Trabajo Final Hidrología 2021 SEMESTRE PASADO PDF

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UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADASFACULTAD DE INGENIERÍATRABAJO FINAL“PROYECTO SIVINCANE”GRUPO: 01INTEGRANTES:• ALVA PONCE, PHIERO FRANCIS U• BERAUN RAMON, HARRISON NOE U• PORRAS QUISPE, BRAYAAN OLGER U• LIMPI MATOS, JORGE JHOSEP U• JESUS YACHE, GERSON ALEX U20171A• BOMBILLA PEÑALVA, LUIS ALB...

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HIDROLOGÍA

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UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS FACULTAD DE INGENIERÍA TRABAJO FINAL “PROYECTO SIVINCANE” GRUPO: 01 INTEGRANTES: • • • • • •

ALVA PONCE, PHIERO FRANCIS BERAUN RAMON, HARRISON NOE PORRAS QUISPE, BRAYAAN OLGER LIMPI MATOS, JORGE JHOSEP JESUS YACHE, GERSON ALEX BOMBILLA PEÑALVA, LUIS ALBERTO

U201724140 U201316864 U201524113 U201723882 U20171A823 U201723866

DOCENTE: •

COLLAS CHAVEZ, MANUEL ELIAS

ASIGNATURA: •

HIDROLOGÍA

SECCIÓN: •

CX83

AÑO: "AÑO DEL BICENTENARIO DEL PERÚ: 200 AÑOS DE INDEPENDENCIA" 2021-01

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INDICE GENERAL 1.1. Introducción.......................................................................................................................... 6 1.2. Antecedentes......................................................................................................................... 8 1.3. Importancia ........................................................................................................................... 9 1.4. Metodología Empleada......................................................................................................... 9 2.1. Objetivo general ................................................................................................................. 10 2.2. Objetivo específico ............................................................................................................. 10 3.1. Área .................................................................................................................................... 11 3.2. Perímetro de la Cuenca....................................................................................................... 12 3.3. Longitud del río .................................................................................................................. 12 3.4. Coeficiente de capacidad o Índice de Gravelius (Kc) ........................................................13 3.5. Coeficiente de torrencialidad:............................................................................................. 14 3.6. Coeficiente de masividad: .................................................................................................. 14 3.7. Curva hipsométrica:............................................................................................................ 15 4.1. Ubicación Geográfica ......................................................................................................... 16 4.2. Geomorfológico.................................................................................................................. 21 4.3. Climatología ....................................................................................................................... 36 4.4. Precipitación ....................................................................................................................... 40 4.5. Evapotranspiración ............................................................................................................. 49 4.5.1. Análisis de Demanda ................................................................................................... 49 4.5.2. Cédulas de Cultivo ...................................................................................................... 49 4.5.3. Cálculo de evapotranspiración potencial por estación ................................................ 50 4.6. Infiltración .......................................................................................................................... 67 4.6.1. Método SCS para abstracciones .................................................................................. 67 2

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4.6.2. Cálculo de la infiltración ............................................................................................. 67 4.7. Escorrentía .......................................................................................................................... 73 4.8. Balance hídrico ................................................................................................................... 74 4.8.1. Demanda de la situación actual ................................................................................... 75 4.8.2. Balance con disponibilidad media – situación actual.................................................. 75 4.9. Embalses ............................................................................................................................. 76 4.10. Descargas máximas ......................................................................................................... 78 4.11. Tránsito de máximas avenidas ......................................................................................... 85 1.

Bibliografía ……………………………………………………………………………….104

2.

Anexos…………………………………………………………………………………… 106

INDICE DE FIGURAS Figura N° 1. Mapa de las cuencas hidrográficas del Perú, por el Ministerio de Energía y Mina (MINEM). ........................................................................................................................................7 Figura N° 2. Diagrama de flujo del estudio hidrológico, por Ven Te Chow ................................... 9 Figura N° 3. Ancho y la longitud de la cuenca. Adaptado de "Hidrología-segunda edición", por Villon,2002..................................................................................................................................... 12 Figura N° 4. Forma de cuencas según valores del coeficiente de compacidad .............................. 14 Figura N° 5. Curva hipsométrica.................................................................................................... 15 Figura N° 6. Ubicación de la Zona de Estudio ............................................................................... 17 Figura N° 7. Delimitación de la Cuenca......................................................................................... 18 Figura N° 8. Área de Subcuenca .................................................................................................... 19 Figura N° 9. Perímetro de la Subcuenca ........................................................................................ 20 Figura N° 10. Cálculo de las áreas parciales .................................................................................. 22 Figura N° 11. Cuenca con áreas parciales ...................................................................................... 23 Figura N° 12. Curva Hipsométrica de la subcuenca Sivincane...................................................... 24 Figura N° 13.Polígono de Frecuencias de Áreas Parciales ............................................................ 26

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Figura N° 14. Polígono de frecuencias de áreas parciales .............................................................27 Figura N° 15. Valores de Índice de Compacidad ........................................................................... 28 Figura N° 16. Rectángulo Equivalente ........................................................................................... 30 Figura N° 17. Perfil longitudinal del río principal ......................................................................... 33 Figura N° 18 . Estación Tarata (Elaboración Propia) ..................................................................... 44 Figura N°19 . Estación Sama Grande (Elaboración Propia) .......................................................... 45 Figura N° 20. Análisis Doble Masa (Elaboración Propia) ............................................................. 47 Figura N° 21.Análisis de Consistencia (Elaboración Propia) ........................................................ 47 Figura N° 22.Datos hidrometeorológicos (SENAMHI) ................................................................. 51 Figura N° 23. Definición del grupo por tipo de suelo .................................................................... 69 Figura N° 24. Estimación del valor de CN ..................................................................................... 69 Figura N° 25. Estimación del valor de Pc ...................................................................................... 70 Figura N° 26. Curva de Descargas Máximas, Mínimas Y Mensuales (Elaboración Propia)......... 78 Figura N° 27. Caudales máximos instantáneos (m3/s)................................................................... 80 Figura N° 28. Ajuste de una serie de datos a la distribución Normal (HidroEsta) ........................81 Figura N° 29. Ajuste de una serie de datos a la distribución log-Normal de 2 parámetros (HidroEsta) ........................................................................................................................................................ 81 Figura N° 30. Ajuste de una serie de datos a la distribución log-Normal de 3 parámetros (HidroEsta) ........................................................................................................................................................ 82 Figura N° 31. Ajuste de una serie de datos a la distribución de Gamma de 2 parámetros (HidroEsta) ........................................................................................................................................................ 83 Figura N° 32. Ajuste de una serie de datos a la distribución de Gamma de 3 parámetros (HidroEsta) ........................................................................................................................................................ 83 Figura N° 33. Ajuste de una serie de datos a la distribución Gumbel (HidroEsta) ........................84 Figura N° 34.Ajuste de una serie de datos a la distribución log-Gumbel o distribución de Fréchet (HidroEsta) ..................................................................................................................................... 84 Figura N° 35. Caudal para TR 5 (Hidroesta).................................................................................. 86

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INDICE DE TABLAS Tabla 1. Tamaño de cuenca en base al área ................................................................................... 11 Tabla 2. Rangos de Longitud y Clases de longitudes del cauce ..................................................... 12 Tabla 3. valores del coeficiente de compacidad y formas típicas .................................................. 13 Tabla 4. Descripción y tamaño de la cuenca .................................................................................. 19 Tabla 5. Áreas parciales y acumuladas en ArcGis ......................................................................... 21 Tabla 6. Resúmen de áreas Parciales .............................................................................................. 24 Tabla 7. Índice de Pendientes ......................................................................................................... 32 Tabla 8. Identificación de las dos estaciones ................................................................................. 41 Tabla 9. Precipitación total anual ................................................................................................... 42 Tabla 10. Análisis de Consistencia (Elaboración Propia) .............................................................. 46 Tabla 11. Datos de Kc de los principales cultivos ......................................................................... 50 Tabla 12. Estación Tarata (Elaboración Propia) ............................................................................ 51 Tabla 13. Datos climatológicos de la estación Tarata (Elaboración Propia).................................. 52 Tabla 14. Estación Sama Grande (Elaboración Propia) ................................................................. 53 Tabla 15. Datos climatológicos de la estación Sama Grande (Elaboración Propia) ...................... 54 Tabla 16. Demanda de agua de riego para Cultivo - Zapallo (Elaboración Propia) ...................... 56 Tabla 17. Demanda de agua de riego para Cultivo - Maíz Chala. (Elaboración Propia) ............... 57 Tabla 18. Demanda de agua de riego para Cultivo - Papa. (Elaboración Propia) .......................... 58 Tabla 19. Demanda de agua de riego para Cultivo – Tomate. (Elaboración Propia) ..................... 59 Tabla 20. Demanda de agua de riego para Cultivo - Zapallo (Elaboración Propia) ...................... 61 Tabla 21. Demanda de agua de riego para Cultivo - Maíz Chala. (Elaboración Propia) ............... 62 Tabla 22. Demanda de agua de riego para Cultivo - Papa. (Elaboración Propia) .......................... 63 Tabla 23.Demanda de agua de riego para Cultivo – Tomate. (Elaboración Propia) ...................... 64 Tabla 24. Precipitación total mensual ............................................................................................ 73 Tabla 25. Cálculo del coeficiente de escorrentía. ........................................................................... 74 Tabla 26. Balance hídrico Sivincane tanta disponibilidad media actual vs demanda actual ......... 75 Tabla 27. Caudal y demanda del rio Sivincane (Fuente, Rippi)..................................................... 76 Tabla 28. Método RIPPEL para calcular el tamaño de la represa. ................................................. 77 Tabla 29. Descargas Máximas, Mínimas Y Mensuales (Elaboración Propia) ............................... 78 Tabla 30. Descargas Máximas Diarias e Instantáneas (Elaboración Propia) ................................. 79 Tabla 31. Resumen de resultados - Método de ajuste y Delta tabular (Elaboración Propia) ......... 85 Tabla 32. Duración en minutos por periodo de retorno y precipitación máxima en 24h. .............. 89 Tabla 33. Duración en minutos por periodo de retorno. ................................................................ 90 Tabla 34. Datos de entrada para realizar la simulación (Elaboración Propia) ............................... 93 Tabla 35. Datos para correr la simulación de tránsito de máximas avenidas en el software HEC HMS (Elaboración Propia) ............................................................................................................. 94 Tabla 36. Características de las Microcuencas (Elaboración Propia) ............................................ 94

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1. METODOLOGÍA 1.1.Introducción La hidrología es la ciencia geográfica encargada del estudio de la distribución espacial y temporal, las propiedades del agua presentes en la atmósfera y en la corteza terrestre. Esto comprende las precipitaciones, la humedad del suelo, la escorrentía, la evapotranspiración y el equilibrio de las masas glaciares. En el Perú las fuentes de agua superficial representan el elemento vital para un sistema de abastecimiento de uso poblacional, agrícola, pecuario, minero, energético y otros. Por lo tanto, definiremos la ubicación, cantidad, calidad, y distribución dentro de una cuenca hidrográfica. No obstante, varias zonas de Perú no cuentan con largos registros e información completa hidrometeorológica, lo cual no nos dejaría obtener con mayor certeza la cantidad y distribución del agua en la zona, haciendo que no podamos aprovechar o poder utilizar el agua. No obstante, mediante el estudio de la ingeniería y el curso de hidrología si podemos ver que la escasez de agua se puede producir debido a un mal uso de las cuencas hidrográficas. Es necesario saber el comportamiento de las cuencas para tener en cuenta si podría dar problemas como escasez de agua, inundaciones o cualquier otro efecto negativo para la población. En este contexto los modelos de simulación hidrográfica constituyen la alternativa de contar con información suficiente y confiable, para la elaboración de proyectos hidráulicos. Ello permitiría un mayor racionamiento de las políticas operacionales de corto, mediano y largo plazo de los recursos hídricos disponibles. Por esta razón, en el presente trabajo se realizará el estudio de la cuenca del Río Sivincane. Para su ejecución, primero se realizará la delimitación, así como la obtención de los parámetros geomorfológicos de dicha cuenca, ya que estos parámetros permitirán saber las características y su comportamiento. En segundo lugar, se realizará la recopilación y procesamiento de datos de caudales medios mensuales y de precipitaciones medias mensuales a través de datos registrados en las estaciones meteorológicas ubicadas en la cuenca. Por último, se procederá con la obtención de la precipitación máxima en 24 horas para distintos periodos de retorno, así como el caudal pico o

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también denominado caudal máximo. Así mismo, para realizar este trabajo se empleará como soporte diversos softwares tales como HEC-HMS, ArcMap 10.5, HidroEsta2, CROWPAT y otros.

Figura N° 1. Mapa de las cuencas hidrográficas del Perú, por el Ministerio de Energía y Mina (MINEM).

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1.2.Antecedentes Se han realizado varios trabajos en la cuenca del río Sivincane, los cuales han tratado temáticas como geología, geodinámica, hidrogeología, contaminación ambiental entre otras. Los más resaltantes han sido los realizados por el INGEMMET, la Dirección General de Asuntos Ambientales (DGAAM), del Ministerio de Energía y Minas (MINEM), y los reportes del Instituto Nacional de Defensa Civil (INDECI). En el Estudio geodinámico de la cuenca del río Sivincane efectuado por el INGEMMET en el año 1990, se evaluó a escala 1/100000 la recurrencia de movimientos en masa, erosión fluvial e inundaciones en la cuenca, y con ello se determinó cuatro zonas de riesgo: muy alto, alto, medio y bajo. El comportamiento hidrológico de la cuenca del río Sivincane ha sido motivo de varios estudios, entre los que se puede mencionar, por su importancia, cuya información y análisis se refiere a las características de los parámetros meteorológicos, caudales medios anuales y mensuales, y a la definición del balance hídrico superficial. En el Estudio de evaluación ambiental territorial y de planteamientos para reducción o eliminación de la contaminación de origen minero en la cuenca del rio Sivincane, elaborado por la DGAAM del MINEM en el año 1998, se evaluó la contaminación originada por la actividad minera histórica y presente en la cuenca, y se establecieron los lineamientos para un Programa de Adecuación Ambiental Minero. Asimismo, un INDECI de cada jurisdicción realiza frecuentemente inspecciones técnicas periódicas y presenta informes donde se emiten una serie de recomendaciones para evitar los riesgos asociados a los procesos que causan desastres en la cuenca. Como ejemplos de datos sobre desastres ocurridos por fenómenos naturales en la cuenca, reportados por INDECI, se pueden mencionar los procesos de erosión fluvial e inundaciones.

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1.3.Importancia Los estudios hidrológicos son elementales para: •

El diseño de obras hidráulicas, se emplean habitualmente modelos matemáticos que simbolizan el comportamiento de toda la cuenca en estudio.

•

El adecuado entendimiento del comportamiento hidrológico de un río, lago, o de un arroyo es esencial para poder determinar las áreas vulnerables a los sucesos hidrometeorológicos extremos; de igual manera para disponer un apropiado diseño de obras de infraestructura vial.

•

La determinación de los caudales de diseño para distintas obras de drenaje.

1.4.Metodología Empleada Con el propósito de desarrollar un correcto estudio hidrológico se expone un diagrama de flujo planteado por Ven Te Chow.

Figura N° 2. Diagrama de flujo del estudio hidrológico, por Ven Te Chow 9

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a) Información fundamental Consiste en la u...