del cauce principal varía a lo largo de toda su longitud, siendo necesario usar un método adecuado para estimar una pendiente representativa. El concepto generalizado de que la pendiente es el cociente dado por la diferencia de altura entre la longitud del cauce principal es muy inexacto e impreciso…Para calcular la pendiente equivalente calculada mediante diversas

expresiones. Algunas de estas expresiones son:

  n   Li    i 1 S  1/ 2   n 2 Li         i 1  Si    

2

S i 

P i  P i 1

Donde: Scp= Pendiente del cauce principal Li = Longitud de cada tramo del cauce principal Si = Pend. de cada tramo del cauce dividido Pi = Cota del tramo mayor

11


l i


IV. DATOS GENERALES 1. UBICACIÓN. 

UBICACIÓN POLÍTICA DE LA CUENCA:. Distrito

: Namora.

Provincia

: Cajamarca.

Departamento

: Cajamarca.



MAPAS DE UBICACIÓN :

UBICACIÓN DEL PERU EN AMERICA DEL SUR

12



UBICACION DE CAJAMARCA EN EL PERU

MAPA DEL DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA

13



RADIO HIDROLÓGICO.



Sub-cuenca

:

Rio Namora

Cuenca

:

Río crisnejas

Sistema del

:

Atlántico.

V. METODOLOGÍA Y PROCEDIMENTO Metodología y procedimiento.-Para realizar el presente trabajo, se utilizó metodología teórica. Mediante la revisión literaria en diversos libros relacionados con el tema. Para el cálculo de los parámetros geomorfológicos como Área, perímetro, longitud del cauce principal y longitud al centroide se lo realizo en Auto CAD. VI. MATERIAL DE TRABAJO Para la realización de este trabajo domiciliario se usaron los siguientes materiales. -La carta nacional digitalizada - Material bibliográfico, útiles de escritorio, etc. VII. DESARROLLO DEL TEMA 

PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS CALCULADOS: 1.

Area De La Cuenca: (A) A=249.13 Km2

2.

Perímetro De La Cuenca: (P) P=82.12 Km

3.

Coeficiente De Compasidad: (Kc) Kc = 1.47 La cuenca no es muy alargada ni muy circular, esto conlleva a una probabilidad muy moderada de la cuenca a ser cubierta en su totalidad por una tormenta.

4.

RECTANGULO EQUIVALENTE: 1

a

KcA 2



1.12 1

b

14



KcA 2 1.12

 1.12  Kc  2  1     1  Kc  1.12      1.12  Kc  2  1     1  Kc  1.12    

a= 7.30

Km

b= 34.13

Km



5.

PENDIENTE DE LA CUENCA: Sc=14.27% 5.1.

Método horton:

Pendiente Media Criterio de Horton- Cuenca Namora eje x eje y n eje intersecciones long n eje intersecciones 1 3 564.19 1 1 2 6 7248.45 2 4 3 7 10516.74 3 2 4 9 16512.65 4 5 5 11 16390.53 5 1 6 10 17943.86 6 3 7 11 20076.91 7 12 8 16 20409.29 8 7 9 9 19692.65 9 11 10 11 19161.44 10 16 11 11 16601.05 11 12 12 13 13627.62 12 19 13 10 12547.74 13 16 14 11 13233.21 14 13 15 12 13367.92 15 21 16 9 10772.94 16 11 17 10 9434.73 17 12 18 3 5264.67 18 5 19 6 5663.8 19 5 20 0 1893.41 20 4 Nx 178 250923.8 21 0 22 0 sx 0.14187574 Ny 180 Sy 0.14342403 D

200 m



15



  

D

cota max(m)





 

980

long 2930.61 5223.37 7331.62 6599.25 6262.31 8577.5 13142.19 16661.31 19051.32 19273.08 19055.56 18462.59 17921.87 15980.4 15448.44 15464 13782.5 10902.94 9529.81 5348.24 2684 1371.05 251003.96 cota min(m)

D


2050


s(media) 6.

0.14265001

14.265001 %

LONGITUD DEL CAUCE PRINCIPAL :(L) L

25823.77 m

7. PENDIENTE DEL CURSO PRINCIPAL: S 0.04143469 8. curva hipsométrica-altitud media Curva Hipsometrica intervalo

cota media

area(A)

A/At

% area acum.

2780

2800

2790

179275.28

0.07196035

0.07196035

2800

3000

2900

24918446.4

10.00216052

10.0741209

3000

3200

3100

64467091.7

25.87682188

35.9509428

3200

3400

3300

51506458.4

20.67447769

56.6254204

3400

3600

3500

41096653.7

16.49602549

73.1214459

3600

3800

3700

39166431.7

15.72124244

88.8426884

3800

3850

3825

27796281.7

11.15731162

100

249130639

100.00

suma

Curva Hipsometrica 3900 3750 3600 3450 3300 3150 3000 2850 2700

Curva Hipsometrica Poly. (Curva Hipsometrica)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

16





altitud media Calculo del caudal de la cuenca

3270 msnm

1. Calculo Del Tiempo De Concentraciòn Por Kirpich



3 .3

0.0195∗  



Donde Tc= tiempo de concentración min L= longitud de recorrido en m H- diferencia de puntos extremos del cauce principal m

tc

165.808 min



0.01947∗ ..  

Donde: Tc : Tiempo de concentración, en min. L : Máxima longitud del recorrido, en m. s : pendiente de la cuenca tc

102.86 min tc promedio

por el método racional



c i A

17

134.331443 min

3

0.278 ( ) 





Coeficiente escorrentia intensidad area


(mm/h) (km^2)


2. CURVAS IDF 300 250 ) h / m200 m ( d150 a d i s n100 e t n i

T (años) 5 10 25 50 100

50 0 0

60

120

180

240

300

360

420

480

duración (min)

coeficiente de escorrentia zona zonas no urbanizadas 3. CAUDAL A(area) c (coef. Escorrentia) i de curvas para Tr =25

c 0.1- 0.3 249.130639 Km^2 0.1 120 mm/h

831.10 m^3/seg

Q VIII. INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS PARAMETROS

RESULTADOS

Área

249.13 Km

Perímetro

2

COMENTARIOS Como el área se aproxima a 250 km2 podemos decir que se trata de una cuenca media. Definido esté perímetro por el divortium

82.12 Km.

aquarium. Distancia que existe entre el punto emisor y el

Longitud del Cauce Principal

extremo final del tramo.

25.82 Km.

Expresa la intensidad de la escorrentía directa de la cuenca.

a= 7.3 km Rectángulo Equivalente

y

Nos representan el área del rectángulo la que

b= 34.13 km

nos da una idea simplificada de la geometría real de la cuenca.

18



Indica que la cuenca tiende a ser de forma Coeficiente de gravelius

1.46

circular y que puede una lluvia cubrir toda la cuenca

Pendiente de la Cuenca

Sc=14.27%

Nos da a entender la topografía del terreno en estudio. Como la pendiente no es muy fuerte implica que

Pendiente del Cauce

4.1 %

Principal

no hay mucha erosión y se presenta más sedimentación en las partes bajas del curso. Implica que es una cuenca y me representa la

Número de Orden

4

densidad de la red, tiene una regular capacidad de drenaje.

Caudal de la cuenca

831 m^3/s

Indica la cantidad de agua que recorreriaa en e; punto emisor en un istante de lluvia

IX. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Después de haber realizado la revisión bibliográfica del tema, se logró determinar los parámetros geomorfológicos indicados de la cuenca, para lo cual se siguió las metodologías más adecuadas para el cálculo de cada uno de ellos. Se recomienda que para obtener datos representativos de los parámetros calculados se siga correctamente los pasos descritos en la bibliografía. Se recomienda trabajar en una carta digitalizada (Auto Cad) para evitar errores que se puedan presentar en el cálculo manual de datos, como son área, perímetro, longitud del cauce principal, etc. la zona no tiene una estación metereologica por lo que se tiene que usar los datos de la estación weberbaguer

X. BIBLOGRAFIA:   

19

Apuntes de clase, Ing. Luis Ortiz De Fransech. Ing. Oswaldo Ortiz Vera, Hidrología de Superficie. Hidrología, Máximo Villon Béjar.



Índice I. II. III. IV. V. VI. VII.

VIII. IX. X.

20

JUSTIFICACION OBJETIVOS DEFINICIONES IMPORTANTES DATOS GENERALES METODOLOGIA Y PROCEDIMIENTOS MATERIAL DE TRABAJO DESARROLLO DEL TEMA  Parámetros geomorfológicos 1. área 2. perímetro 3. coeficiente de compacidad 4. rectángulo equivalente 5. pendiente de la cuenca 6. longitud del cauce 7. pendiente del curso principal 8. curva hipsométrica-altitud media  Calculo del caudal de la cuenca 1.. calculo del tc de cuenca 2. curvas IDF 3..caudal INTERPRETACION DERESULTADOS CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFIA


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