FACULTAD DE INGENIERIAS Y CIENCIAS PURAS CARRERA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL CURSO : HIDROLOGIA
PRACTICA: TALLER DE CALCULO DE HIDROGRAMAS HIDROGRAMAS UNITARIOS
DOCENTE: ING. HURTADO CHAVEZ EDGAR VIDAL
INTEGRANTES:
CARBAJAL RAMOS VILMA RODRIGUEZ CUNO ANTHONY AEDO JALLO WALTER WALTER DANIEL CHIPANA OLIVA MAURA LUPACA MANSILLA LUIS BALTA OLIVERA KEVIN
SEMESTRE: V I
SECCION: B
PUNO – 2017
INDICE INTRODUCCION. .................................................................................................. 1 OBJETIVOS. .......................................................................................................... 4 OBJETIVO GENERAL. ....................................................................................... 4 OBJETIVOS ESPECÍFICOS. ............................................................................. 4 ALCANCE. ............................................................. Error! Bookmark not defined. MARCO TEORICO. ............................................................................................... 5 ANÁLISIS DE LOS PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE UNA TORMENTA.6 ANÁLISIS DE UN HIDROGRAMA. ........................................................................ 8 CONSTRUCCIÓN DEL HIDROGRAMA UNITARIO. ............................................. 8 CONCLUSIONES. ............................................................................................... 12 BIBLIOGRAFIA …………………………………………………………..…………… 1 8
INTRODUCCION Si se dispone información de la cuenca, en cuanto a la longitud del curso, pendiente y área, se pueden definir los parámetros que determinan la geometría del hidrograma. Así también si se dispone de esta geometría y el volumen de escorrentía directa para determinada precipitación se puede deducir el caudal, se requiere conocer los datos de escurrimiento en el lugar donde se localiza. Lo que provoca que los datos de gasto recabados antes de los cambios no sean útiles. Por otra parte, debido a que es más complicado obtener en campo datos para gastos de corriente que los de precipitación, se han propuesto procedimientos para determinar los escurrimientos de diseño, a partir de la precipitación que los origina. A este tipo de procedimientos se les conoce como modelos lluvia-escorrentía y para su estudio, se les puede clasificar, de acuerdo con la información que requiere para su aplicación, en modelos empíricos, modelos de simulación de escurrimiento de la cuenca y los hidrograma unitarios.
OBJETIVOS. OBJETIVO GENERAL.
Calcular del hidrograma correspondiente a un aguacero de lluvia neta de 138060m3 y la escorrentía que se va a generar en una precipitación determinada, para una región hidrográfica a partir de la información disponible en una cuenca.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
Calcular la lluvia eficaz, lluvia neta y tiempo de concentración de la precipitación ocurrida en el tiempo base, con los datos obtenidos en la tabla.
Determinar el hidrograma Unitario
apartir de los caudales directos
obtenidos en la tabla.
Conocer el comportamiento hidrológico del terreno de cualquier punto cuando recibe la precipitación y sus factores que lo determinan.
MARCO TEORICO. El método del hidrograma unitario es uno de los métodos utilizados en hidrología, para la determinación del caudal producido por una precipitación en una determinada cuenca hidrográfica. Si fuera posible que se produjeran dos lluvias idénticas sobre una cuenca hidrográfica cuyas condiciones antes de la precipitación también fueran idénticas, sería de esperarse que los hidrogramas correspondientes a las dos lluvias también fueran iguales. Esta es la base del concepto de hidrograma unitario. En la realidad es muy difícil que ocurran lluvias idénticas; esta pueden variar su duración; el volumen precipitado; su distribución espacial; su intensidad. Un hidrograma unitario es un hidrograma (Q = f (t)) resultante de un escurrimiento correspondiente a un volumen unitario (1 cm, mm, plg de lluvia por la cuenca) proveniente de una lluvia con una determinada duración y determinadas características de distribución en la cuenca hidrográfica. Se admite que los hidrogramas de otras lluvias de duración y distribución semejantes presentarán el mismo tiempo de base, y con ordenadas de caudales proporcionales al volumen de fluido. Se puede construir un hidrograma unitario a partir de los datos de precipitación y de caudales referentes a una lluvia de intensidad razonablemente uniforme y sin implicaciones resultantes de lluvias anteriores o posteriores. Sherman en 1932 presentó al hidrograma unitario como una herramienta para estimar la forma del hidrograma resultante de una precipitación.
Para igualar la descarga y el aporte de la lluvia, se necesita un tiempo infinito. En la realidad esto no ocurre, encontrando las ramas ascendente y descendente sus límites rápidamente. El concepto del hidrograma unitario se basa en considerar que el hidrograma de salida de una cuenca pequeña es la suma de los hidrogramas elementales de todas las subáreas de la cuenca, modificados por el viaje por la cuenca y el almacenamiento en los cauces.
ANÁLISIS DE LOS PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE UNA TORMENTA. 1. Duración de la lluvia: a) Duración corta y luego dividir en intervalos iguales a l a precipitación en exceso. b) para cada duración, con lo que habilita a infinito números de HU. En realidad pequeñas diferencias de duración tienen influencia muy leve, aceptándose una tolerancia de +- 25 % de la duración, por lo que se necesitan pocos HU para la cuenca. 2. Patrón de intensidad – tiempo: En la práctica los HU se deben basar en la suposición única de intensidad uniforme de la lluvia. 3. Distribución espacial de la lluvia: El hidrograma varía si la precipitación
4. Cantidad de escurrimiento: La suposición del HU lineal se basa en el principio de proporcionalidad, que establece que las ordenadas del hidrograma (caudales) son proporcionales al volumen de escorrentía (precipitación efectiva), para todas las tormentas de una duración dada y tiempo base iguales.
ANÁLISIS DE UN HIDROGRAMA. El escurrimiento total que pasa por un cauce, está compuesto de: Q = Qd + Qb donde: Q = escurrimiento o caudal total Qd = escurrimiento directo, producido por la precipitación Qb = flujo base, producido por aporte del agua subterránea
Escurrimiento base y directo
No todas las corrientes reciben aporte de agua subterránea, ni todas, las precipitaciones provocan escurrimiento directo. Las características del escurrimiento directo y del flujo base, difieren tanto, que deben tratarse separadamente en los problemas que involucran períodos cortos de tiempo.
CONSTRUCCIÓN DEL HIDROGRAMA UNITARIO.
1. Obtener el volumen de escurrimiento directo ( Ve), del hidrograma de la tormenta, para lo cual, transformar los escurrimientos directos a volumen y acumularlo. 2. Obtener la altura de precipitación en exceso (hpe), dividiendo el volumen de escurrimiento directo, entre el área de la cuenca ( A ), es decir: hpe = Ve A
3. Obtener las ordenadas del hidrograma unitario, dividiendo las ordenadas del escurrimiento directo entre la altura de precipitación en exceso. EJEMPLO
Las ordenadas del HU (columna 5 ), se obtienen dividiendo las ordenadas del escurrimiento directo (columna 4) entre la altura de precipitación en exceso, expresada en milímetros, en este caso entre 30.
En la figura se muestra el hidrograma unitario, el cual se obtiene ploteando la columna (1) vs la columna (5 ) de la tabla (observar que la escala de sus ordenadas
es la que está a la izquierda). Ejemplo para guiarse
Caudal
Caudal base Tiempo
Caudal
directo
HU de 12 hr.
3
estimado
/s
m /s
m /s
estimado hr
observado 3
m /s
(1)
3
(2)
(5) = (4)/3 (3) (4 )= (2) - (3)
0
50
50
0
0
12
150
40
110
3.6
24
800
40
760
25.0
36
600
50
550
18.4
48
400
55
345
11.5
60
250
58
192
6.4
72
150
60
90
3.0
84
120
65
55
1.8
96
100
70
30
1.0
108
80
75
5
0.17 Total = 2137 m 3/s
HIDROGRAMAS UNITARIOS SINTÉTICOS.
precipitación. Sin embargo, la mayor parte de las cuencas, no cuentan con una estación hidrométrica o bien con los registros pluviográficos necesarios. Por ello, es conveniente contar con métodos con los que se puedan obtener hidrogramas unitarios usando únicamente datos de características generales de la cuenca. Los hidrogramas unitarios así obtenidos se denominan s intétic os . Debido a su importancia, se ha desarrollado una gran cantidad de hidrogramas unitarios sintéticos; a continuación se explicarán dos de ellos.
HIDROGRAMA UNITARIO TRIANGULAR. Mockus desarrolló un hidrograma unitario sintético de forma triangular, que lo usa el SCS (Soil Conservation Service), la cual a pesar de su simplicidad proporciona fundamentales
los del
parámetros hidrograma:
caudal punta ( Q p), tiempo base (t b) y el tiempo en que se produce la punta (t p).
La expresión del caudal punta Q p, se obtiene igualando: ƒ el volumen de agua escurrido:
V e = hpe × A
… (5.4)
Donde: V e = volumen de agua escurrido hpe = altura de precipitación en exceso, o precipitación efectiva
V e = t b × Q p
… (5.5)
2
Donde: V e = volumen de agua escurrido t b = tiempo base Q p = caudal punta
Hidrograma unitario sintético (forma triangular).
6. La figura , muestra el hidrograma triangular calculado.
PRACTICA
TALLER DE CALCULOS DE HIDROGRAMAS UNITARIOS En la cuenca Rio grande de 2500Ha, se ha producido una tormenta de 6 horas de duración, el pluviógrafo ubicado en el punto de descarga al rio Ilave, ha suministrado la siguiente información.
HORA
ALTURA ACUMULA (mm)
0
0
00:30
1.5
01:51
29
02:03
42
02:12
49.2
02:21
55.2
03:00
65.6
03:30
70.6
04:30
75.6
05:00
76.6
05:15
77.4
06:00
78
El hidrograma correspondiente, deducido el caudal de base es:
T(HORAS)
Q(M3/S)
0
0
1
7315
2
27930
3
26600
4
16891
5
9709
6
3857
7
0
La infiltración es de 40 mm/hora. Se pide: 1.- Calcular la lluvia eficaz, la lluvia y el tiempo de duración de la precipitación neta. 2.-Calcular el hidrograma unitario y el tiempo de concentración (usar: T base = T concentración + T lluvia).
3.-Halla el hidrograma correspondiente a un aguacero de lluvia neta de 138060m 3. SOLUCION :
acumula
T acumulado
hora
parcial
T parcial
0
0
0
0
0
0
00:30
1.5
30
1.5
30
3
00:45
2.5
15
4
45
10
01:30
9
45
13
90
12
01:39
3
9
16
99
20
01:45
5
6
21
105
50
01:51
8
29
111
80
02:03
13
6 12
42
123
65
02:12
7.2
9
49.2
132
48
02:21
6
9
55.2
141
40
03:00
10.4
39
65.6
180
16
03:30
5
30
70.6
210
10
04:30
5
60
75.6
270
5
05:00
1
30
76.6
300
2
05:15
0.8
15
77.4
315
3.2
06:00
0.6
45
78
360
0.8
HIETOGAMA O
90 80
U
70
U
M
L
A
D
P
50
EI
40
T
M
60
O
A
C
30
Intensidad
Graficando el hidrograma: T(HORAS)
Q(M3/S)
0
0
1
7315
2
27930
3
26600
4
16891
5
9709
6
3857
7
0
HIDROGRAMA
35000 30000
25000
S / 3 M( Q
20000
15000 0
1
2
3
4
5
6
7
Tiempo de duración del aguacero neto: 2h21´-1h45´=0h36´ 36´+1’= 37’
1.-lluvia eficaz: 5+8+13+7.2+6+1 = 40.2mm. 50mm/h = 6´ 40mm. Infiltración.
10mm.currimiento. 01:39
3
9
16
99
20
01:45
5
6
21
105
50
50-20=30
8
5-3=2
2 30
=
10
X=0.67≅ 1
La lluvia eficaz es :
. mm La lluvia neta es:
40.20 − 40 ∗
60
= 15.53mm
Area de la cuenca es de 2500Ha :
1Ha
)
= 2´5000,000m2
El volumen de la lluvia neta será:
Para hallar el hidrograma unitario bastará con dividir las ordenadas del hidrograma dado, por 15.53mm. Que es la altura de la lluvia neta. Por ejemplo.
hpe HU
Sabemos:
7315
15530
0.47m
3
/ s
T(HORAS)
Q(M3/S)
HU(Q(m3/s))
0
0
0
1
7315
0.47
2
27930
1.8
3
26600
1.71
4
16891
1.09
5
9709
0.63
6
3857
0.25
7
0
0
Tbase = Tconcentración + Tlluvia neta El tiempo de concentración será:
Tconcentración = Tbase − Tlluvia neta Tconcentración = 7h − 37min Tconcentración = 6h 23 min Calculando el hidrograma correspondiente a un aguacero de lluvia neta de 1380603 138060
= 0.0055224 ∗ 1000 = 5.5224 .
25000000
T(HORAS)
Q(M3/S)
HU(Q(m3/s))
0
0
0
0
1
7315
0.47
2.5944
2
27930
1.8
9.936
3
26600
1.71
9.4392
4
16891
1.09
6.0168
5
9709
0.63
3.4776
6
3857
0.25
1.38
7
0
0
0
*5.52mm.
CONCLUSIONES.
Los métodos de medición de caudal son de suma importancia en ingeniería civil especialmente en el área de estudios hidrológicos, para la realización de diseño de ingeniería como lo son obras hidráulicas, puentes y demás obras de paso.
En los hidrograma sintéticos y en la aplicación del Hidrograma Unitario debemos conocer la precipitación neta, la que produce escorrentía directa. Por tanto, previamente debemos separar qué parte de la precipitación total va a generar escorrentía directa.
El resto de la precipitación se ha infiltrado o una pequeña parte puede haber quedado retenida en depresiones superficiales. El cálculo de la P neta puede abordarse a partir del estudio de la infiltración: medidas, ecuaciones y modelos que reflejan la capacidad de infiltración y su evolución con el tiempo.
Lluvia eficaz es 40.2mm, es la precipitación efectiva durante el tiempo total transcurrido.
Lluvia neta es 15.53mm
El tiempo de concentración es 6h 23min
El hpe=5.52mm
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BIBLIOGRAFIA 1.- Allen Bateman-2007 Hidrologia Basica Y Aplicada 2.- Aparico Mijares Francisco J., Fundamentos De Hidrologia De Superfiecie
3.- Viessman, W. Y G. L. Lewis (2003).- Introduction To Hydrolog y. Pearson Education Inc., 5ª Ed., 612 Pp. 4.- Www.Google.Com
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