Aforamiento y Analisis Morfometrico de La Cuenca Hidrografica Del Rio Alameda Ayacucho

[HIDRLOGIA IC -441 UNSCH AFORAMIENTO Y ANALISIS MORFOMETRICO MORFOMETRICO DE LA CUENCA HIDROGRAFICA DEL RIO ALAMEDA AYACUCHO  –  PERU  PERU

Índice

RESUMEN INTRUDUCCION 1.-DESCRIPCION DELA ZONA 1.1.- LOCALIZACION …………………………………………………………………………………………………………….. 1.2.- INFORMACION BASICA……………………………………………………………………………………………………… CARTOGRAFIA ………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………….. .. MAPAS SATELITALES …………………………………………………………………………………………………………..

2.-MATERIALES Y METODOS 2.1.- Aforamiento del rio Alameda ………………………………………………………………………………… 2.1.1.- aforo de aguas ………………………………………………………………………………………………….. 2.1.2.-método del flotador ……………………………………………………………………………………… Procedimiento para el caudal:……………………………………………………………………..

2.2.-CARACTERISTICAS MORFOMÉTRICAS DE LA CUENCA HIDROGRÁFICA  ALAMEDA. 2.2.1 PARÁMETROS DE RELIEVE 2.2.1 .1 curva hipsométrica 2.2.1 .2 altitud media

…………………………………………………………….

………………………………………………………………………….

2.2.1 .3 pendiente de la cuenca

……………………………………………………………..

2.2.1 .4 pendiente del cauce principal 2.2.1 .5 relieve de la cuenca

………………………………………………………………

………………………………………………………………………….

2.2.2.-PARAMETROS DE FORMA Ingeniería civil

1

[HIDRLOGIA IC -441 UNSCH

2.2.2.1.- Área de la cuenca Cuenca grande

………………………………………………………………………….

………………………………………………………………………………………..

Cuenca pequeña ………………………………………………………………………………… 2.2.2.2.-Longitud, perímetro y ancho.

……………………………………………..

2.2.2.3.- Índice de forma de la cuenca

………………………………………………

2.2.2.4.- Coeficiente de la compacidad de gravellius

…………………..

2.2.3.- PARÁMETROS DE LA RED HÍDRICA 2.2.3.1.- Orden de las corrientes

…………………………………………………

2.2.3.2.- Longitud de los tributarios 2.2.3.3.- Densidad de la corriente 2.2.3.4- Densidad de drenaje

………………………………………………

…………………………………….

……………………………………………..

3.-AFORAMIENTO Y CALCULO DE CAUDAL. 4.-DELIMITACION DE CUENCA Y CURVAS CARACTERISTICAS 5.-RESULTADOS…………………………………………………………………………. 6.-CONCLUSIONES…………………………………………………………………………… 7.-BIBLEOGRAFIA………………………………………………………………………………………

Ingeniería civil

2

[HIDRLOGIA IC -441 UNSCH RESUMEN La morfometria de la cuenca del del rio Alameda se analizó con información que se dispone en las cartas nacionales que otorga MINEDU, determinándose asi , la delimitación de cuenca cuenca para su luego cálculo de las características morfo métricas que posee esta cuenca y se determinaron los parámetros morfométricos que explican los efectos dinámicos dinámicos de su comportamiento hidrológico. Los resultados se obtuvieron con los programas de sistemas de información geográfica (SIG): Argis 10.3. El espacio geográfico que contiene los los escurrimientos de de agua y que que los conducen hacia un punto de acumulación terminal es una cuenca hidrográfica , y para su determinación del caudal se hiso un aforamiento aforamiento en un lugar estratégico. El paisaje está constituido por pendientes y desniveles bastante pronunciados pronunciados a acentúan el riego por escorrentía, situación situación que influye influye de manera decisiva en su respuesta hidrología y que tendrá que ser valorado en la planificación de futuros proyectos relacionados con el campo de la hidrología.

Ingeniería civil

3

[HIDRLOGIA IC -441 UNSCH INTRUDUCCION El concepto de la cuenca hidrográfica se expresa como un área delimitada por la dirección de sus cursos de agua y su superficie se define por el parteaguas parteaguas a partir del del cual las precipitaciones drenan por esa sección (cotler ,2010)

Las características físicas de una cuenca forman un conjunto que influye profundamente en el comportamiento hidrológico de dicha zona tanto a nivel de las excitaciones c omo de las respuestas de la cuenca tomada como un sistema. Así pues, el estudio sistemático de los parámetros físicos de las cuencas es de gran utilidad práctica en la ingeniería, pues con base en ellos se puede estimar las avenidas máximas en periodos periodos de retorno diferentes para para cada proyecto, también se puede lograr una una transferencia de información de de un sitio a otro, si existe cierta semejanza geomorfológico y climática de las zonas en estudio. Esta transformación se produce en función de las condiciones climatológicas climatológicas y físicas, aunada a la naturaleza del suelo y cubertura vegetal vegetal (gaspari, 2002). La influencia influencia de estos factores es cuantificable para comprender e interpretar su comportamiento dinámico dinámico y su respuesta hidrológica.(Lopes cardenas del llano,1998) llano,1998)

1.-DESCRIPCION DELA ZONA 1.1.- LOCALIZACION El área de estudio es la cuenca del del Río Muyurina la misma que es sub cuenca del rio

Chacco, se encuentra ubicado en el departamento de Ayacucho, cuyo punto de Su distribución altitudinal se encuentra entre los 2450 y los 4300 m.s.n.m, la pendiente del cauce principal de esta cuenca es de 3.73% 3.73% y cuenta con una longitud de Km., ,

1.2.- INFORMACION BASICA CARTOGRAFIA La información utilizada en el presente trabajo, son básicamente las cartas nacionales del Instituto Geográfico Nacional (IGN)., descargados de la pagina web del MINEDU .Para la obtención de la delimitación de la cuenca hidrológica hidrológic a en la zona deestudio, se ha utilizado los siguientes cuadrángulos:

Ingeniería civil

4

[HIDRLOGIA IC -441 UNSCH MAPAS SATELITALES

Ingeniería civil

5

[HIDRLOGIA IC -441 UNSCH 2.-MATERIALES Y METODOS 2.1.- Aforamiento del rio Alameda. En este presente trabajo hacemos un AFORAMIENTO DEL RIO ALAMEDA en el mes de mayo del 2018. Este aforo hacemos con el propósito de obtener el caudal en una sección transversal respecto en la dirección del rio en un punto determinado. El caudal se obtuvo mediante el método flotador, esto por la carencia de los instrumentos para el cálculo de la velocidad en cada tramo como es el caso del correntómetro. Mediante el método del flotador se calculó la velocidad velocidad media y se obtuvo también el área de la sección trasversal para así determinar el caudal mediante la ecuación de continuidad: continuidad: Q [m3/seg] = V [m/seg] x A [m2]

2.1.1.- aforo de aguas Una estación de aforo es un conjunto co njunto de equipamientos que se instala en el c auce de un río para medir los caudales de agua que circulan por é l. Esta información resulta de interés por su aplicación en muy diversas áreas: estudios biológicos, ecológicos, geológicos, hidráulicos, ingenieriles, de protección civil, etc. También pueden medirse en estas estaciones las caracter ísticas físico-químicas del agua para conocer su estado y su capacidad de albergar vida, así como algunas variables meteorológicas, como la lluvia, la temperatura y la humedad del ambiente, la velocidad y dirección del viento, la radiación solar, etc

2.1.2.-método del flotador Con este método se mide la velocidad del agua superficial que discurre de la fuente tomando el tiempo que demora un objeto flotante en llegar de un punto a otro en e n una sección uniforme. Se toma un trecho de la corriente; se mide el área de la sección; se lanza un cuerpo que flote, aguas arriba de primer punto de control, y al paso del cuerpo por dicho punto se inicia la toma del tiempo que dura el viaje hasta el punto de control corriente abajo. El resultado de la velocidad se ajusta a un factor de 0.082.

En un río cualquiera, para determinar el c audal que pasa por una sección transversal, se requiere, a su vez, saber el caudal que pasa por cada una de la subsecciones en que se divide la sección transversal. Para eso, se realiza el siguiente procedimiento para registrar las observaciones y calcular las velocidades y caudales.

Ingeniería civil

6

[HIDRLOGIA IC -441 UNSCH

Procedimiento para para la obtención del caudal: a) Primer Paso: Seleccionar el lugar adecuado. Se selecciona en el río o canal un tramo recto y uniforme, de preferencia sin piedras grandes, ni troncos de árboles, en el que el agua fluya libremente, sin turbulencias, ni impedimentos, que sea recto y de sección transversal uniforme, uniforme, cuya longitud longitud debe ser alrededor de 5 a 10 metros de largo, donde el agua escurra libremente. Midiendo con una wincha (ver Figura 1).

Figura 1. Elegir un sector del canal lo más recto posible y medir entre 5 y 10 metros

b) Segundo Paso: Medición del área del cauce o canal, se divide el ancho del cauce o canal en tramos iguales pueden ser cada 10 a 40 cm según el ancho

Ingeniería civil

7

[HIDRLOGIA IC -441 UNSCH

Figura 3. Medir el ancho del canal

Para determinar los puntos donde se medirá la altura del agua; en el ejemplo e stos puntos están a 100 cm (ver Figura 4).

Ingeniería civil

8

[HIDRLOGIA IC -441 UNSCH

Figura 4. medición de la profundidad del agua .

Para ello se determina lo siguiente: El ancho se divide en tramos iguales e siendo ei  y  y ef diferentes por tener mayormente secciones trapezoidales. De la figura 4, se tiene los datos medidos: caso con el método flotador. c) Tercer paso: Medición de la Velocidad del agua (V) en este caso

Ingeniería civil

9

[HIDRLOGIA IC -441 UNSCH

2.2.-CARACTERISTICAS MORFOMÉTRICAS DE LA CUENCA HIDROGRÁFICA  ALAMEDA. 2.2.1 PARÁMETROS DE RELIEVE 2.2.1 .1 curva hipsométrica La curva hipsométrica es la representación gráfica de la variación altitudinal de una cuenca y se obtiene a partir de un plano topográfico tomándose los valores en porcentajes del área que están por debajo de una determinada altura, que inicialmente serán la del punto más bajo de la cuenca e irá aumentando de acuerdo a los valores de las cotas de la curva de nivel que encierra las franjas de terreno por ellas definidas y el punto de salida que es generalmente el sitio más bajo de la cuenca (VILLON, 2002). Se divide en tres zonas (Figura 5): 1.-Zona donde predomina la producción de sedimentos y aguas (Ríos jóvenes). 2.- Zona donde predomina el transporte de ambos (Ríos maduros) 3.- Zona caracterizada por la deposición de sedimentos (Ríos en etapa de vejez) (LLAMAS, 1993).

Figura 5. Clasificación de los ríos de acuerdo con la curva Hipsométrica

Ingeniería civil

10

[HIDRLOGIA IC -441 UNSCH

2.2.1 .2 altitud media A partir de la curva hipsométrica, se determinará la elevación media equivalente al 50% del área de la cuenca, donde en el eje “X” del gráfico se aplicará el porcentaje

2.2.1 .3 pendiente de la cuenca. La pendiente de la cuenca es un parámetro muy importante en el estudio de toda la cuenca, tiene una relación importante y compleja con la infiltración del suelo, y la contribución del agua subterránea a la escorrentía. Es uno de los factores que controla el tiempo de escurrimiento y concentración de la lluvia en los canales de drenaje, y tiene una importancia directa en relación con las crecidas. La pendiente de la cuenca es la relación del desnivel que existe entre los extremos de la cuenca, siendo la cota mayor y la cota menor, y la proyección horizontal de su longitud, siendo el lado más largo de la cuenca (VILLON ,2002).

2.2.1 .4 pendiente del cauce principal El conocimiento de la pendiente del cauce principal de una cuenca es un parámetro importante, en el estudio del comportamiento de recurso hídrico, como, por ejemplo, para la determinación de las características optimas de su aprovechamiento hidroeléctrico, o en la solución de problemas de inundaciones. Se determina según la relación entre el desnivel que hay entre los extremos el cauce y la proyección horizontal de su longitud (VILLON, 2002). Cuadro . Clasificación de la pendiente según D.S. Nº 017-2009-AG.

Rango 0-2 % 2-4 % 4-8 % 8 - 15 % 15 - 25 % 25 - 50 % 50 - 75 % > 75 %

Termino descriptivo Plano o casi a nivel Ligeramente Ligeramente inclinado Moderadamente Moderadamente inclinado Fuertemente inclinado Moderadamente empinado Empinado Muy empinado Extremadamente Extremadament e empinado

Fuente : EL PERUANO 2009.

Ingeniería civil

11

[HIDRLOGIA IC -441 UNSCH

2.2.1 .5 relieve de la cuenca El relieve El relieve de una cuenca consta de los valles principales y secundarios, con las formas de relieve mayores y menores y la red fluvial que conforma una cuenca. Está formado por las montañas las montañas y sus flancos; por las quebradas o torrentes, valles torrentes,  valles y mesetas.

2.2.2.-PARAMETROS DE FORMA 2.2.2.1.- Área de la cuenca Área Es el tamaño de la superficie de cada cuenca en km2. Se obtiene automáticamente a partir de la digitalización y poligonización de las cuencas en el software de sistema de información geográfica. El área de una cuenca en general se encuentra relacionada con los procesos que en ella ocurren. También se ha comprobado que la relación del área con la longitud de esta es proporcional y también que esta inversamente relacionada a aspectos como la densidad de drenaje y el relieve relativo. Una cuenca se puede clasificar atendiendo a su tamaño, en cuenca grande y cuenca pequeña.

Cuenca grande Es aquella cuenca en la que predominan las características fisiográficas fisiográficas de la misa (pendiente, elevación, área, cauce). Una cuenca, para fines prácticos, se considera grande, cuando el área 2 es mayor de

250 

Cuenca pequeña Es aquella cuenca que responde a las lluvias de fuerte intensidad y pequeña duración, y en la cual las características físicas (tipo de suelo, vegetación) son más importantes que las del cauce. Se considera cuenca pequeña aquella cuya área varía desde unas pocas hectáreas hasta un límite, que, para propósitos prácticos, se considera 250 km 2 (VILLON, 2002).

2.2.2.2.-Longitud, perímetro y ancho. La longitud, L, de la cuenca puede estar definida como la distancia horizontal del río principal entre un punto aguas abajo (estación de aforo) y otro punto aguas arriba donde la tendencia general del río principal corte la línea de contorno de la cuenca 23 El perímetro de la cuenca o la longitud de la línea de divorcio de la hoya es un parámetro importante, pues en conexión con el área nos puede decir algo sobre la forma de la cuenca. Usualmente este parámetro físico es simbolizado por la letra mayúscula P (Figura 4). El ancho se define como la relación entre el área (A) y la longitud de la cuenca (L) y se designa por la letra W (VILLON, 2002).

 =   Ingeniería civil

12

[HIDRLOGIA IC -441 UNSCH

Figura 6. Longitud y perímetro de la cuenca.

2.2.2.1.- Índice de forma de la cuenca Expresa la relación entre el ancho promedio de la cuenca (w) y la longitud (L) Cuadro . Forma de la cuenca en función al factor de forma.

2.2.2.1.- Coeficiente de la compacidad de gravellius Designado por Kc e igualmente propuesto por Gravelius, compara la forma de la cuenca con la de una circunferencia, cuyo círculo inscrito tiene la misma área de la cuenca en estudio. Kc se define como la razón entre el perímetro de la cuenca que es la misma longitud del parte aguas que la encierra y el perímetro de la circunferencia (MONSALVE, 2000). La ecuación de este coeficiente corresponde a:

Ingeniería civil

13

[HIDRLOGIA IC -441 UNSCH

Este valor adimensional, independiente del área estudiada tiene por definición un valor de 1 para cuencas imaginarias de forma exactamente circular. Los valores de Kc nunca serán inferiores a 1. El grado de aproximación de este índice a la unidad indicará la tendencia a concentrar fuerte volúmenes de aguas de escurrimiento, siendo más acentuado cuando más cercano sea a la unidad, lo cual quiere decir que entre más bajo sea Kc mayor será la concentración de agua. Existen tres categorías para la clasificación según el valor de este parámetro, ver cuadro 2.

Cuadro . Índice de Gravelius para la evaluación de la forma.

Clase

Rango

Descripción

Kc1

1 a 1,25

Forma casi redonda a oval - redonda

Kc2

1,25 a 1,5

Forma oval - redonda a oval - alargada

Kc3

1,5 a 1,75

Forma oval  alargada a alargada –

Fuente: ORTIZ (2004).

2.2.3.- PARÁMETROS DE LA RED HÍDRICA 2.2.3.1.- Orden de las corrientes Cuando un tributario se localiza en cualquier parte de la cuenca y no recibe aporte de otro canal, por pequeño quesea, se considera de primer orden; cuando un canal recibe aportes de dos tributarios tributarios de orden uno se clasifica como de segundo orden, una de tercer donde confluyen dos de segundo orden y así sucesivamente

Ingeniería civil

14

[HIDRLOGIA IC -441 UNSCH

2.2.3.2.- Longitud de los tributarios Longitud de tributarios Lo que nos indica la longitud de los tributarios es la pendiente de la cuenca, así como el grado de drenaje. Las áreas escarpadas y bien drenadas usualmente tienen numerosos tributarios pequeños. La longitud de las corrientes, en general, se mide a lo largo del eje del valle y no se toman en cuenta sus meandros. Además, la longitud que se mide consiste en una serie de segmentos lineales trazados lo más próximo posible a las trayectorias de los cauces de las corrientes.

2.2.3.3.- Densidad de la corriente Se expresa como la relación entre el número de corrientes y el área drenada. Para determinar el número de corrientes sólo se consideran las corrientes perennes e intermitentes. La corriente principal se cuenta como una desde su nacimiento hasta su desembocadura. Después se tendrán todos los tributarios de orden inferior, desde su nacimiento hasta la unión con la corriente principal, y así sucesivamente hasta llegar a los tributarios de orden uno. Esta relación entre el número de corrientes y el área drenada proporciona una medida real de la eficiencia de drenaje, pues puede suceder que se tengan dos cuencas con la misma densidad Ingeniería civil

15

[HIDRLOGIA IC -441 UNSCH de corriente y estén drenadas en muy diferente forma, dependiendo de la longitud de sus corrientes. Matemáticamente Matemáticamente se expresa como:

 =  Donde:

1)  =        (2  = ú ú             = á     2 2 2.2.3.4- Densidad de drenaje Esta característica proporciona una información más real que la anterior, ya que se expresa como la longitud de las corrientes por unidad de área,

 =  Donde:

 =        (1 )  =                  = á     2  La densidad de drenaje es un indicador de la respuesta de la cuenca ante un aguacero, por la relación entre la infiltración y la escorrentía, y por lo tanto condiciona la forma del hidrograma resultante en el desagüe de la cuenca. A mayor densidad de drenaje, más dominante es el flujo en el cauce frente al flujo en ladera, lo que se traduce en un menor tiempo de respuesta de la cuenca y por tanto, un menor tiempo al pico del hidrograma.

Ingeniería civil

16

[HIDRLOGIA IC -441 UNSCH 3.-AFORAMIENTO Y CALCULO DE CAUDAL.

Se encuentra un lugar estratégico en el cauce cauce del rio y se procede con la preparación del terreno , se encontró una sección transversal de 9.10m . y este ancho de la seccion secc ion es particionado en nueve partes iguales cada uno de e llas considerándose el último tramo de 1.10m, procediéndose asi con el control de niveles niveles del agua hasta el espejo del del agua en cada uno de los los tramos . Altura en metros H1

0.2

H2

0.28

H3

0.275

H4

0.23

H5

0.25

H6

0.2

H7

0.155

H8

0.15

H9

0.04

Con estos datos se dibuja dibuja la sección transversal así para calcular las áreas delas secciones

Ingeniería civil

17

[HIDRLOGIA IC -441 UNSCH Los datos obtenidos en campo para el tiempo que recorre la boya una distancia de 13.0m es lo que se muestra en la la tabla siguiente, pero se observo que las velocidades de de rio eran mayores en el centro centro ya que que el tiempo que tardaba la pelota era menor menor con esto concluyéndose que la velocidad variaban variaban longitudinalmente por esto optamos en dividir la sección longitudinal el tres tramos Tiempo en recorrer una distancia de 1 3.0m en segundos 1

16.96

2

15.69

3

16.81

4

16.9

5

17.04

6

17.42

7

18.84

8

17.5

9

17.44

10

17.13

11

17.12

12

17.02

13

17.15

14

16.89

15

17.09

tiempo promedio T1

16.68

tiempo promedio T2

17.67

tiempo promedio T3

17.05

De la sección transversal se calcula el área para cada tramo y los valores se muestra en la tabla Area de la seccion transversal(m2) A1

0.1

A2

0.24

A3

0.28

A4

0.25

A5

0.24

A6

0.23

A7

0.18

A8

0.15

A9+A10

0.1

Area tramo 1

0.34

Area tramo 2

1.18

Area tramo 3

0.25

AREA TOTAL DELA SECCION TRANSVERSAL

1.77

Ingeniería civil

18

[HIDRLOGIA IC -441 UNSCH Luego se calcula las velocidades en cada tramo tramo apartir de la distancia longitudinal igual a 13m y el tiempo de recorrido. calculo dela velocidad Para un tramo de 13m se tiene: V= E/t(m/s) velocidad tramo 1

0.779376499

velocidad tramo 2

0.735710243

velocidad tramo 2

0.762463343

Finalmente se calcula el caudal en cada tramo luego con una suma suma se calcula el caudal caudal total CALCULO DEL CAUDAL Se sabe que el caudal mediante la ecuacion de continuidad es Q=A*V(m3/s) Caudal tramo 1

0.26498801

Caudal tramo 2

0.868138087

Caudal tramo 3

0.190615836

CAUDAL TOTAL

1.323741933

Ingeniería civil

19

[HIDRLOGIA IC -441 UNSCH 4.-DELIMITACION DE CUENCA Y CURVAS CARACTERISTICAS

Ingeniería civil

20

[HIDRLOGIA IC -441 UNSCH 5.-RESULTADOS

6.-CONCLUSIONES



el caudal promedio que se obtuvo es de 1.33 m3/s el cual tomaremos como dato para la utilización en diseño. El valor del caudal mínimo debe ser mayor que el consumo máximo diario con la finalidad de cubrir la demanda de agua de la población futura. Lo ideal sería que los aforos se efectúen en las temporadas críticas de los meses de estiaje (los meses secos) y de lluvias, lluvias, para conocer caudales mínimos y máximos máximos como es el caso de este trabajo.



El uso de (SIG) permitió realizar el análisis morfométrico de la cuenca y subcuencas del río alameda . La determinación de los parámetros de forma, relieve y red de drenaje fue de gran importancia para interpretar del comportamiento hidrológico y comprender su incidencia ante la presencia de exter nalidades, como pueden ser las precipitaciones y avenidas extremas.



El área estudiada corresponde a un paisaje montañoso con pe ndientes muy escarpadas y desniveles que le dan un carácter de riesgo por escorrentía, situación que causa que ante eventos pluviales se pueden presentar avenidas hidrológicas de moderadas a lentas. Lo anterior se afirma con base en la interpretación de los resultados relacionados con el índice asimétrico que indican que la red de drenaje no es homogénea en toda el área de la cuenca y está menos condicionada a avenidas agresivas, de tal manera que los riesgos de inundaciones asociados a esta cuenca son de mediana a baja intensidad. Esta característica debe considerarse sólo como un indicador que no descarta que se puedan provocar crecientes por otras causas.



La información aportada por este análisis puede ser utilizada para propósitos de estudios hidrológicos e hidráulicos que puedan involucrarse en la ordenación y planeación de este territorio.

Ingeniería civil

21

[HIDRLOGIA IC -441 UNSCH 7.-BIBLEOGRAFIA. Chereque Moran W () Hidrologia para estudiantes de ingenieri Bartolome Cruz Rivera. Fernanda J Gaspari.(2015)Analisis de morfometrico de una cuenca hidrográfica Benjamín Lux Cardona1, Conceptos básicos de Morfometría de Cuencas Hidrográficas

http://tesis.uson.m http://tesis.uson.mx/digital/tesis/do x/digital/tesis/docs/20338/Capitu cs/20338/Capitulo6.pdf lo6.pdf

Ingeniería civil

22