Escorrentia - Upt[1]
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ESCORRENTIA
Parte 1
M. Sc. Ing. Manuel Collas Ch.
Tacna, Diciembre 2011
UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA
FACULTAD DE INGENIERÍA
Escuela Profesional de Ingeniería Civil
CONTENIDO
1. EL SENAMHI Y LA INFORMACION HIDROLOGICA EN EL
PERU
2. ESTACIONES DE OBSERVACION HIDROLOGICA
3. PROCESAMIENTO Y ANALISIS DE LOS DATOS
HIDROMETRICOS
4. ANALISIS DE MAXIMAS AVENIDAS
4.1 METODOS ESTADISTICOS. APLICATIVOS
4.2 METODOS HIDROMETEOROLOGICOS. APLICATIVOS
1. EL SENAMHI Y LA INFORMACION HIDROLOGICA EN EL
PERU
Administra y opera la red hidrometeorológica nacional constituida
por estaciones hidrometeorológicas convencionales y
automáticas.
La red hidrológica nacional está constituida por estaciones
limnimétricas y limnigráficas. Desde el año 2000 se cuenta con 17
estaciones automáticas instaladas en los principales ríos del
pacífico, titicaca y el atlántico.
Al 2007 se contaba con 142 estaciones hidrológicas operativas 77
limnigráficas y 65 estaciones limnimétricas.
H.A.
HLG
HLM
RED HIDROLOGICA
NACIONAL AL 2007
San Mateo - Rímac
Pte. Ramis – Ramis
(Puno)
Pte. Cunyac - Apurímac
Está equipada de reglas
graduadas al centímetro. En las
estaciones limnimétricas se
toman lecturas de regla 4 veces
al día 6, 10 , 14 y 18 horas. El
caudal promedio diario
corresponde al promedio de las
4 lecturas del día.
2. ESTACIONES DE OBSERVACION HIDROLOGICA
2.1 ESTACION LIMNIMETRICA
Estación HLM Palomar
Río Santa Eulalia
En las estaciones
limnigráficas se tienen
registros horarios de los
niveles de agua.
El equipo totalizador de los
niveles se llama limnígrafo el
cual va protegido dentro de
un tubo de fierro.
Los aforos se realizan desde
el carro huaro.
2.2 ESTACION LIMNIGRAFICA
Aforo por suspensión
Aforo por vadeo
Aforo con correntómetro
ESTACIÓN : TAMISHIYACU RIO AMAZONAS
CAUDALES MEDIOS DIARIOS
108
5108
10108
15108
20108
25108
30108
35108
40108
Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago
AÑO HIDROLÓGICO
Ca
ud
al
(m3
/s)
2005-06
NORMAL
2006-07
CAMPAÑAS DE AFORO EN LA CUENCA AMAZONICA
3. PROCESAMIENTO Y ANALISIS DE DATOS HIDROMETRICOS
SOFTWARE HIDROACCES
Planilla de AforoMòdulos de trabajo
de Hidracces
Velocidad en la sección Sección transversal del río
Curva de calibración de
caudales
H
Q
SOFTWARE HIDROACCES
4.1 ANALISIS DE MAXIMAS AVENIDAS
ANALISIS DE MAXIMAS AVENIDAS
La finalidad de un estudio de crecidas es conocer la relación entre
los caudales máximos y su probabilidad de ocurrencia. (Ley de
frecuencia de caudales)
METODOS DE CALCULO
A) METODOS ESTADISTICOS
Emplean los datos de caudal medidos en las estaciones de aforo :
Caudales máximos instantáneos y caudales máximos diarios.
Realizan la estimación de la ley de frecuencia de caudales máximos
a través del análisis estadístico de los datos.
B) HIDROMETEOROLOGICOS (DETERMINISTICOS)
• Simulan el proceso lluvia escorrentia mediante modelos
hidrológicos de mayor o menor capacidad.
• Requieren datos pluviométicos : Precipitaciones máximas.
Modelo probabilístico Modelo lluvia-escorrentia
TIPOS DE MODELOS ESTADISTICOS
Existen fundamentalmente dos tipos de modelos estadísticos (se
diferencian en la forma en que seleccionan los valores máximos de la
serie de datos que luego se emplearan en el análisis):
• Modelos de series de máximos anuales (eligen el máximo valor
de cada año hidrológico). Es el modelo empleado habitualmente.
• Modelos de series de duración parcial (eligen todos los valores
de cada año hidrológico que superan un determinado umbral).
Series de máximos anuales
Inconvenientes:
•No aprovechan bien toda la información disponible. Puede haber
más de una avenida por año.
•Utilizan los máximos de años muy secos en los que puede que no
haya ocurrido ninguna avenida.
•No permiten extrapolar a periodos de retorno altos.
Ventajas:
•Se necesita disponer de menos información que en el método de
series parciales.
•Sencillo de aplicar.
•Garantiza la independencia de los datos.
Tipos de datos
Las estaciones de aforos pueden proporcionar dos tipos de
caudales máximos:
•Caudales máximos instantáneos (caudales punta de los
hidrogramas de avenida).
•Caudales máximos medios diarios (caudal medio a lo largo de
un día).
Relación empírica entre caudales máximos instantáneos y
caudales máximos diarios
•Necesario transformar los caudales medios diarios en
instantáneos multiplicándolos por un coeficiente:
•Superficie mayor a 3000 km2 : 1.2
•Superficie comprendida entre 1000 y 3000 km2 : 1.3
•Superficie comprendida entre 800 y 1000 km2 : 1.4
•Superficie comprendida entre 600 y 800 km2 : 1.6
•Superficie comprendida entre 400 y 600 km2 : 2.0
•Superficie comprendida entre 200 y 400 km2 : 2.5
•Superficie menor a 200 km2: de 3.0 hasta 5.0 ó 6.0
Fuente : ESTUDIO HIDROLÓGICO - METEOROLÓGICO EN LA VERTIENTE DEL PACÍFICO DEL PERÚ
CON FINES DE EVALUACIÓN Y PRONÓSTICO DEL FENÓMENO EL NIÑO PARA PREVENCIÓN Y
MITIGACIÓN DE DESASTRES
Un estudio de ORSTON (Francia) en el 2000 encontró
para las cuencas de la vertiente del pacífico las siguientes
relaciones entre el caudal máximo instantáneo y el
máximo diario :
Modelos estadísticos
Vamos a emplear modelos de series de máximos anuales (eligen el
máximo valor de cada año hidrológico).
Métodos de cálculo:
– Métodos no paramétricos: Se ajusta gráficamente una curva a los
datos de la muestra representados en papel de probabilidad.
– Métodos paramétricos: Se emplean expresiones algebraicas
basadas en unos parámetros que es preciso ajustar a partir de la
muestra. Dos fases:
• Selección de la función de distribución (GEV, LogPearson III, ...)
• Ajuste de los parámetros (momentos, máxima verosimilitud,
momentos ponderados probabilísticamente, ...)
Métodos no paramétricos
Proceso de aplicación del método:
1- Se asignan probabilidades a los valores de la muestra mediante
una determinada fórmula.
2- Se representan gráficamente las parejas de puntos {qi, F(qi)} y se
ajusta gráficamente una curva.
Asignación de probabilidades muestrales:
1- Se ordenan los valores de la muestra de menor a mayor
q1, q2,..., qi,..., qN-1, qN siendo q1<q2<...< qi<...< qN-1< qN
2- Se aplica una fórmula del tipo:
Métodos paramétricos
La ley de frecuencia de los variable se supone igual a una expresión
matemática preestablecida que es función de una serie de
parámetros.
El valor de los parámetros se determina a partir de los datos de la
muestra.
Proceso de aplicación del método:
• Elección del tipo de función de distribución a emplear (Gumbel,
LogPearson III, GEV, ...)
• Ajuste de los parámetros a partir de la muestra.
Existen diversos métodos: método de los momentos, máxima
verosimilitud
Métodos paramétricos. Funciones de distribución
Fuente : Guía de Prácticas hidrológicas OMM
Métodos paramétricos. Métodos de ajuste
Sirven para determinar los valores de los parámetros de la función de
distribución de tal forma que ésta tenga las mismas propiedades
estadísticas que la muestra. Las distribuciones tienen por lo general
entre 2 a 3 parámetros : parámetro de localización (magnitud de los
cuantiles) parámetro de forma, parámetro de escala.
Métodos de ajuste más importantes son:
• Método de los momentos
• Método de máxima verosimilitud
• Método de los momentos ponderados probabilísticamente (PWM)
L-Moments (Hosking-Wallis)
• Otros
Limitaciones de los métodos estadísticos:
• Permiten conocer solo el caudal punta de la crecida, no
proporcionan el hidrograma completo de la misma .
Alternativas:
- hidrogramas de avenidas históricas
- Empleo de curvas IDF
• Las series de datos suelen ser muy cortas. No permiten obtener
los caudales de periodos de retorno altos.
Alternativas:
- Regionalización (Método del Indice de Crecida)
- Empleo de datos históricos no sistemáticos
(Reconstrucción de crecidas)
1. ÍNDICE DE AVENIDA
• Utiliza una variable estandarizada a partir de los caudales:
• Supone que todas los puntos de una región
tienen el mismo comportamiento hidrológico.
• Calcula una curva de frecuencia adimensional.
El cuantil en un punto se calcula mediante el valor medio de las
observaciones:
QT = μ qT
http://www.inrs-ete.uquebec.ca/activites/groupes/chaire_hydrol/telecharge.html
USO DE SOFTWARE HYFRAN
Ájuste probabilístico de los caudales máximos
Uso software HYFRAN
Pantalla ingreso datos Estadísticas básicas
Prueba de independencia Prueba de estacionalidad
autocorrelación Mann - Kendal
http://lluvia.dihma.upv.es/software.php?language=
SOFTWARE AFINS
APLICACIÓN TCEV RIO MOTUPE
Cuando no se tiene registros de caudales: se recurre afórmulas empíricas o hidrometeorologicos: Racional,Hidrogramas unitarios sintéticos, basados en registrosde lluvias.
Métodos hidrometeorológicos :
Método Racional
Método de Chow
Hidrograma Unitario Triangular
Hidrograma Adimensional
Métodos
Empíricos
Es probablemente el método más ampliamente
utilizado hoy en día para la estimación de
caudales máximos en cuencas de poca extensión.
(2 a 5 km2)
La descarga máxima instantánea es determinada
sobre la base de la intensidad máxima de
precipitación.
6.3
CIAQ
Q = Descarga pico en m3/seg.
C = Coeficiente de escorrentía
I = Intensidad de precipitación en mm/hora,para una duración igual al tiempo deconcentración.
A = Area de cuenca en Km2.
Método
Racional.
2 5 10 25 50 100 500
Areas de Cultivos
Plano, 0-2% 0.31 0.41 0.36 0.40 0.43 0.47 0.57
Promedio, 2-7% 0.35 0.38 0.41 0.44 0.48 0.51 0.60
Pendiente superior a 7% 0.39 0.42 0.44 0.48 0.51 0.54 0.61
Pastizales
Planos, 0-2% 0.25 0.28 0.30 0.34 0.37 0.41 0.53
Promedio, 2-7% 0.33 0.36 0.38 0.42 0.45 0.49 0.58
Pendiente superior a 7% 0.37 0.40 0.42 0.46 0.49 0.53 0.60
Bosques
Planos, 0-2% 0.22 0.25 0.28 0.31 0.35 0.39 0.48
Promedio, 2-7% 0.31 0.34 0.36 0.40 0.43 0.47 0.56
Pendiente superior a 7% 0.35 0.39 0.41 0.45 0.48 0.52 0.58
Fuente: Hidrología Aplicada, Ven Te Chow , David R. Maidment, Larry W. Mays
Característica de la
superficie
Período de retornoCoeficientes de escorrentía para ser usados en el Método Racional
Tiempo de concentración
El tiempo de concentración, tc, es el tiempo que demora una
partícula en llegar desde el punto más lejano hasta la salida
de la cuenca. Transcurrido el tiempo de concentración se
considera que toda la cuenca contribuye a la salida.
• Fórmula de Kirpich en el sistema métrico, L en km,
S en m/m, tc en minutos
• Fórmula de Bransby – Williams, L en km, A en km2 y S
en m/m, tc en minutos.
Curvas I-D-F
Las curvas Intensidad-duración-frecuencia son un elemento de
diseño que relacionan la intensidad de lluvia, la duración de la
misma y la frecuencia con que se puede presentar, es decir su
probabilidad de ocurrencia o el período de retorno.
I = 277.952 T0.1669
-------------------------------
D0.75
Desagregación de lluvias máximas
para diferente duración usando
criterio de Dyck y Peschke :
ZONAS Y SUBZONAS PLUVIOMETRICAS EN EL PERU
FUENTE : IILA – SENAMHI – UNI (1982)
Camaná : I = 10.4 (1+0.749 logT) t0.301
Cañete : I = 12.40 (1+0.684 logT) t0.27
Angostura : I = 12.5 (1+0.639 logT) t0.301
I = Intensidad precipitación (mm/h)
t = duración de la tormenta (minutos)
T = Tiempo de retorno (años)
Curvas regionales IDF
MODELAMIENTO HIDROLOGICO
LLUVIA – ESCORRENTIA HEC - HMS
PARAMETROS DE SUBCUENCAS
Area (km2) Method CN % imper
769 SCS Curve No 87 2
209.9 SCS Curve No 88 3
303 SCS Curve No 89 1
Initial Loss
Tumbes 7.6
Puyango 6.9
Cazaderos 6.3
Loss Rate
Sub Cuenca
Sub Cuenca Method Tc (hrs) Storage coeficcien (hr)
Tumbes Clark 6.9 10.35
Puyango Clark 7.5 11.25
Cazaderos Clark 5.7 8.55
Transform
Sub Cuenca Method Initial Q (m3/s) Recession constant Threshhold Q
Tumbes Recession 288.1 0.9 0.3
Puyango Recession 78.3 0.9 0.3
Cazaderos Recession 113.5 0.9 0.3
Baseflow Method
Initial Loss (mm) = 0.20*(25400 - 254*CN)/CN
Tc = promedio de métodos de Kirpich y Temez
Storage coeficcient = 1.5 * Tc
A) Infiltración
B) Hidrograma Unitario
C) Caudal base
PARAMETROS DE SUBCUENCAS ...continuación
PARAMETROS DE SUBCUENCAS ...continuación
TRANSITO HIDROLOGICO
Tramo Cabo Inga – El Tigre
B) MODELO METEOROLOGICO : Ingreso de lluvias horarias de los
registros pluviográficos. Tormenta de 8 horas de duración
C. ESPECIFICACIONES DE CONTROL
Corrida del programa para simular los caudales horarios
generados desde el inicio de la Tormenta, hasta la
recesión de los caudales.
SALIDAS DEL PROGRAMA