Escorrentia - Upt[1]

ESCORRENTIA

Parte 1

M. Sc. Ing. Manuel Collas Ch.

[email protected]

Tacna, Diciembre 2011

UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA

FACULTAD DE INGENIERÍA

Escuela Profesional de Ingeniería Civil

http://www.wvlightning.com/june272005.shtml

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 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


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


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

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