informe de Isoyetas

UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA

HIDROLOGIA

ISOYETAS INTRODUCCION El sistema hidrológico de la cuenca del pacifico constituye la base para el desarrollo integral de los espacios geográficos donde se encuentren los recursos naturales que deben ser aprovechados racionalmente y entre estos el agua por que constituye el elemento prioritario que participa en todas las actividades del ser humano. En el afán de tecnificar y agilizar los estudios de drenaje se dio a la tarea de elaborar mapas de isoyetas, con el fin de complementar la información pluviográfica disponible, y de alguna forma subsanar las carencias que existen de dicha información. La información climatológica utilizada para el proceso se obtuvo a partir de la base de datos Hidrometerologicos-PET (otorgada por el docente a cargo del curso) que contiene información pluviométrica de las distintas estaciones ubicadas en Tacna. Esta base cuenta con registros 44 estaciones. Para este trabajo se emplearon datos de 41 estaciones pluviométricas distribuidas en Tacna. El número de estaciones utilizadas fue definido por los siguientes factores: a) Que sus coordenadas geográficas correspondieran a la realidad. b) La cercanía geográfica con otras estaciones con más años de registros. CAPITULO I: CONSIDERACIONES GENERALES Objetivos  Describir, evaluar, cuantificar y simular el comportamiento de la cuenca del Sama.  Realizar un mapa pluviométrico mensual a través del método de isoyetas.  Cuantificar la información necesaria respecto al comportamiento en el espacio y en el tiempo del recurso agua (precipitación) de la región de la cuenca del rió Sama.  Asimismo realizar la simulación hidrológica del sistema hidráulico incluido en dichas cuenca. Objetivos secundarios  Evaluación de las variables meteorológicas.  Determinar la relación directa que existe entre los parámetros fisiográficos, de latitud y longitud con la precipitación de una región especifica.  Evaluar la precipitación como elemento principal de entrada del balance hídrico  Evaluación del comportamiento de la precipitación en la cuenca y subcuencas.  Determinar la disponibilidad hídrica de la cuenca y de las sub-cuencas más importantes.

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL


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Dianostico de cuenca La cuenca del Río Sama, pertenece al sistema hidrográfico del Pacífico y tiene sus orígenes en las Lagunas Calere (Río Cano, 4 600 m.s.n.m.), Cotanvilque (Río Jaruma Chico, 4 680 m.s.n.m.), Laycacocha (Qda. Afluente Río Jaruma, 4700 m.s.n.m.) y Caparaja (Qda. Caparaja, 4 900 m.s.n.m.). Los nevados más importantes son: Achacollo (5 690 m.s.n.m.), Barroso (5 695 m.s.n.m.), Auquitaipe (5 453 m.s.n.m.). Sus cursos de agua son principalmente alimentados por las precipitaciones que caen en las partes altas del flanco occidental de la Cordillera de los Andes y, en menor incidencia, con el aporte de los deshielos de los nevados. La cuenca del Río Sama tiene un área de drenaje de 4 615,65 km2, desde sus nacientes hasta la desembocadura en el Océano Pacífico. La longitud máxima de su recorrido es 128,98 km aproximadamente, con una pendiente promedio de 2,7% en el tramo de la zona costera hasta la parte media, ésta pendiente llega a 13,7% en la zona alta.

Diagnóstico del recurso hídrico El diagnóstico del recurso hídrico en las cuenca de lo ríos Sama se presenta en la descripción de las principales fuentes de agua y de la infraestructura hidráulica en las presentes cuenca. Posteriormente se realizó las pruebas de consistencia de las series registradas y la generación de series hasta el año 2066. Las siguientes figuras muestran los caudales medios mensuales registrados y completados hasta el año 2009.



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Justificación Las diferentes actividades que se realizan en la cuenca del rió Sama y los diferentes usos que se da al recurso hídrico, hacen que este recurso no sea utilizado de manera racional, ocasionando su desperdicio y al mismo tiempo produciendo la escasez del mismo, así tenemos practicas inadecuadas de riego, que causan perdidas por infiltración, entre otros .Por ello la determinación de de la precipitación, parámetro principal y inicial del balance hídrico es muy importante para definir zonas de cultivo por secano y dar un correcto manejo las áreas que no cuenten con mucha precipitación homogénea anual. Importancia Sabiendo y basándonos en que el recurso hídrico es la principal fuente de vida del hombre y del cual hace un aprovechamiento para sus actividades productivas como agricultura, industria, y consumo poblacional, diremos que es de vital importancia determinar la precipitación a nivel anual y mensual además de conocer los de demás parámetros hídricos del rió de Sama, para definir las disponibilidad y los mejores usos que se pueden dar al recurso en la cuenca. CAPITULO II. BASES CONCEPTUALES Y TEÓRICAS 1) Bases conceptuales Caudal Es el volumen de agua en m3 que pasa por una sección de un rió en una unidad de tiempo dada. Es el volumen de agua que influye por una red de drenaje de un rió y que es medido en un punto de la región o cuenca a través de la estación hidrométrica. Clima El clima es el conjunto de valores promedio de las condiciones atmosféricas que caracterizan una región. Estos valores promedio se obtienen con la recopilación de la información meteorológica durante un periodo de tiempo suficientemente largo. Según se refiera al mundo, a una zona o región, o a una localidad concreta se habla de clima global, zonal, regional, clima local, o microclima respectivamente. Cuenca hidrográfica Es el área que drena hacia un punto situado en los límites de una región hidrográfica. Es el área de drenaje donde las aguas principales escurren a un colector común, rió o lago. Sistema que tiene una fuente de alimentación o entrada y una fuente de salida escurrimiento. Cuenca húmeda Es el área de la cuenca cuyas precipitaciones son capases de producir escorrentías.



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Demanda de agua Necesidad de agua de riego para los cultivos, bajo consideraciones que se tienen para acoplar esta demanda a los cultivos disponibles Isoyetas La isoyeta es una curva que une los puntos, en un plano cartográfico, que presentan la misma precipitación en la unidad de tiempo considerada. Lugar geométrico de los puntos de igual pluviosidad en un periodo determinado de tiempo. Se mide en milímetros de altura. 2) Base teórica 2.1.-Cuenca 2.1.1.- Definición Se entiende por cuenca hidrográfica la porción de territorio drenada por un único sistema de drenaje natural. Una cuenca hidrográfica se define por la sección del río al cual se hace referencia y es delimitada por la línea de las cumbres, también llamada «divisor de aguas» hidrológicos y, más recientemente, a partir de los años 1970, para la planificación racional del uso de los recursos naturales. 2.1.2.-Las principales características de una cuenca son: La curva cota superficie: Esta característica da una indicación del potencial hidroeléctrico de la cuenca. El coeficiente de forma: da indicaciones preliminares de la onda de avenida que es capaz de generar. El coeficiente de ramificación: también da indicaciones preliminares respecto al tipo de onda de avenida. 2.1.3.- Tipos de cuenca Existen tres tipos de cuencas: Exorreicas: Drenan sus aguas al mar o al océano. Un ejemplo es la cuenca del Plata, en Sudamérica. Endorreicas: Desembocan en lagos, lagunas o salares que no tienen comunicación salida fluvial al mar. Por ejemplo, la cuenca del río Desaguadero, en Bolivia. Arreicas: Las aguas se evaporan o se filtran en el terreno antes de encauzarse en una red de drenaje. Los arroyos, aguadas y cañadones de la meseta central patagónica pertenecen a este tipo, ya que no desaguan en ningún río u otro cuerpo hidrográfico de importancia.



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2.2.-PRECIPITACIÒN 2.2.1.- Definición Se entiende por precipitación todo aquello que cae del cielo a la superficie de la tierra, ya sea en forma de lluvia, granizo, agua nieve, nieve, etc. Este fenómeno se da por la condensación del vapor de agua con tal rapidez en la atmósfera, alcanzando tal peso que no puede seguir flotando como las nubes, la niebla o la neblina y se precipita de las diversas formas ya mencionadas. En algunas áreas como las tropicales, donde la temperatura es superior a 0 ºC, la lluvia se forma por un proceso llamado coalescencia. Las nubes están formadas por millones de gotitas de agua, que al chocar entre sí se unen, formando gotas más grandes. Gradualmente van aumentando de tamaño hasta que son demasiado pesadas para ser sostenidas por las corrientes de aire y caen como lluvia. 2.2.2.- Medición de la precipitación y sus unidades Se utiliza un instrumento llamado pluviómetro. Consta de tres secciones: una boca receptora, una sección de retención con capacidad para 390 mm de precipitación, y dentro de ella una parte colectora para trasvasar a una probeta el agua recogida para su medición. La precipitación ingresa por la boca y pasa a la sección colectora, luego de ser filtrada (para evitar que entren hojas o cualquier otro objeto). El pluviómetro debe estar instalado a una altura de 1.50 m y los edificios u otros obstáculos deben estar a por lo menos 4 veces su altura de distancia. Si la precipitación cae en forma de nieve, debe ser derretida. También puede medirse la altura de la capa de nieve con una regla (en centímetros). Otro instrumento es el llamado fluviógrafo: la precipitación cae a un recipiente que tiene un flotador unido a una pluma inscriptora que actúa sobre una faja de papel reticulado. Esta faja está colocada sobre un cilindro que se mueve a razón de una vuelta por día gracias a un sistema de relojería. El milímetro de precipitación es la caída de 1 litro de precipitación en un área de 1 metro cuadrado. 2.2.3.-Métodos para calcular la precipitación media de una cuenca Promedio aritmético Es el método más simple, en el que se asigna igual peso (1/G) a cada estación. Pueden incluirse estaciones fuera del dominio, cercanas al borde, si se estima que lo que miden es representativo. El método entrega un resultado satisfactorio si se tiene que el área de la cuenca se muestrea con varias estaciones uniformemente repartidas y su topografía es poco variable, de forma de minimizar la variación espacial por esta causa. Este método puede usarse para promedios sobre períodos más largos, en que sabemos que la variabilidad espacial será menor. Si se conocen las lluvias anuales en cada estación, el método puede refinarse ponderando cada estación por su aporte anual.



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∑ Donde:

= Precipitación media de la zona o cuenca = Precipitación de la estación = numero de estaciones dentro de la cuenca

Es el método mas sencillo, pero solo da buenos resultados cuando el numero de pluviómetros es grande. Polígonos de Thiessen (1911) Para este método, es necesario conocer la localización de las estaciones en la zona bajo estudio, ya que para su aplicación, se requiere delimitar la zona de influencia de cada estación, dentro del conjunto de estaciones. El método consiste en : 1.- Ubicar las estaciones, dentro y fuera de la cuenca. 2.- Unir las estaciones formando triángulos, procurando en lo posible que estos sean acutángulos (ángulos menores de 90°) 3.- Trazar las mediatrices de los lados de los triángulos formando polígonos. (Por geometría elemental, las mediatrices correspondientes a cada triangulo, convergen en un solo punto. En un triangulo acutángulo, el centro de mediatrices, esta ubicada dentro del triangulo, mientras que en un obtusángulo esta ubicada fuera del triangulo). 4.- Definir el area de influencia de cada estación, cada estación quedara rodeada por las líneas del polígono (en algunos casos, en parte por el parteaguas de la cuenca). El area encerrada por los polígonos de Thiessen y el parteaguas será el área de influencia de la estación correspondiente. 5.- Calcular el área de cada estación. 6.- Calcular la precipitación media, como el promedio pesado de las precipitaciones de cada estación, usando como peso el area de influencia correspondiente, es decir: ∑ Donde:

= Precipitación media = Área toral de la cuenca = Area de influencia parcial del polígono de Thiessen correspondiente a la estación. =Precipitación de la estación.



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Método de las isoyetas Este es uno de los métodos más precisos, pero es subjetivo y dependiente del criterio de algún hidrólogo que tenga buen conocimiento de las características de la lluvia en la región estudiada. Permite incorporar los mecanismos físicos que explican la variabilidad de la lluvia dentro de la cuenca. El método consiste en trazar líneas de igual precipitación llamadas isoyetas a partir de los datos puntuales reportados por las estaciones meteorológicas Al área entre dos isoyetas sucesivas, se le asigna el valor de precipitación promedio entre tales isoyetas. Conociendo el área encerrada entre pares sucesivos de isoyetas, obtenemos la precipitación regional. El método requiere hacer supuestos en "cimas" y "hoyos". ∑ Donde:

= Precipitación media = Área de la cuenca = Área Parcial entre Isoyetas = Precipitación promedio entre Isoyetas



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2.2.4.- Estaciones Pluviométricas de Apoyo Se considero para el estudio las estaciones pluviométricas cercanas como apoyo que se encuentran en su mayor parte en la cuenca alta de los ríos Locumba y Caplina. Los que han sido solo utilizados en el análisis de la información pluviométrica de la cuenca. 2.2.5.- Análisis de la información pluviométrica La información utilizada corresponde en su mayor parte a la red de estaciones hidrometeorológicas del SENAMHI, en el ministerio de energía y minas de las estaciones de electro Perú y otra parte corresponde a información recopilada de la ONERN del INRENA. CAPITULO III. METODOLOGIA Y PRODEDIMIENTO Esta estimación a sido analizada por el programa Arcgis considerando las siguientes etapas: Paso 1: Cargar capa de puntos de las estaciones Si la capa se quiere originar desde datos de una tabla de Excel: La tabla debe estar preparada con los datos requeridos, una columna identificadora y con dos columnas que permitan saber las coordenadas, están deben venir acorde al sistema de coordenadas requerido.

Ahora con el botón add data se adiciona la tabla de Excel señalando además la hoja respectiva. La tabla aparecerá en el listado de capas a la izquierda. Una vez allí se le hace clic derecho al nombre de la tabla, saldrá un menú entre el cual ingresamos a Display XY Data



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se le indica que campo corresponde a X (en este caso la longitud) y cual a Y (en este caso la latitud), si hay datos de altura se le indican en Z Field, luego con el botón EDIT se le selecciona en que sistema de coordenadas vienen estos datos (en este caso geographics coord. Syst – World WGS84) Saldrán entonces las estaciones como una capa puntual de nombre Hoja 1$ events que conviene exportar como shape haciéndole clic derecho –data - export data y dándole ubicación y nombre de salida:

La capa Hoja1$ Events ahora se puede quitar con clic derecho Remove.



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Paso 2: Interpolacion de superficie pluviométrica En esta dirección contamos con un conjunto de herramientas de interpolación, de acuerdo al Centro de Recursos de ArcGIS las conceptualiza de la siguiente manera:  IDW (Distancia Inversa ponderada), este método presupone que la variable que se representa cartográficamente disminuye su influencia a mayor distancia desde su ubicación de muestra (es el método más simple, es inversamente proporcional a la distancia).  Kriging, es un procedimiento geoestadístico avanzado que genera una superficie estimada a partir de un

 

conjunto de puntos dispersados con valores z, usar la herramienta Kriging en forma efectiva implica una investigación interactiva del comportamiento espacial del fenómeno representado por los valores z antes de seleccionar el mejor método de estimación para generar la superficie de salida (muy empleada en suelos y geología). Natural Neighbor, interpola una superficie de ráster a partir de puntos utilizando una técnica de vecinos naturales (útil cuando existen muchos puntos de entrada). Spline, utiliza un método de interpolación que estima valores usando una función matemática que minimiza la curvatura general de la superficie, lo que resulta en una superficie suave que pasa exactamente por los puntos de entrada (empleada cuando cuando las superficies varían suavemente)

Una vez definido el método de interpolación ( usamos Kriging, aunque Spline es recomendado en pluviometría, pero lo uso debido a la irregularidad de los datos, y, para definir mejor el comportamiento) abrir la herramienta Kriging.



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En Input point features seleccionar la capa de puntos (estaciones meteorológicas), en Z value fiel el campo de la tabla que contiene los datos de las isolíneas (precipitación, temperatura, presión, etc), enOutput surface raster selecionar el directorio, ahora es posible perzonalizar en las propiedades del raster. Como paso final se procede a crear las isolíneas, para ello vamos a utilizar la herramienta Contornos (la misma que se utiliza para crear curvas de nivel).

El intervalo de cada curva será de 20. Entonces nos queda asi.



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CAPITULO IV. RESULTADOS Comportamiento pluviométrico de la estación: En el Perú la precipitación constituye la principal fuente de entrada en el balance hídrico por lo que se hace necesario caracterizar pluviometricamente cada estación para observar su variación estacional en cada uno de los meses del año hidrológicos ya sea a nivel del año medio, húmedo y/o seco. Se observa tres periodos diferenciados en el comportamiento de la lluvia los meses d diciembre, enero, febrero, marzo y abril que representan 81.3% de la lluvia con un 14.2% del valor anual y un periodo de estiaje , que corresponde a los meses de mayo , junio , julio, agosto que representan al 4.5% restante de la lluvia anual. Precipitación por Promedio aritmetico

Precipitacion por Poligono de Thiessen Area de mm/año A*P influencia(km2) Jorge basadre 473.48 25.2 11931.696 Calana 64.43 39.9 2570.757 Palca 33.06 69.25 2289.405 toquepala 42.11 136.7 5756.437 Puquio 753.96 14 10555.44 Mirave 198.86 17.5 3480.05 Kovire Bofedal 110.55 361.7 39985.935 sama 656.94 36.6 24044.004 Lluta 35.79 39.1 1399.389 calientes 184.95 15.06 2785.347 Talabaya 417.93 181.41 75816.6813 Tarata 516.04 175.3 90461.812 Locumba 815 2.2 1793 Ilabaya 1.74 11.5 20.01 Ichiboyo 155.13 395 61276.35 Jarumas 79.19 98.4 7792.296 Curibaya 298.3 33.43 9972.169 Susapaya 123.38 198.7 24515.606 Sitajara 135.88 116.1 15775.668 Total 5096.72 392222.052 Precipitacion 76.95577789 Estacion

Por Thieseen la precipitación media es de 76.95 mm/año.



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Precipitacion por el método de las Isoyetas Isoyeta (mm) Area (km2) 20 20-40 40-60 60-80 80-100 100-120 120-140 140-160 160-180 180-200 200-220 220-240 240-260 260-280 280-300 300-320 320-340 340-360 360-380 380-400 400

905.81 408.44 265.59 253.34 203.26 240.09 149.86 105.25 84.45 87.26 80.5 85.74 83.22 82.36 92.94 108.35 52.31 23.73 24.46 38.56 14.21

PP media entre Isoyetas (mm) 20 30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 270 290 310 330 350 370 390 400 sumatoria

A*PP 18116.2 12253.2 13279.5 17733.8 18293.4 26409.9 19481.8 15787.5 14356.5 16579.4 16905 19720.2 20805 22237.2 26952.6 33588.5 17262.3 8305.5 9050.2 15038.4 5684 367840.1

Entonces la dividimos entre el area total de la cuenca:

= 72.17 mm/año

CAPITULO IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones  Es necesario conocer las variables que participan en el balance hídrico, esto permitirá conocer los déficit y excedentes que permitan establecer las recomendaciones necesarias en beneficio de los usuarios del agua.

 El método de las Isoyetas es el mas exacto para el calculo de la precipitación media de la cuenca, comparándolos con los métodos realizados en el estudio.  Se realizo la simulación de Estaciones ficticias para cada una de las subcuencas.  Se ubico las estaciones pluviométricas de la zona de estudio . Recomendaciones:  Si se requiere sólo una estimación burda, o bien hay limitaciones de tiempo y/o recursos, puede usarse cualquiera de los métodos de ponderación directa, o bien el método hipsométrico o el de las isoyetas. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que el promedio aritmético, Thiessen, y el método de los dos ejes no sirven para zonas con variaciones sistemáticas de la precipitación (generalmente debidas a la topografía), a menos que haya una alta densidad de estaciones, repartidas uniformemente.



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 En este caso, es mejor usar el método hipsométrico o algún otro método de ajuste de una superficie. Los estudios han concluido unánimemente que los métodos de interpolación óptima (krigging) entregan las mejores estimaciones de precipitación regional en una variedad de situaciones. Esto se debe a que son los únicos que se basan en la estructura de correlación espacial de la precipitación, mientras que todos los demás imponen una estructura espacial esencialmente arbitraria.

 Es necesario mencionar el uso del radar "doppler" para estimar la distribución espacial de tasas instantáneas de precipitación en las nubes. Las estimaciones son poco precisas, pero sirven para visualizar el alcance de la tormenta y las diferencias relativas entre puntos distintos.


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