Delimitacion de Cuencas -Civil3d

| UNSCH – FIMGC – EFPIC

CARDENAS ALARCON, Max J.

WINDOWS

XP

COLOSSUS

EDITION 2

RELOADED

DELIMITACION DE

CUENCAS – CIVIL 3D

i

RESUMEN

En el presente trabajo se realiza el estudio de las características de una cuenca

utilizando el programa Autocad Civil 3D, para ello se deberá importar las

curvas de nivel y los ríos de las cartas nacionales, una vez importados estos

datos se procederá a generar la superficie para el estudio, con la superficie

determinada tendremos que ubicar un punto de estudio(punto de aforo), y con

los comando de civil 3D delimitaremos la cuenca para en punto asignado, de

esta manera obtendremos la cuenca de estudio.

Una vez determinada la cuenca, se procederá a obtener los parámetros de esta

cuenca, luego procederemos a calcular las demás características de la cuenca,

los demás procedimientos para terminar con los estudios de las características

de las cuencas se realizaran en hojas de cálculo, las cuales no se muestran en

este informe, por ser procesos sencillos.

ii

INDICE

1. INTRODUCCIÓN 1

2. GENERALIDADES 1

3. OBJETIVOS 2

4. MARCO TEORICO 2

4.1. AREA DE DRENAJE 2

4.2. FORMA DE LA CUENCA 2

4.2.1. INDIDE GRAVELIUS O COEFICIENTE DE COMPACIDAD 2

4.2.2. FACTOR DE FORMA 3

4.3. CARACTERISTICAS DE RELIEVE DE LA CUENCA 3

4.3.1. PENDIENTE MEDIA DE LA CUENCA 3

4.3.2. CURVA HIPSOMETRICA 3

4.3.3. ELEVACION MEDIA DE LA CUENCA 3

4.3.4. PENDIENTE DE LA CORRIENTE PRINCIPAL 4

4.3.4.1. MENDIENTE MEDIA 4

4.3.4.2. PENDIENTE MEDIA PONDERADA 4

4.3.4.3. PENDIENTE EQUIVALENTE CONSTANTE 4

5. CARACTERISTICAS GEOGRAFICAS DE LA CUENCA 5

5.1. UBICACIÓN DE LA CUENCA 5

5.2. UBICACIÓN POLITICA DE LA CUENCA 7

5.3. UBICACIÓN HIDROGRAFICA 7

5.4. UBICACIÓN DE LA CUENCA CON GOOGLE EARTH 7

5.5. UBICACIÓN GEOGRAFICA 7

iii

6. ANALISIS DE CUENCAS CON AUTOCAD CIVIL 3D 8

6.1. GENERACION E LA SUPERFICIE DE CURVAS DE NIVEL 8

6.2. DELIMITACION DE LA CUENCA 19

6.3. CALCULO DE LA CURVA HIPSOMETRICA CON CIVIL 3D 23

6.4. CALCULO DE LA PENDIENTE MEDIA CON CIVIL 3D 24

7. CONCLUCIONES 26

8. RECOMENDACIONES 26

9. BIBLIOGRAFIA 26

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA F.I.M.G.C E.F.P.I.C

INGENIERIA CIVIL HIDROLOGIA GENERAL

UNSCH-FIMGC-EFPIC - 1 -

1. INTRODUCCIÓN

El presente informe comienza con la delimitación de la cuenca hidrográfica así como la

determinación de sus parámetros físicos, estos pasos son el comienzo de un estudio

hidrológico en el lugar de aforo de nuestra cuenca elegida.

La delimitación de la cuenca hidrográfica elegida se basa en los criterios de los puntos

más altos de la cuenca y considerando las curvas de nivel del lugar elegido en una carta

nacional del país en donde se ubica la cuenca hidrográfica en estudio. Una vez

delimitada la cuenca se procede a calcular el área de la cuenca hidrográfica, mediante el

método o herramientas que se conozca, en este caso el área de la cuenca se calculo con

la ayuda del Software de Autocad Civil 3d 2012, con el valor obtenido del área de la

cuenca hidrográfica podemos clasificar nuestra cuenca según la magnitud del área.

Con los valores del perímetro y el área de la cuenca hidrográfica, procedemos a calcular

el Coeficiente de Compacidad del lugar de aforamiento, el cual nos dará un índice para

determinar el valor de la Susceptibilidad de la cuenca a las tormentas que se presenten

en la cuenca siendo el circular el más importante. También se calculara el Rectángulo

Equivalente el cual nos brindara una información preliminar de la pendiente de la

cuenca, eta pendiente será calculada posteriormente de manera más exacta con el

método de Horton. Con la determinación de la Densidad de Drenaje nos brindara un

índice para ver si la cuenca es pobremente drenada o drenada. Al calcular el factor de

forma nos indicara si en la cuenca se presenta un caudal pico o máximo para un

determinado tiempo corto.

El cálculo de las características físicas de la cuenca tiene gran importancia en el estudio

de las cuencas hidrográficas, estas características físicas se clasifican en dos grupos,

según el drenaje las cuales determinan el volumen de escurrimiento como el área y el

tipo de suelo de la cuenca, el otro tipo son las que determinan la velocidad de respuesta

como el orden de corriente, la pendiente, la sección transversal, otros.

Como vemos es muy importante la determinación de las características físicas de la

cuenca en el estudio de estos lugares, puesto que estas características nos brindan

información importante en la realización de los proyectos que estén relacionados con los

recursos hídricos de nuestra región en la cual se desarrolla el estudio, estos valores

obtenido de las características físicas de la cuenca serán fundamentales para los diseños

de la obras y estructuras hidráulicas que se desarrollaran en la cuenca hidrográfica.

2. GENERALIDADES

La delimitación de una cuenca se realiza ubicando el lugar de aforo del proyecto y luego

determinados los límites de la cuenca que le corresponden. Esta información se obtendrá

de las catas nacionales que se encuentran en formato Autocad Shape Source, es por esta

razón que se usa el programa de Autocad Civil 3d para poder convertir estos archivos

en superficies para poder realizar el análisis de la cuenca.

Una vez determinada la superficie de la cuenca se procederá a ubicar el punto de aforo

apoyándose en los ríos importados de la misma manera que la superficie, teniendo el




punto de aforro ubicado procedemos a delimitar la cuenca mediante los comandos del

programa usado, lo cual lo hará de manera automática, entonces conociendo la cuenca

delimitada podemos obtener sus parámetros característicos como el área y el perímetro.

Conociendo la cuenca a estudiar procedemos a obtener los valores característicos de la

cuenca como el tiempo de concentración, la pendiente media de la cuenca, la curva

hipsométrica entre otros.

3. OBJETIVOS

- Estudiar las características geográficas, geomorfológicas e hidrológicas de la cuenca.

- Clasificar la cuenca en función de su área y de sus características que presente,

determinando los diversos factores que determinen sus propiedades.

- Determinar las características geomorfológicas de la cuenca.

- Analizar los resultados obtenidos de los distintos valores calculados en la cuenca

hidrográfica, y obtener conclusiones razonables para la realización de proyectos en

esta cuenca.

4. MARCO TEORICO

4.1.EL ÁREA DE DRENAJE (A)

Es la superficie, en proyección horizontal, delimitada por la divisoria de aguas. La

divisoria de aguas es una línea imaginaria que pasa por los puntos de mayor nivel

topográfico y que separa la cuenca de estudio de otras cuencas vecinas.

Debe tenerse en cuenta que esta línea no es en general el contorno real de la cuenca,

ya que la influencia de la geología puede hacer que el contorno de aportación de

aguas subterráneas y sub-superficiales sea distinto del superficial.

4.2.FORMA DE LA CUENCA

Dos cuencas que tengan la misma área, podrán tener respuestas hidrológicas

completamente diferentes en función de su forma, ya que ésta condicionará el tiempo

de concentración. Los parámetros que miden la forma de la cuenca son el índice de

Gravelius o coeficiente de compacidad (Kc) y el factor de forma (Kf).

4.2.1 ÍNDICE DE GRAVELIUS O COEFICIENTE DE COMPACIDAD

Es la relación que existe entre el perímetro de la cuenca y el perímetro de una

circunferencia de área igual a la de la cuenca.




Siendo P el perímetro de la cuenca (Km) y A el área de la cuenca (Km2).

Cuanto más irregular sea la cuenca, mayor será su coeficiente de compacidad.

Una cuenca circular tendrá un coeficiente de compacidad mínimo, igual a 1.

4.2.2. FACTOR DE FORMA

Es la relación entre el ancho medio y la longitud del cauce principal de la

cuenca. El ancho medio se obtiene dividiendo el área de la cuenca por la

longitud del cauce principal.

Siendo B el ancho medio de la cuenca (Km), A el área de la cuenca (Km2) y L

la longitud de cauce principal de la cuenca (Km). Una cuenca con un factor de

forma bajo está menos sujeta a crecidas que una de la misma área y mayor

factor de forma.

4.3. CARACTERÍSTICAS DE RELIEVE DE LA CUENCA

4.3.1. PENDIENTE MEDIA DE UNA CUENCA

La pendiente media puede estimarse a través de la siguiente fórmula:

Donde LL es la longitud total de todas las curvas de nivel comprendidas dentro

de la cuenca (Km), D es la equidistancia entre curvas de nivel del mapa

topográfico (Km) A es el área de la cuenca (Km2).

4.3.2. CURVA HIPSOMÉTRICA

Es la representación gráfica del relieve de una cuenca. Es una curva que indica

el porcentaje de área de la cuenca o bien la superficie de la cuenca en Km2 que

existe por encima de una cota determinada. Puede hallarse con la información

extraída del histograma de frecuencias altimétricas. Una curva hipsométrica

puede darnos algunos datos sobre las características fisiográficas de la cuenca.

Por ejemplo, una curva hipsométrica con concavidad hacia arriba indica una

cuenca con valles extensos y cumbres escarpadas y lo contrario indicaría valles

profundos y sabanas planas.

4.3.3. ELEVACIÓN MEDIA DE LA CUENCA

Se define como:




Se debe tener en cuenta que la altitud y la elevación media de una hoya son,

también, importantes por la influencia que ejercen sobre la precipitación, sobre

las pérdidas de agua por evaporación y transpiración y, consecuentemente,

sobre el caudal medio.

4.3.4. PENDIENTE DE LA CORRIENTE PRINCIPAL

Se pueden definir varias pendientes del cauce principal, la pendiente media, la

pendiente media ponderada y la pendiente equivalente.

4.3.4.1.PENDIENTE MEDIA (SM)

Es la relación entre la altura total del cauce principal (cota máxima menos

cota mínima) y la longitud del mismo.

4.3.4.2.PENDIENTE MEDIA PONDERADA (SMP)

Es la pendiente de la hipotenusa de un triángulo cuyo vértice se encuentra en

el punto de salida de la cuenca y cuya área es igual a la comprendida por el

perfil longitudinal del río hasta la cota mínima del cauce principal.

4.3.4.3.PENDIENTE EQUIVALENTE CONSTANTE (SEQ)

Es la pendiente de un canal de sección transversal uniforme de la misma

longitud que el cauce principal y que posee la misma velocidad media o

tiempo de recorrido que el cauce principal. Como la velocidad del flujo en

régimen permanente es proporcional a la raíz cuadrada de la pendiente, Seq se

puede obtener ponderando los segmentos en el cual se divide el cauce de

acuerdo a la raíz cuadrada de sus pendientes. Así:

Donde L es la longitud del cauce principal (Km), li son las longitudes de los n

tramos del cauce principal considerados y Si son las pendientes de dichos

tramos. Despejando Seq:




5. CARACTERISTICAS Y DATOS GEOMETRICOS DE LA CUENCA

5.1. UBICACION DE LA CUENCA

La cuenca se encuentra ubicada en la cuenca N° 2408 perteneciente a la cuenca de

Mantaro en la gran cuenca de Ucayali.




Nuestra cuenca se encuentra ubicada en la zona 27n de Perú a 75°-13°.




5.2. UBICACIÓN POLITICA DE LA CUENCA

- DEPARTAMENTO : Huancavelica

- PROVINCIA : Huaytara

- DISTRITO : Querco

5.3. UBICACIÓN HIDROGRAFICA

- VERTIENTE : Pacífico

- CUENCA : Mantaro

5.4. UBICAION DE LA CUENCA CON GOOGLE EARTH

5.5. UBICACIÓN GEOGRAFICA

La presente cuenca se encuentra ubicada en el distrito de Querco, en la provincia de

Huaytara, en el departamento de Huancavelica, en el Perú.

Limita por el sur con el distrito de Santiago de Quirahuara, por el este con la Provincia

de Huanca Sancos- Ayacucho, en el norte con el distrito de Pilpichaca, y por el oeste con

el distrito de Laramarca y el distrito de Santiago de Chocorvos.




6. ANALISIS DE CUENCAS CON AUTOCAD CIVIL 3D 2012

El análisis de las cuencas se realizara mediante el programa Autocad Civil 3D, a

continuación explicaremos los pasos que se generan para realizar este análisis de la

cuenca en estudio.

6.1.GENERACION DE LA SUPERFICIE DE CURVAS DE NIVEL

La carta nacional en formato Autocad Shape Source, procedemos a importar al

programa mediante el comando Import Map. Previamente abrimos el programa y

elegimos el menú Planning And Analysis.

Luego hacemos click en Import Map

Elegimos la zona en este caso 27n y el archivo curvas.




Y luego generamos las siguientes modificaciones a las opciones mostradas. Hacemos

click en el cuadro de la izquierda de la celda Data y aparecerá el siguiente cuadro.

Hacemos click en Create Object Data y en la opción Select Fields, elegimos solamente

la propiedad de Curvas luego aceptamos. Y click en OK

Activamos la opción Import Polygons As Closed Polylines y hacemos click en OK




Enfocamos la pantalla de Autocad y vemos que las curvas de nivel fueron importadas,

pero estas lineas todavía no son una superficie, se puede decir que fueron importadas

como polilíneas y en 2D es decir no presentan altura.

Cambiamos el color de las capas y hacemos lo mismo para importar los ríos,

obteniendo la siguiente imagen.

Una vez importada la información necesaria procedemos a generar la superficie de

curvas de nivel a partir de estas líneas que fueron importadas. Guardamos el archivo




generado en el escritorio o en otro lugar definido por el usuario asignándole un

nombre, en este caso le daremos el nombre de Cuenca27n.

Luego cerramos el programa, y abrimos un nuevo archivo con New. Activamos el

panel Task Pane, ubicado en el menú View.

Y nos ubicamos en el opción Map Explorer.




En Drawings Hacemos clikc derecho y luego hacemos click en Attach. Nos aparecerá

una ventana en la cual buscaremos la ubicación del archivo guardado anteriormente.

Entonces ubicamos el archivo de la siguiente manera, luego hacemos click en Browse.

Ubicamos la carpeta y hacemos click en OK.




Y le ponemos una descripción en este caso cuenca27n, luego hacemos click en Add y

en Close.

Ubicamos este archivo de la siguiente manera. Hacemos click en el archivo cuenca27n,

luego hacemos click en Add y finalmente click en Ok.

Luego para ver la importación de estos datos hacemos click derecho en Drawing y

click en Quick View.




Hacemos un enfoque a la pantalla y veremos la importación.

Ahora recién procederemos a generar la elevación de estas curvas. Para ello hacemos

click derecho en Current Query y click en Define, nos aparecerá un cuadro y haremos

click en Location.

En el cuadro que se presenta hacemos click en OK.




Luego activamos la opción Draw y hacemos click en Alter Properties. En el cuadro que

se presenta activamos la opción Elevation y hacemos click en Exxpression.

Buscamos la propiedad Z en Object Data – Curvas, y hacemos click en OK

Luego click en OK y finalmente hacemos click en Execute Query.




En la línea de comandos nos informa la cantidad de elementos que fueron modificados

en la operación.

Luego guardamos el archivo como Curvas cuencas27n.

Podemos ver que las líneas de nivel fueron generadas con la ayuda del comando Orbit.




Ahora generaremos una superficie en civil 3d a partir de estas curvas de nivel, para ello

activamos el Workspace de Civil 3d.

Una vez en el entorno de trabajo de Civil 3d creamos una superficie.

Vamos al menú Modify y hacemos click en Surface.

Y en Add Data hacemos click en Countours




Hacemos click en Ok y seleccionamos las líneas de las cuervas.

Y de este modo ya tenemos generado la superficie.

A partir de esto empezaremos el análisis de la cuenca a partir de un punto de aforo

definido por el usuario, pero antes modificaremos las curvas de nivel para que muestre

las curvas principales cada 100 metros y las secundarias cada 20 metros.




6.2.DELIMITACION DE LA CUENCA

Luego activamos la capa de los ríos y ubicamos el punto de aforro del estudio de la

cuenca.

Ubicamos el punto de aforo.

En el Toolspace hacemos click derecho sobre Catchments y hacemos click en Create

Catchment Group. En la ventana que nos muestra si se desea le damos una descripción

en este caso cuenca 27n, luego hacemos click en Aceptar.




Expandimos la pestana de Catchments y hacemos click derecho sobre cuenca 27n y

click en Create Catchment From Surface.

Nos pide que ubiquemos el punto aforo, en este caso haremos click en el centro del circulo.




Nos aparecerá el siguiente cuadro, en el cual podemos modificar las opciones del

cálculo del tiempo de concentración, Civil 3d realiza el cálculo de este valor con el

método de TR-55, para este caso no modificaremos este valor, también de debe de

colocar el valor de la escorrentía superficial en este caso de 0.5, u luego ahcemos click

en OK.

Vemos que el programa delimita la cuenca automáticamente, y la encierra por una

polilínea de color purpura y también nos muestra la longitud principal de cauce

utilizada para el cálculo del tiempo de concentración.




También nos muestra las propiedades del cauce principal.

O también podemos ver haciendo click derecho en Flow Path,l nos aparecerá el

siguiente cuadro con las propiedades del cauce principal.

De la misma manera podemos ver las propiedades de la cuenca o con el comando LI




6.3.CALCULO DE LA CURVA HIPSOMETRICA CON CIVIL 3D

Para esto debemos de cortar la superficie de acuerdo a la delimitación de la cuenca,

para ellos seleccionamos la superficie y hacemos click en Add Data y click en

Boundares seleccionamos la delimitación de la cuenca y hacemos enter.

Y la superficie fue reducida a la cuenca.

Ahora seleccionamos la superficie cortada y entramos al menú de propiedades y nos

ubicamos en la pestaña Analisys, y modificamos los siguientes casilleros y aceptamos.

.




Para insertar el cuadro en el dibujo hacemos click en la superficie y en Add Legend, y

escogemos la opción Contours, y hacemos click en cualquier lugar del dibujo.

A partir de estos datos podemos realizar los cálculos para la grafica de la curva

hipsométrica.

6.4.CALCULO DE LA PENDIENTE MEDIA CON CIVL 3D

Seleccionamos la superficie recortada anteriormente y entramos al editor de

propiedades y nos ubicamos en la pestaña Analisys, realizamos las siguientes

modificaciones y hacemos click en Aceptar.




Veremos la siguiente imagen.

Generamos la tabla como se explico anteriormente y el resultado será.

Con esta información se puede calcular la pendiente media de la cuenca.




7. CONCLUCIONES

Con la ayuda del software AutoCad Civil 3D se pudo delimitar adecuadamente la

cuenca en estudio, haciendo uso de las cartas geográficas de dicha zona. Y con esta

información procesada se pudo realizar convenientemente el análisis geomorfológico

de esta cuenca de una manera rápida y sencilla.

Del mismo modo se pudo realizar convenientemente las características

geomorfológicas de la cuenca.

Luego de procesar cuidadosamente la cuenca, clasificamos la cuenca en función del

área y determinamos los parámetros físicos tales como son el coeficiente de

compacidad, rectángulo equivalente, pendiente de cuenca, factor deforma, curva

hipsométrica, etc.

Vemos que con la ayuda del Programa Civil 3D se puede realizar un adecuado

estudio de las características de la cuenca sin tener la necesidad de utilizar otro

software especializado para el estudio de cuencas hidrográficas. Siendo este programa

un herramienta indispensable para el ingeniero civil.

8. RECOMENDACIONES

Es necesario determinar los parámetros geomorfológicos de una cuenca por varios

métodos para poder comparar resultados y de esta manera evitar errores.

Es esencial conocer adecuadamente las características geomorfológicas de la cuenca,

como también saber el comportamiento climático, con los parámetros relativos para

poder realizar un adecuado análisis de estudio respecto a esta cuenca.

Tener el previo conocimiento de programas AUTOCAD CIVIL 3D y EXCEL para

facilitar los cálculos de parámetros de cuenca.

No por lo expuesto en el informe se debe de concluir que el programa Civil 3D es

la mejor herramienta para el análisis de cuencas, puesto que existen software

exclusivos para el análisis de cuencas.

9. BIBLIOGRAFIA

[1] WENDOR CHEREQUE MORAN. HIDROLOGIA para estudiantes de

Ingeniería Civil. Pontificia Universidad Católica Del Perú.

[2] VEN TE CHOW. Hidrología Aplicada. MacGraw Hill.

[3] GERMAN MONSALVE SAENZ. Hidrología En La Ingeniería. Escuela

Colombia de Ingeniería.

[4] MAXIMO VILLON BEJAR. Hidrología.

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