Hidrologia Final.docx

Ingeniería Civil para la Dirección

Proyecto Final Cuenca Hidrológica

Integrantes: Pedro Guerra López. ID: 00260969 Héctor Arcega Plaza. ID: 00255786 Profesor: Salvador Acuña Guzmán

Fecha de entrega: martes 22 de mayo de 2018

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Índice I.

Resumen ……………………………………………… 3

II.

Introducción ………………………………………… 3

III.

Métodos ……………………………………………… 4 A. Delimitación de la Cuenca B. Perímetro (Parte Aguas) C. Área de la Cuenca D. Longitud del Cauce Principal E. Carta Topográfica F. Perfil de Elevaciones G. Rollo Fotografico

IV. Resultados …………………………………………… 12 H. Intensidad de Lluvia I. Selección del Coeficiente de Escurrimiento C del Método Racional J. Método Racional para Calculo de Av. Máxima V.

Conclusión ………………………………………… 16

VI.

Bibliografia ………………………………………… 17

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I.

Resumen

En este trabajo se mostrarán los avances de un proyecto integrador hecho por dos estudiantes de la Universidad Anáhuac Querétaro, a lo largo del curso se pusieron en práctica en este los conocimientos y tácticas aprendidas en clase. Ya que sabemos que el uso de la Hidrología en la Ingeniería Civil, es fundamental para el planeamiento, diseño y operación de los proyectos hidráulicos, nació el interés por estudiar una cuenca cercana a nuestra universidad, pues estos son los que se orientan hacia los parámetros hidrológicos de diseño. Esta cuenca está ubicada en el Fraccionamiento “El Refugio” y una pequeña parte de “La Pradera”.

Imagen 1. Residencial el Refugio (Ubicación de la Cuenca). II.

Introducción

En la actualidad la hidrología tiene un papel muy importante en el planeamiento del uso de los Recursos Hidráulicos, y ha llegado a convertirse en parte fundamental de los proyectos de ingeniería que tienen que ver con suministro de agua, disposición de aguas servidas, drenaje, protección contra la acción de ríos y recreación. Es por eso que en este proyecto se integraran la hidrología con la Geografía matemática en especial a través de los sistemas de información geográfica, como lo hemos aprendido a lo largo de nuestra carrera, como lo son AUTOCAD, SIATL Y CONAGUA. El diseño de obras hidráulicas, para efectuar estos estudios se utilizan frecuentemente modelos -3-

matemáticos que representan el comportamiento de toda la cuenca sustentada por la obra, mostraremos algunas fórmulas para ver cómo actúa nuestra cuenca. Fue escogido este sitio de interés ya que se encuentra muy cerca de nuestra universidad, esta zona en los últimos años ha mostrado un gran crecimiento urbano, lo que sabemos que tiene un gran impacto en el cauce de la cuenca afectando de gran manera, tanto como en el flujo como en el escurrimiento. De tal manera que tanto la población en gran medida como la construcción afectan en el estudio de esta, que será nuestra cuenca, es por eso nuestro interés en ver como una cuenca de cauce natural es afectada por el hombre, que para nosotros era algo sin importancia, que es un sitio donde realmente pasamos del diario, encontremos como realmente el agua afecta en la construcción, teniendo el fin y el ¿Por qué? Del estudio de esta materia, ese es nuestra principal intriga, saber cómo es que con tanta construcción y personas ha cambiado el flujo y escurrimiento del agua en este sitio. III.

Métodos

A. Delimitación de la cuenca. La cuenca hidrológica es la zona de la superficie terrestre en la cual, todas las gotas de agua procedentes de una precipitación que caen sobre ella se van a dirigir hacia el mismo punto de salida (punto que generalmente es el de menor cota o altitud de la cuenca).

Imagen 2. Cuenca a estudiar. Línea de color Anaranjado representa el cauce principal. Línea de color Blanco representa la delimitación de la cuenca. -4-

Línea de color Rojo representa los tributarios. B. Perímetro (Parte Aguas). El parte aguas es donde sus límites quedan establecidos por la divisoria geográfica principal de las aguas de las precipitaciones; también conocido como "parte aguas" (Su contorno o perímetro se encuentra limitado por el lomo o filo de las montañas, denominado parte aguas). Para esta parte lo tomaremos como el perímetro. El parteaguas, teóricamente, es una línea imaginaria que une los puntos de máximo valor de altura relativa entre dos laderas adyacentes, pero de exposición opuesta; desde la parte más alta de la cuenca hasta su punto de emisión, en la zona hipsométricamente más baja.

Imagen 3. Delimitación de la cuenca El perímetro dado por AutoCAD esta en escala, es por eso que se pasara a m. 𝑠𝑃 = (67.7502 𝑚 ∗ 1𝑘𝑚 30.639) ∗

𝑠𝑃 = 2.075798370 𝑘𝑚

1000𝑚

C. Área de la Cuenca El área de igual manera la delimitamos en AutoCAD.

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Imagen 4. Área marcada. El área dada por AutoCAD esta en escala, es por eso que se pasara a 𝑚2 . 𝐴𝐴 = (144.1008 ∗ 30.639) 1𝑚2 ∗ 1000000

𝐴 = 4.415104 𝑘𝑚2

D. Longitud del Cauce Principal. Al interior de las cuencas se pueden delimitar subcuentas o cuencas de orden inferior. Las divisorias que delimitan las subcuentas se conocen como parte aguas secundarias. El área de escurrimiento es el espacio de recarga de agua lluvia superficial o subterránea hacia un punto determinado. Puede ser un manantial, una quebrada o un río muy grande. Las cabeceras de cuenca, son los sitios altos que se encuentran en el parte aguas de las montañas, pero el sitio más alto de todos es la cabecera principal de cuenca.

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Imagen 5. Cauce principal marcado. El cauce principal dado por AutoCAD esta en escala, es por eso que se pasara a m. 𝐿 = (63.3335 m * 1𝑘𝑚 30.639) *

𝐿 = 1.940475 𝑘𝑚

1000𝑚

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E. Carta Topográfica En la carta topográfica encontramos lo que es la de hidrología superficial referida a la cuenca hidrológica a estudiar, se presentan: la red hidrográfica, la ubicación de las estaciones hidrométricas, la ubicación de presas y cuerpos de agua.

Imagen 6. Carta Topográfica de la Cuenca F. Perfil de elevaciones Como resultado del uso de SIATL se obtiene un nuevo archivo del cauce principal de la cuenca que tiene la información de las alturas.

Imagen 7. Tabla de Indicadores de Cauce Principal

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Imagen 8. Grafica de alturas máximas y mínimas de la Cuenca G. Rollo Fotográfico

Imagen 9. Cuesta arriba “La Pradera”

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Imagen 10. Cuesta abajo “La Pradera”

Imagen 11. Boulevard Fray Junípero Serra (separación entre El Refugio y “La Pradera”

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Imagen 12. Principales drenes entre “El Refugio” y “La Pradera”

Imagen 13. Dren principal dentro de “El Refugio”

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Imagen14. Canal “La Pradera” al “Refugio” IV. Resultados H. Intensidad de lluvia Para la obtención de la Intensidad de Diseño es necesario conocer la duración de la lluvia asociada. Para ello, el Método Racional supone que la duración de la lluvia será igual al Tiempo de Concentración de la Cuenca en Estudio, el cual es el tiempo que se tarda una gota de agua en recorrer el trayecto desde el punto más alejado de ella hasta el punto en consideración (punto de definición de la cuenca). Para calcular la intensidad de lluvia de nuestra cuenca primero tuvimos que encontrar la estación a la que nuestra cuenca pertenece, como nuestra cuenca es muy pequeña escogimos la más cercana porque tiene una altura similar 1900m, la estación está ubicada en el municipio del Marques a un costado del campanario.

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Imagen 11. Tabla de Registro de tormentas (24 hrs). 𝑖𝑀 = 0.1020D

𝑡𝑇𝑟 = 50 D

𝑘 = −8.58 ∗ 10−8 𝑘

ℎ𝑝 = 𝑘 ∗ 𝑇𝑟 𝑀 𝑘

ℎ𝑝 = (−8.58 ∗ 10−8 ) ∗ (50−0.1020 )

ℎ𝑝 = 5.75 ∗ 10−8 𝑘

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𝑖=

ℎ𝑝 60

𝑖 = −9.583 ∗ 10−10

𝑘

I. Calculo de escurrimiento c del método racional 𝑐=

𝑐1 + 𝑐2 + 𝑐3 3

C1 Tabla 4.3: Topografía-Terreno ondulado con pendiente =.20 Suelos-Arcilloso firme=.10 Cobertura-Bosques=.20 C1=1-CG-Global C1=1-.50 C1=.50 C2 Tabla 4.4: Topografía Accidentada, Arcilloso firme impenetrable (D) C2 =.60 C3 Tabla 4.5 Suelo Tipo D C3=.65 𝑐=

. 50 + .60 + .65 3

𝑐 = 0.56

J. Método Racional para Calculo de Av. Máxima El Método Racional es uno de los más utilizados para la estimación del caudal máximo asociado a determinada lluvia de diseño. Se utiliza normalmente en el diseño de obras de drenaje urbano y rural. Y tiene la ventaja de no requerir de datos hidrométricos para la Determinación de Caudales Máximos. Ingresamos a ver los valores mensuales para poder encontrar la precipitación máxima de los últimos años 1996-2015, Ingresamos todos los datos a Excel para poder encontrar la intensidad de lluvia “i” primero la duración, después el periodo de retorno, la duración para después con un sistema de ecuaciones encontrar el valor de las constantes a determinar “k,m y Tr” logramos obtener el valor de hp y después la “i” intensidad de lluvia.

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𝑄 = 0.278 𝐶 𝑖 𝐴 D

Donde: Q:

Caudal máximo [m3/s]

C:

Coeficiente de escorrentía.

I:

Intensidad de la Lluvia de Diseño. [mm/h]

A:

Área de la cuenca. [𝑚2 ]

𝑄 = 0.278 𝐶 𝑖 𝐴 D

𝑄 = (0.278)(−2.3658 ∗ 10−9 ) D

𝑄 = −6.5769 ∗ 10−10 D

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V.

Conclusión

El resultado del estudio hidrológico realizado constituye a un procedimiento practico que se llevó a cabo a lo largo del semestre conjunto con el trabajo realizado en clase, para poder representar y entender un modelo hidrológico, que en este caso sería una cuenca hidrológica, en la cual representamos los conocimientos aprendidos. Con el fin de entender con más detalle los fenó menos tanto subterráneos como superficiales en la cuenca que se estudió. De igual manera, para principalmente entender cómo actúa el agua en esta parte de la ciudad de Querétaro, en el municipio del Marques, de igual forma profundizar en las aportaciones que esta ha tenido en un periodo largo, para esto se tomó en cuenta tanto el cauce natural como lo que el crecimiento urbano ha tenido que ver ya sea para perjudicar o bien ayudar en el escurrimiento del agua. Es importante tener presente las hipótesis que se hicieron en clase con respecto a la distribución de la lluvia en el espacio y en el tiempo, para aplicar el método que relaciona la lluvia con el escurrimiento directo. Esto nos permitió destacar la importancia de disponer de más estaciones climatológicas e hidrométricas en la zona, ya que hay solo una estación, lo cual no nos permitió tener más información concisa, cuya información permita aplicar de manera directa el modelo numérico lluvia– escurrimiento en la zona en estudio, y así tener una amplia información para determinar caudales máximos anuales asociados a periodos de retorno, o bien, que fue nuestro caso al no tener mucha información, tomar información de otra zona vecina, la cual fue el centro de Querétaro.

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VI.

Bibliografía

Departamento de Hidráulica. (2006). Procesamiento de los Datos de Precipitación. 20 de mayo del 2018, de Universidad Nacional del Nordeste Sitio web: http://ing.unne.edu.ar/pub/hidrologia/hidro-tp2.pdf VEN TE CHOW, MAIDMENT y MAYS (1994); “Hidrología Aplicada”, Editorial McGraw-Hill, Bogotá (Colombia).

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