Escorrentía Superficial E Infiltración.docx

ESCORRENTÍA SUPERFICIAL E INFILTRACIÓN

INTRODUCCIÓN

La escorrentía es el agua procedente de las precipitaciones que ha logrado vencer a las abstracciones como retención, evaporación, evapotranspiración y la infiltración y que fluye a través de la superficie del suelo o debajo de este. Su estudio, junto con otros parámetros hidrológicos ayuda a estudiar el comportamiento de una cuenca. Así podremos saber las épocas de máximas avenidas y prevenir inundaciones y por ende perdidas económicas y sociales; también podremos saber la cantidad de agua con la que dispone dicha cuenca para así hacer una distribución racional de dicho recurso y satisfacer las necesidades de toda la población asentada en una unidad hidrográfica.

OBJETIVOS Objetico General Hacer el análisis de HIDROGRAMAS y de HIETOGRAMAS de la cuenca del rio Casma, para comprender el comportamiento de sus avenidas (caudales) y calcular la infiltración media.

Objetivos Específicos:  Analizar hidrogramas anuales y de tormentas.  Calcular altura de precipitación efectiva y lluvia de exceso de cada estación de la cuenca.  Calcular el índice de infiltración media para determinar la escorrentía

I.

CONCEPTOS BÁSICOS

1.1.

ESCURRIMIENTO

Componente del ciclo hidrológico y se define como el agua proveniente de las precipitaciones, que circula sobre o bajo la superficie terrestre y que llega a una corriente para finalmente ser drenada hasta la salida de la cuenca o estación de aforo. (Villón, 2002). El origen e escurrimiento se debe a que una parte de la precipitación es retenida, otra es evaporada, evapotranspirada, otra parte se infiltra y lo que sobra escurre sobre la superficie o debajo del suelo. De acuerdo al camino seguido por el agua es escurrimiento puede ser A. Flujo Superficial El flujo superficial es el primer mecanismo de flujo en las cuencas naturales y tiene la forma de una capa delgada de agua que escurre a lo largo de una superficie ancha. El flujo continúa en esta condición durante una corta distancia, hasta que las irregularidades del terreno concentran el flujo en pequeños canales tortuosos. Gradualmente, los flujos de estos pequeños canales se combinan hasta confluir en canales claramente definidos (Chow , 1994). En consecuencia, el flujo superficial es una combinación de flujo en lámina de pequeña profundidad sobre una superficie ancha, con flujo en pequeños canales. En la realidad, existe una combinación de planos contribuyendo a pequeños canales direccionados por las pendientes dominantes. B. Flujo Subsuperficial Está constituido por el flujo lateral desde la zona de humedad del suelo. Luego de la infiltración el agua en el suelo continúa moviéndose en función de los gradientes hídricos, especialmente el gradiente vertical y si se encuentra con una capa relativamente impermeable, se produce un flujo lateral el cual culmina con su intercepción por los cauces. El flujo subsuperficial es muy importante en cuencas con suelos permeables y estratificados. Junto con el escurrimiento conforma el llamado flujo rápido (“quick flow” en inglés) y que generalmente se considera como escorrentía directa.

C. Flujo Subterraneo El flujo subterráneo está conformado por el agua que fluye desde el almacenamiento del agua subterránea hacia los cauces. Este ocurre cuando los cauces interceptan el agua subterránea, ya sea desde el nivel freático como de acuíferos más profundos. Este flujo es llamado flujo base o caudal base. El flujo base ocurre siempre que exista un almacenamiento subterráneo. El caudal mínimo de un cauce es llamado caudal de estiaje. El escurrimiento basándose en el tiempo de llegada se divide en: D. Escurrimiento Directo Cuando su efecto es inmediato E. Escurrimiento Base Si su efecto es retardado. Otros Conceptos  Caudal Pico Es el valor máximo de la escorrentía.  Tiempo de Concentración Tiempo de concentración (tc) de una cuenca, es el tiempo necesario para que una gota de agua que cae en el punto “hidrológicamente” más alejado de aquella, llegue a la salida (estación de aforo, figura 5.4)

Según Kirpich, la fórmula para el cálculo del tiempo de concentración es: Dónde: Tc = tiempo de concentración, en min. L = máxima longitud del recorrido, en m. H = diferencia de elevación entre los puntos extremos del cauce principal, en m.

 Tiempo Base Tiempo base (tb), es el intervalo comprendido entre el comienzo y el fin del escurrimiento directo.  Tiempo Pico Tiempo de pico (tp), es el tiempo que transcurre desde que se inicia el escurrimiento directo hasta el pico del hidrograma.  Flujo Base Preexistente Es el caudal que se observa en un curso de agua al final de un período de estiaje. Está constituido por el aporte de las aguas subterráneas a la red de drenaje natural. Es la diferencia entre el caudal total y la escorrentía directa.  Curva de Agotamiento Curva de agotamiento, es la parte del hidrograma en que el caudal procede solamente de la escorrentía básica. Es importante notar que la curva de agotamiento, comienza más alto que el punto de inicio del escurrimiento directo (punto de agotamiento antes de la crecida), eso debido a que parte de la precipitación que se infiltró está ahora alimentando el cauce.

 Tiempo de retraso

Tiempo de retraso (tr), es el intervalo del tiempo comprendido entre los instantes que corresponden, respectivamente al centro de gravedad del hietograma de la tormenta, y al centro de gravedad del hidrograma. II.

HIDROGRAMAS Y SUS ANÁLISIS

En este caso analizaremos hidrogramas de dos estaciones: 1) estación Tutuma y 2) Estación Puente Quillo porque en el informe oficial presentado por el INRENA ya que son las únicas estaciones hidrométricas que presentan registros en las publicaciones del SENAMHI. Se analizaron hidrogramas de tormentas y anuales, de cada estación. Los análisis y gráficos que se presentan han sido elaborados correctamente, de acuerdo a los cálculos de hidrología. 2.1.

HIDROGRAMAS DE TORMENTAS

Para el hidrogramas de tormentas se ha tomado los registros de caudal en los que se aprecia una crecida, luego un pico y finalmente un descenso de esta hasta que se vuelva constante, entonces deducimos que en dicha alteración de los registros se ha producido una tormenta aguas arriba. A continuación se presentan los hidrogramas para las dos estaciones mencionadas:  Estación TUTUMA: Se analizó una tormenta representativa por año para dicha estación, en este caso para los años 1985, 1986 y 1987, ya que estos años están completos en la data publicada por el SENAMHI. El criterio que se utilizó para encontrar un hidrograma representativo por año es seleccionar una tormenta notable en los registros, ello implica duración e intensidad.

Gráficas de hidrogramas para loa años mostrados  AÑO 1985 Hora 0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 384 408 432 456 480

Caudal 9.5 12.8 16.3 25.8 25 24 22.4 20.3 19.6 17.5 17 17 15 15 14.5 14 14 11 11 11 9

Hidrograma de la tormenta 30

CAUDAL (m3/s)

25 20 15

10 5 0 0

100

200

300

TIEMPO (Hrs)

400

500

600

Q. PICO: 25.8 m3/s

HORA 0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 384 408 432 456 480 SUMA



CAUDAL OBSERVADO 9.5 12.8 16.3 25.8 25 24 22.4 20.3 19.6 17.5 17 17 15 15 14.5 14 14 11 11 11 9 341.7

Q. BASE 9.5 9.5 9.5 9.5 10 10 10 10.1 10.2 10.4 10.5 10.6 10.8 11 11 11 11.1 11 11 11 9 216.7

Q. DIRECTO 0 3.3 6.8 16.3 15 14 12.4 10.2 9.4 7.1 6.5 6.4 4.2 4 3.5 3 2.9 0 0 0 0 125

Volumen del Escurrimiento Directo (V.ED) V.ED = (125m3/s) x24x3600 V.ED =10800000 m3



Altura de Precipitación en Exceso (HPe) 𝐇𝐏𝐞 =

V. ED

𝑨𝒓𝒆𝒂 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒄𝒖𝒆𝒏𝒄𝒂

𝐇𝐏𝐞 =

10800000 m3 𝟐𝟗𝟗𝟖. 𝟏𝟏𝟑 𝑲𝒎2

HPe = 3.6 mm

HPe QUE GENERA E.D 0 0.9 1.9 4.5 4.2 3.9 3.4 2.8 2.6 2.0 1.8 1.8 1.2 1.1 1.0 0.8 0.8 0.0 0.0 0.0 0.0 34.7

5

DIAGRAMA UNITARIO PARA 24 HRS

4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0

100

200

300

400

500

600

Año 1986 CAUDAL 6.2 12.3 14.1 16.3 18.6 21.4 23.2 25.3 31.8 33.9 24.7 17.2 13.4 12.2 10.8 9.3 7.6

CAUDAL 40 35 30

CAUDAL (m3/S)

HORAS 0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 384

25 20 15 10

N=4.1 días

5

Caudal base

baseca 0 0

5

10

TIEMPO (hrs)

Q. PICO: 33.9 m3/s N: 0.872(A)0.2 = 0.872(2998.113)0.2 = 4.1 días

15

20

HORAS 0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 384 SUMA



CAUDAL 6.2 12.3 14.1 16.3 18.6 21.4 23.2 25.3 31.8 33.9 24.7 17.2 13.4 12.2 10.8 9.3 7.6

CAUDAL BASE 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6.1 6.3 6.5 6.7 7 7.3 7.5 107.4

CAUDAL DIRECTO 0.2 6.3 8.1 10.3 12.6 15.4 17.2 19.3 25.8 27.9 18.6 10.9 6.9 5.5 3.8 2 0.1 190.9

Volumen del Escurrimiento Directo (V.ED) V.ED = (190.9 m3/s) x24x3600 V.ED =16493760 m3



Altura de Precipitación en Exceso (HPe) 𝐇𝐏𝐞 =

V. ED

𝑨𝒓𝒆𝒂 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒄𝒖𝒆𝒏𝒄𝒂

𝐇𝐏𝐞 =

HPe = 5.5mm

16493760 m3 𝟐𝟗𝟗𝟖. 𝟏𝟏𝟑 𝑲𝒎2

Hpe ED 0.04 1.15 1.47 1.87 2.29 2.80 3.13 3.51 4.69 5.07 3.38 1.98 1.25 1.00 0.69 0.36 0.02

HIDROGRAMA UNITARIO 24 HORAS HPe que genera Escorrentía Directa

6.00

5.00

4.00

3.00

2.00

1.00

0.00 0

50

100

150

200

250

TIEMPO (horas)

Año de 1987 17 ene-5 feb 1987 HORA CAUDAL 0 5.7 24 8.1 48 9.4 72 10.3 96 14.7 120 15.1 144 22.5 168 18.3 192 16.4 216 16.2 240 15.1 264 14 288 12.5 312 11.2 336 10.6 360 10.3 384 10.3 408 9.7 432 9.3 456 9.1

300

350

400

450

HIDROGRAMA DE TORMENTA 25

CAUDAL (m3/S)

20

15

10

5

0 0

24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 384 408 432 456

TIEMPO (hrs)

HORA 0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 384 408 432 456 Sumatoria

CAUDAL 5.7 8.1 9.4 10.3 14.7 15.1 22.5 18.3 16.4 16.2 15.1 14 12.5 11.2 10.6 10.3 10.3 9.7 9.3 9.1

Q base 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.9 6 6.2 6.5 6.9 7.1 7.4 7.6 7.9 8.1 8.4 8.8 9 135.7

Q directo 0 2.4 3.7 4.6 9 9.4 16.8 12.4 10.4 10 8.6 7.1 5.4 3.8 3 2.4 2.2 1.3 0.5 0.1 113.1

Hpe que genera Ed 0.00 0.75 1.16 1.44 2.81 2.94 5.25 3.88 3.25 3.13 2.69 2.22 1.69 1.19 0.94 0.75 0.69 0.41 0.16 0.03

Caudal pico= 22.5 Volumen directo= ∑ 𝑄𝑑 ∗ 24 ∗ 3600 = 113.1*24*3600 =9771840 Altura de precipitación efectiva= =

𝑉𝑑 𝐴

9771840 2998.113

=3259.33=3.2 mm

Hidrograma Unitario para 24 hrs

6.00

Hpe que genera Ed

5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Tiempo (Hras)

 Estación PUENTE QUILLO Se analizó una tormenta representativa por año para dicha estación, en este caso para los años 1985, 1986, 1987 y 1989, ya que estos años están completos en la data publicada por el SENAMHI. El criterio que se utilizó para encontrar un hidrograma representativo por año es seleccionar una tormenta notable en los registros, ello implica duración e intensidad.

Gráficas de hidrogramas para loa años mostrados  AÑO 1985 12

7 feb - 22 feb 1985 HORA CAUDAL 0 0.35 24 0.5 48 1 72 2 96 4 120 6 144 10 168 8.5 192 7.2 216 6.2 240 6 264 5

10

CAUDAL m3/s

8

6

4

2

0

0

24

48

72

96

120 144 168 192 216 240 264

HIDROGRAMA DE LA TORMENTA

Q. PICO: 10 m3/s N: 0.872(A)0.2 = 0.872(2998.113)0.2 = 4.1 días HORA

CAUDAL

CAUDAL BASE

CAUDAL DIRECTO

hpe que genera E.D

0

0.35

0.3

0.05

0.045

24

0.5

0.4

0.1

0.090

48

1

0.4

0.6

0.541

72

2

0.4

1.6

1.441

96

4

0.4

3.6

3.243

120

6

0.4

5.6

5.045

144

10

0.4

9.6

8.649

168

8.5

1.2

7.3

6.577

192

7.2

2.2

5

4.505

216

6.2

3.1

3.1

2.733

240

6

4

2

1.802

264

5

5

0

0.000

SUMA

38.55



Volumen del Escurrimiento Directo (V.ED) V.ED = (38.55 m3/s) x24x3600 V.ED =1665360 m3



Altura de Precipitación en Exceso (HPe) 𝐇𝐏𝐞 =

V. ED

𝑨𝒓𝒆𝒂 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒄𝒖𝒆𝒏𝒄𝒂

𝐇𝐏𝐞 =

1665360 m3 𝟐𝟗𝟗𝟖. 𝟏𝟏𝟑 𝑲𝒎2

HPe = 1.11mm

HIDROGRAMA UNITARIO DE 24 HORAS 10

HPe que genera Escorrentía Directa

9 8 7

6 5 4 3 2

1 0 0

24

48

72

96

120

144

168

tiempo (horas)

192

216

240

264

288

 AÑO 1986

18 16 CAUDAL

14

Caudal (m3/s)

22 en - 4 feb 1986 HORA CAUDAL 0 1.5 24 1.8 48 3 72 3.5 96 4 120 4.5 144 4.5 168 5 192 9.7 216 15.6 240 12 264 7 288 4 312 3

12 10 8 6 4

N = 4.1 días

2 Q. BASE

0 0

24

48

72

96

120 144 168 192 216 240 264 288 312

HIDROGRAMA DE LA TORMENTA

Q. PICO: 15.6 m3/s N: 0.872(A)0.2 = 0.872(2998.113)0.2 = 4.1 días

 Cálculos para el Hidrograma Unitario (H.U) HORA 0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 SUMA

CAUDAL OBSERVADO 1.5 1.8 3 3.5 4 4.5 4.5 5 9.7 15.6 12 7 4 3 79.1

Q. BASE 0 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.9 2.2 2.45 3 23.95

Q. DIRECTO HPe QUE GENERA E.D 1.5 0.9 0.2 0.12 1.4 0.9 1.9 1.2 2.4 1.5 2.9 1.8 2.9 1.8 3.4 2.1 8.1 5.1 14 8.75 10.1 6 4.8 3 1.55 1 0 0 55.15

Volumen del Escurrimiento Directo (V.ED) V.ED = (55.15 m3/s)x24x3600 V.ED = 4764960 m3 

Altura de Precipitación en Exceso (HPe) 𝐇𝐏𝐞 =

V. ED

𝑨𝒓𝒆𝒂 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒄𝒖𝒆𝒏𝒄𝒂

𝐇𝐏𝐞 =

4764960 m3 𝟐𝟗𝟗𝟖. 𝟏𝟏𝟑 𝑲𝒎2

HPe = 1.6 mm

DIAGRAMA UNITARIO

HIDROGRAMA UNITARIO DE 24 HORAS 10 9

HPe que genera Escorrentía Directa

8 7 6 5 4 3 2 1 0 0

24

48

72

96

120

144

168

192

216

240

264

288

312

 AÑO 1987

7 6 5

Caudal (m3/s)

16 en - 1 feb 1987 HORA CAUDAL 0 0.85 24 0.95 48 1.2 72 1.4 96 2.4 120 3.2 144 4.5 168 5.5 192 5.6 216 6.6 240 5.4 264 4.9 288 3.7 312 2.5 336 2

4 3

CAUDAL

N=4.1 dias 2 1 CAUDAL BASE 0 0

24

48

72

96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336

HIDROGRAMA DE LA TORMENTA

Q. PICO: 6.6 m3/s N: 0.872(A)0.2 = 0.872(2998.113)0.2 = 4.1 días HORA 0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 SUMA

CAUDAL 0.85 0.95 1.2 1.4 2.4 3.2 4.5 5.5 5.6 6.6 5.4 4.9 3.7 2.5 2

CAUDAL BASE

CAUDAL DIRECTO

0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 1.1 1.3 1.5 1.7 2

0.05 0.15 0.4 0.6 1.6 2.4 3.7 4.7 4.8 5.8 4.3 3.6 2.2 0.8 0 35.1

HPe. QUE GENERA E.D 0.05 0.15 0.39 0.59 1.58 2.38 3.66 4.65 4.75 5.74 4.26 3.56 2.17 0.79 0



Volumen del Escurrimiento Directo (V.ED) V.ED = (35.1 m3/s) x24x3600 V.ED = 3032640 m3



Altura de Precipitación en Exceso (HPe) 𝐇𝐏𝐞 =

V. ED

𝑨𝒓𝒆𝒂 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒄𝒖𝒆𝒏𝒄𝒂

𝐇𝐏𝐞 =

3032640 m3 𝟐𝟗𝟗𝟖. 𝟏𝟏𝟑 𝑲𝒎2

HPe = 1.01 mm

DIAGRAMA UNITARIO

HIDROGRAMA UNITARIO DE 24 HORAS

HPe que genera Escorrentía Directa

14

12

10

8

6

4

2

0 0

24

48

72

96

120

144

168

192

216

240

264

288

312

336

 AÑO 1989 25

20

Caudal (m3/s)

7 mar - 23 mar 1989 HORA CAUDAL 0 3 24 4 48 4 72 5 96 5 120 6 144 6 168 8 192 10 216 10 240 12 264 12 288 20 312 20 336 20 360 20 384 8

15

CAUDAL

10

N=4.1 dias 5

caudal base 0 0

24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 384

HIDROGRAMA DE LA TORMENTA

Q. PICO: 20 m3/s N: 0.872(A)0.2 = 0.872(2998.113)0.2 = 4.1 días  Cálculos para el Hidrograma Unitario (H.U) HORA

CAUDAL

0

HPe. QUE GENERA E.D

3

Q base 0

Q directo 3

24

4

4

0

0

48

4

4

0

0

72

5

4

1

0.36

96

5

4

1

0.36

120

6

4

2

0.71

144

6

4

2

0.71

168

8

4

4

1.43

192

10

4

6

2.14

216

10

4

6

2.14

240

12

4

8

2.86

264

12

4

8

2.86

288

20

4

16

5.71

312

20

5

15

5.36

336

20

6

14

5.00

360

20

7

13

4.64

384

8

8

0

0

99

suma



Volumen del Escurrimiento Directo (V.ED) V.ED = (99 m3/s) x24x3600 V.ED = 8553600 m3



Altura de Precipitación en Exceso (HPe) 𝐇𝐏𝐞 =

V. ED

𝑨𝒓𝒆𝒂 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒄𝒖𝒆𝒏𝒄𝒂

𝐇𝐏𝐞 =

8553600 m3 𝟐𝟗𝟗𝟖. 𝟏𝟏𝟑 𝑲𝒎2

HPe = 2.8 mm

1.07

DIAGRAMA UNITARIO

HIDROGRAMA UNITARIO DE 24 HORAS HPe que genera Escorrentía Directa

7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00

0

24

48

72

96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 384

-1.00

2.2.

HIDROGRAMA ANUAL

Al igual que en el hidrograma de tormenta, se trabajó con las estaciones TUTUMA y PUENTE QUILLO, para ello se selección una data representativa anual de cada estación y se presentan a continuación:

2.2.1. Estación TUTUMA

ENERO 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990

141.6 317.9 332.1 234.2 232.2 50.6

FEBRERO

MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE 787.6 409.5 261.35 170 142.3 81 20.4 20.05 19.73 254.9 232.1 321.3 257.4 247.4 179.9 132.9 64.65 3 26.35 208.85 255.55 420.7 183.3 96.43 71 17.88 0.93 1 50.22 263.1 311.78 155.6 132.8 51.5 349.7 859.4 748 345.6 16.44 87 40.2 40.45 192.5 36.26 26.92 3.6 1.6 80.5

Hidrograma anual 1000 900 800 700 600 500 400 300

200 100 0 1984

1985

1986

1987

1988 AÑOS

1989

1990

2.2.2. Estación PUENTE QUILLO Para este caso se optó por elegir los registros desde julio de 1984 hasta junio de 1985, por ser este periodo en que tiene registros completos. A diferencia del hidrograma anual del informe que contiene data de 1974 hasta 2001, ya que ellos han ido hasta la misma estación a obtener dichos datos. A continuación mostramos una comparación de nuestra grafica con la data completa y vemos que en el tiempo correspondiente graficado por nuestro equipo coincide exactamente con la gráfica del informe oficial. Tabla número------ en la que se muestra el caudal promedio mensual del año 1984 - 1985, en M3/s AÑO

ENERO

FEBRERO

MARZO

ABRIL

MAYO

JUNIO

1984 0.4

4.4

3.2

2.5

1.4

AGOSTO

SETIEMBRE

OBTUBRE

NOVIEMBRE

DICIEMBRE

0.8

0.4

0.2

0.2

0.1

0.4

0.5

CAUDAL MENSUAL PUENTE QUILLO 5 4.5 4

caudal mensual (m3/s)

1985

JULIO

3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0

Hidrograma anual presentado por el informe de INRENA

Se observa que el informe oficial sí presenta datos completos en comparación con nuestros datos.

INFILTRACIÓN I.

CONCEPTOS BASICOS:

1.1 INFILTRACION: Es el movimiento del agua a través de la superficie del suelo y hacia dentro del mismo, producido por la acción de las fuerzas gravitacionales y capilares. 1.2 TASA DE CAPACIDAD DE INFILTRACION: Es la cantidad maxima de agua que puede absorber un suelo en determinadas condiciones, valor que es variable en el tiempo en funcion de la humedad del suelo, y la mayor o menor compactacion que tiene el mismo. 1.3 VELOCIDAD DE INFILTRACION: Altura de agua que entra al suelo por unidad de tiempo. Es mayor en los suelos arenosos que en suelos arcillosos. 1.4 LLUVIA EFECTIVA: Es la precipitacion que llega al suelo, descontado la intercepcion efectiva. 1.5 LLUVIA EFICAZ: Precipitación que genera escurrimiento superficial, y ocurre cuando la intensidad de precipitacion es mayor que la capacidad de infiltracion durante el desarrollo de una tormenta. 1.6 LLUVIA NETA O EN EXCESO Es la parte de la lluvia eficas que efectivamente produce escurrimiento en forma directa, durante una tormenta (intensidad de infiltracion).

II.

INFILTRACIÓN MEDIA (Método del índice de infiltración (Φ))

La infiltración media fue calculada con el método de INDICE DE INFILTRACIÓN MEDIA (Φ), el cual consiste en admitir que para una tormenta el valor de recarga de una cuenca es constante durante toda la duración de la tormenta. El índice ∅ representa la intensidad media por encima de la cual todo excedente se transforma en escorrentía. Para nuestro análisis de infiltración, tuvimos que hacer un análisis de tormenta y elegimos una representativa por estación. A continuación se presenta el índice de infiltración media para cada estación meteorológica que registra precipitaciones, es decir para todas las estaciones presentadas en el informe número 2. 2.1.

ESTACIÓN PIRA

El cuadro que se muestra a continuación contiene el registro de una tormenta significativa para las fechas indicadas, el registro es de cada doce horas. También se muestra el cálculo del Índice de Infiltración φ. FECHA 17-mar

25-mar SUMA

HIETOGRAMA Δt = 12h Tiempo (h) Δhp (mm) 0 12 3.1 24 5.2 36 8.5 48 15 60 14.2 72 3.9 84 13.9 96 14 108 15.5 120 0.5 132 10.8 144 3.8 156 1.5 168 1.9 180 6.1 192 0.6 204 10.2 128.7

 PRECIPITACIÓN TOTAL (Hp): 128.7 mm

ÍNDICE DE INFILTRACIÓN φ mm/12h φ=3 φ=2 φ = 2.6 0.1 2.2 5.5 12 11.2 0.9 10.9 11 12.5

1.1 3.2 6.5 13 12.2 1.9 11.9 12 13.5

0.5 2.6 5.9 12.4 11.6 1.3 11.3 11.4 12.9

7.8 0.8

8.8 1.8

8.2 1.2

3.1

4.1

3.5

7.2 85.2

8.2 98.2

7.6 90.4

 ALTURA DE PRECIPITACIÓN EFECTIVA (Hpe) La altura de precipitación en efectiva la hemos asumido que es el 70% de la precipitación total, según experiencias de hidrólogos. Entonces: (Hpe =70%(Hp) Entonces:  ALTURA DE PRECIPITACIÓN EFECTIVA (Hpe): 90.1 mm  φ = 2.6 mm/12h = 0.22mm/h Grafica que muestra el índice de Infiltración Media φ y a partir de ello se obtiene la duración de lluvia en Exceso.

HIETOGRAMA DE TORMENTA 18

Altura de Precipitación (Hp)

16

15

15.5 14.2

13.9

14

14

12

10.8

10

10.2

8.5

8 6.1 5.2

6 4

3.9

3.1

3.8 1.5

2

1.9

0.5

0.6

0 0

12

φ = 2.6 mm/12h

24

36

48

60

72

84

96

108 120 132 144 156 168 180 192 204

Tiempo (horas)

Se obtiene que:  DURACIÓN DE LA LLUVIA EN EXCESO: 156 horas

EL PROCEDIMIERNTO DE LA ESTACIÓN PIRA SE HARÁ PARA TODAS LAS TORMENTAS ANALIZADAS POR ESTACIÓN

2.2.

Estación CAJAMARQUILLA

Hietograma Δt = 12h FECHA 1 DE MARZO

ÍNDICE DE INFILTRACIÓN φ mm/12h ø=3 ø=3.3 6.4 6.1 7.2 6.9 4.2 3.9 11.4 11.1 4.6 4.3 7.2 6.9

TIEMPO 12 24 36 48 60 72

PRECIPITACIÓN 9.4 10.2 7.2 14.4 7.6 10.2

84 96

8.4 14.2

5.4 11.2

5.1 10.9

108 120 132 144 156 168 180 192

9.2 12.4 9.2 15.2 10.2 12 13.2 10

6.2 9.4 6.2 12.2 7.2 9 10.2 7

5.9 9.1 5.9 11.9 6.9 8.7 9.9 6.7

204 216 228 240

7.4 13.3 7.6 14

4.4 10.3 4.6 11

4.1 10 4.3 10.7

252 264

12.2 12

9.2 9

8.9 8.7

276 288

9.4 14.4

6.4 11.4

6.1 11.1

300 312

12 13.4

9 10.4

8.7 10.1

324 336

10.2 15

7.2 12

6.9 11.7

348 360

8.2 12

5.2 9

4.9 8.7

372 384

10.6 12

7.6 9

7.3 8.7

396 408 420

10 14 12

7 11 9

6.7 10.7 8.7

30 DE MARZO

432 444

10 13.6

7 10.6

6.7 10.3

456 468

10 8.2

7 5.2

6.7 4.9

480 492

13 10

10 7

9.7 6.7

504 516

15.4 13.3

12.4 10.3

12.1 10

528 540

12.2 10

9.2 7

8.9 6.7

552 564

10.2 9.6

7.2 6.6

6.9 6.3

576 588

12.2 13.4

9.2 10.4

8.9 10.1

600 612 624 636 648 660 672 684

10.2 12.4 8.6 9.4 9.2 10.4 13.2 10

7.2 9.4 5.6 6.4 6.2 7.4 10.2 7

6.9 9.1 5.3 6.1 5.9 7.1 9.9 6.7

696 708 720

10 7.2 7.2

7 4.2 4.2

6.7 3.9 3.9

732

9.4

6.4

6.1

SUMA

671

488

469.7

 PRECIPITACIÓN TOTAL (Hp): 671 mm  ALTURA DE PRECIPITACIÓN EFECTIVA (Hpe) = (Hpe =70%(Hp)): 469,7 mm  φ = 3 mm/12h = 0.3 mm/h

Grafica que muestra el índice de Infiltración Media φ y a partir de ello se obtiene la duración de lluvia en Exceso.

 DURACIÓN DE LA LLUVIA EN EXCESO: 732 hora

2.3.

Estación PARIACOTO HIETOGRAMA Δt = 12h

FECHA

Tiempo (h)

ÍNDICE DE INFILTRACIÓN φ mm/12h

Δhp (mm)

φ = 2.5

φ=3

φ = 3.8

12

10.6

8.1

7.6

6.8

24

10.4

7.9

7.4

6.6

36

0.5

48

1.2

60

20.8

18.3

17.8

17

43.5

34.3

32.8

30.4

0 21-mar

23-mar SUMAS

 PRECIPITACIÓN TOTAL (Hp): 43.5 mm  ALTURA DE PRECIPITACIÓN EFECTIVA (Hpe) = (Hpe =70%(Hp)): 30.45 mm  φ = 3.8 mm/12h = 0.32mm/h Grafica que muestra el índice de Infiltración Media φ y a partir de ello se obtiene la duración de lluvia en Exceso.

HIETOGRAMA DE TORMENTA 25

Altura de la Precipitación (Hp)

20.8 20

15 10.6

10.4

10

5 0.5

0

1.2

0 0

φ = 3.8 mm/12h

12

24

36

48

Tiempo (horas)

 DURACIÓN DE LA LLUVIA EN EXCESO: 36 horas

60

2.4.

Estación BUENA VISTA

No se han identificado tormentas identificativas. 2.5. FECHA

21-mar

23-mar SUMAS

Estación AÍJA HIETOGRAMA Δt = 12h Tiempo (h) Δhp (mm) 0 5.2 12 4.6 24 7.1 36 1.2 48 5.1 60 2.8 26

ÍNDICE DE INFILTRACIÓN φ mm/12h φ = 1.2 φ = 1.25 φ = 1.3 4 3.95 3.9 3.4 3.35 3.3 5.9 5.85 5.8 0 3.9 3.85 3.8 1.6 1.55 1.5 18.8 18.55 18.3

PRECIPITACION TOTAL (Hp): 43.5 RESULTADOS:

26

ALTURA DE PRECIPITACIÓN EN EXCESO (Hpe: 70%(Hp))= 30.45 18.2 DURACIÓN DE LA LLUVIA EN EXCESO: 60h φ = 1.3 mm/12h = 0.11mm/h TIEMPO (h) 0 12 24 36 48 60

pp (mm) 5.2 4.6 7.1 1.2 5.1 2.8

pp (mm) 8 7.1

Altura de la Precipitación (Hp)

7 6 5.2 5

5.1 4.6

4 2.8

3 2 1.2

φ = 1.3 mm/12h

1 0 0

12

24

36

48

60

Tiempo (horas)

2.6. FECHA

21-mar

23-mar SUMAS

Estación MALVAS HIETOGRAMA Δt = 12h Tiempo (h) Δhp (mm) 0 0.3 12 0.9 24 0 36 2 48 0 60 42.2 45.4

ÍNDICE DE INFILTRACIÓN φ mm/12h φ = 12 φ = 11.5 φ = 10.42

30.2 30.2

PRECIPITACION TOTAL (Hp): 43.5 RESULTADOS:

30.7 30.7

31.78 31.78

45.4

ALTURA DE PRECIPITACIÓN EN EXCESO (Hpe: 70%(Hp))= 30.45 31.78 DURACIÓN DE LA LLUVIA EN EXCESO: 12h φ = 10.42 mm/12h = 0.87mm/h

TIEMPO (h) 0 12 24 36 48 60

pp (mm) 0.3 0.9 0 2 0 42.2

pp (mm) Altura de la Precipitación (Hp)

45

42.2

40 35

30 25 20 15 10 5

0.3

0.9

0

0

12

24

2

φ = 10.42 mm/12h

0

0 36

48

60

Tiempo (horas)

2.7.

Fecha

04-mar-93

Estación PARARÍN Hietograma Δt=12h tiempo Altura (h) Precipitación (mm) 0

Índice de infiltración φ, mm/12h 3

2,5

1,4

12 24 36 48 60 72 84 96

8,5 6,2 5,2 4,2 4 5,3 3,3 4,2

5,5 3,2 2,2 1,2 1 2,3 0,3 1,2

6 3,7 2,7 1,7 1,5 2,8 0,8 1,7

7,1 4,8 3,8 2,8 2,6 3,9 1,9 2,8

108 120

6,2 4,1

3,2 1,1

3,7 1,6

4,8 2,7

132 144

5,3 5,3

2,3 2,3

2,8 2,8

3,9 3,9

156 168

4,2 3,3

1,2 0,3

1,7 0,8

2,8 1,9

180 192

7,3 7

4,3 4

4,8 4,5

5,9 5,6

204 216

8,1 6,2

5,1 3,2

5,6 3,7

6,7 4,8

228 240

4,2 3,3

1,2 0,3

1,7 0,8

2,8 1,9

252 264

5,2 4,3

2,2 1,3

2,7 1,8

3,8 2,9

276 288

4,3 5

1,3 2

1,8 2,5

2,9 3,6

300 312 324 336 348 360 372 384

6,2 4,2 12,1 6,5 4,2 3,1 3,2 2

3,2 1,2 9,1 3,5 1,2 0,1 0,2 -1

3,7 1,7 9,6 4 1,7 0,6 0,7 -0,5

4,8 2,8 10,7 5,1 2,8 1,7 1,8 0,6

396 408 420 432 444 456 468 480 492 504

4,1 3 2,2 2 4 3,5 8,2 6 5,2 4

1,1 0 -0,8 -1 1 0,5 5,2 3 2,2 1

1,6 0,5 -0,3 -0,5 1,5 1 5,7 3,5 2,7 1,5

2,7 1,6 0,8 0,6 2,6 2,1 6,8 4,6 3,8 2,6

516 528 540 552 564 576 588 600 612

4,2 4,1 3,3 2 5,4 5,2 4,1 4 3,3

1,2 1,1 0,3 -1 2,4 2,2 1,1 1 0,3

1,7 1,6 0,8 -0,5 2,9 2,7 1,6 1,5 0,8

2,8 2,7 1,9 0,6 4 3,8 2,7 2,6 1,9

624 636

3 5,1

0 2,1

0,5 2,6

1,6 3,7

648 660

4,1 3,1

1,1 0,1

1,6 0,6

2,7 1,7

3 261,8

0 93,8

0,5 121,8

1,6 183,4

31-mar-93 672 suma

 PRECIPITACIÓN TOTAL (Hp): 261.8 mm  ALTURA DE PRECIPITACIÓN EFECTIVA (Hpe) = (Hpe =70%(Hp)): 183.26mm  φ = 1.4 mm/12h = 0.1167mm/h Grafica que muestra el índice de Infiltración Media φ y a partir de ello se obtiene la duración de lluvia en Exceso.

2.8.

Estación MILPO

Hietograma Δt = 12h FECHA 17-dic-12

31-dic-12

ÍNDICE DE INFILTRACIÓN φ mm/12h ø=3 ø=3.55 0.4

tiempo 12 24 36 48 60 72

precipitacion 3.4 0.7 4.2 16.8 5.4 9.2

1.2 13.8 2.4 6.2

0.7 13.3 1.9 5.7

84 96

3.6 5.4

0.6 2.4

0.1 1.9

108 120 132 144 156 168 180 192

7.1 3.9 8.8 10.6 6.4 19.2 4.1 7.8

4.1 0.9 5.8 7.6 3.4 16.2 1.1 4.8

3.6 0.4 5.3 7.1 2.9 15.7 0.6 4.3

204 216 228 240

12.2 29.1 15.6 17.1

9.2 26.1 12.6 14.1

8.7 25.6 12.1 13.6

252 264

14.2 11.9

11.2 8.9

10.7 8.4

276 288

8 34.2

5 31.2

4.5 30.7

300 312

16.4 11.2

13.4 8.2

12.9 7.7

324 336

9.7 23.1

6.7 20.1

6.2 19.6

SUMA

319.3

237.6

223.42

 PRECIPITACIÓN TOTAL (Hp): 319,3 mm  ALTURA DE PRECIPITACIÓN EFECTIVA (Hpe) = (Hpe =70%(Hp)): 223,51 mm  φ = 3,55 mm/12h = 0.35 mm/h

Grafica que muestra el índice de Infiltración Media φ y a partir de ello se obtiene la duración de lluvia en Exceso.

Se obtiene que: DURACIÓN DE LA LLUVIA EN EXCESO: 276 horas.

2.9.

Estación RECUAY Hietograma Δt=12h

FECHA

Indice de infiltracion Φ, mm/12h

t(horas)

Δhp(mm)

Φ=3

Φ=2.81

0

0

12

24.7

21.7

21.89

24

7.7

4.7

4.89

36

9.1

6.1

6.29

48

1.6

60

5.8

2.8

2.99

72

4

1

1.19

84

19.4

16.4

16.59

96

2.5

108

4.3

1.3

1.49

79.1

54

55.33

23-dic

27-dic SUMA

 PRECIPITACIÓN TOTAL (Hp): 79.1 mm  ALTURA DE PRECIPITACIÓN EFECTIVA (Hpe) = (Hpe =70%(Hp)): 55.37 mm  φ = 2.81 mm/12h = 0.23mm/h

hietograma: estacion Recuay 30 24.7

Altura de precipitacion (mm)

25

19.4

20 15

10

7.7

9.1 5.8

4.3

4

5

2.5

1.6 0 0 0

12

24

36

φ = 2.81 mm/12h

 Duración de lluvia en exceso = 84h

48

60

tiempo (h)

72

84

96

108

2.10. Estación HUARAZ HIETOGRAMA ∆t= 12h

FECHA

t(horas) 12

08-dic

ÍNDICE DE INFILTRACIÓN φ mm/12h

∆hp(mm)

∅=3.5

∅=3

∅=2.7

10

6.5

7

7.3

5.3

5.8

6.1

13.3

13.8

14.1

25.1

26.6

27.5

24 1 36 8.8 48 0.6 60 0 72 16.8 84 2.1 11-dic

96 SUMA

39.3

 PRECIPITACIÓN TOTAL (Hp): 39.3 mm  ALTURA DE PRECIPITACIÓN EFECTIVA (Hpe) = (Hpe =70%(Hp)): 27.51 mm  φ = 2.7 mm/12h = 0.23mm/h

Δhp (mm) 18

16.8

Altura de Precipitación (Hp)

16

14 12 10 10

8.8

8 6 4 2.1 2

1

0.6

0

0 12

24

36

48

60

72

84

Tiempo(horas)

Φ=2.7 mm/12h

Se obtiene que: DURACIÓN DE LA LLUVIA EN EXCESO: 36 horas. 2.11. Estación YUNGAY FECHA

Hietograma Δt=12h t(horas)

Δhp(mm)

Índice de infiltración Φ, mm/12h Φ=3

Φ=3.45

0 07-dic

14-dic

12

0

24

10.8

7.8

7.35

48

11.4

8.4

7.95

60

12.6

9.6

9.15

72

12.8

9.8

9.35

84

13.4

10.4

9.95

96

11.6

8.6

8.15

108

13.5

10.5

10.05

120

10.4

7.4

6.95

132

11.6

8.6

8.15

144

10

7

6.55

156

12.4

9.4

8.95

168

11.8

8.8

8.35

180

10.4

7.4

6.95

192

9.6

6.6

6.15

204 Sumas

10.8

7.8

7.35

173.1

128.1

121.35

 PRECIPITACIÓN TOTAL (Hp): 173.1 mm  ALTURA DE PRECIPITACIÓN EFECTIVA (Hpe) = (Hpe =70%(Hp)): 121.17 mm  φ = 3.45 mm/12h = 0.29mm/h  Duración de lluvia en exceso = 180h

Estacion Yungay 16 14

13.5

13.4 12.6

12

12.8

12.4 11.6

11.4 10.8

altura de precipitacion (mm)

11.8

11.6 10.4

10.8

10.4

10

9.6

10 8 6 4 2 0 0

12

24

φ = 3.45 mm/12h

48

60

72

84

96

108

120

tiempo (h)

132

144

156

168

180

192

204

CONCLUSIONES 

Al estudiar un hidrograma anual, se puede observar que los picos (caudal pico), son producto sólo de la lluvia con gran intensidad.



Al realizar y calcular valores de escurrimiento encontramos el valor N=4.1 días.

RECOMENDACIONES 

se debe tener en cuenta que para calcular la infiltración debemos considerar factores tales como: textura del suelo, contenido de humedad inicial del suelo, contenido de humedad de saturación, temperatura y cubierta vegetal.



Para realizar un estudio de escurrimiento es importante conocer cuáles son sus componentes para elaborar cualquier estudio hidrológico que involucre el caudal de un río, en una cuenca. Asimismo se requiere identificar los elementos que forman un hidrograma, antes de analizar la relación existente entre la precipitación, infiltración y el escurrimiento ocurridos en la cuenca de estudio.