Caudales Máximos (Máximas Avenidas) Sant [PDF]

Zitiervorschau

CAUDALES MÁXIMOS (MÁXIMAS AVENIDAS)

Ing. Esteban Pedro Reyes Roque

Estimación de Caudales Cuando existen datos de aforo en cantidad suficiente, se realiza un análisis estadístico de los caudales máximos instantáneos anuales para la estación más cercana al punto de interés. Se calculan los caudales para los períodos de retorno de interés (2, 5, 10, 20, 50, 100 y 500 años son valores estándar) usando la distribución log normal, log pearson III y Valor Extremo Tipo I (Gumbel), etc. Cuando no existen datos de aforo, se utilizan los datos de precipitación como datos de entrada a una cuenca y que producen un caudal Q. cuando ocurre la lluvia, la cuenca se humedece de manera progresiva, infiltrándose una parte en el subsuelo y luego de un tiempo, el flujo se convierte en flujo superficial. A continuación presentamos algunas metodologías.

Métodos empíricos Existe una gran variedad de métodos empíricos, en general todos se derivan del método racional. Debido a su sencillez, los métodos empíricos tienen gran difusión, pero pueden involucrar grandes errores, ya que el proceso de escurrimiento, es muy complejo como para resumirlo en una fórmula de tipo directo, en la que solo intervienen el área de la cuenca y un coeficiente de escurrimiento.

Método Racional

Método Racional Modificado .

Método racional El método puede ser aplicado a pequeñas cuencas de drenaje agrícola • Según M. Villón. aproximadamente si no exceden a 1300 has ó 13 km2. • Según el Manual de hidrología, hidráulica y drenaje MTC para áreas menores de 10 km2 En el método racional, se supone que la máxima escorrentía ocasionada por una lluvia, se produce cuando la duración de ésta es igual al tiempo de concentración (tc). Cuando así ocurre, toda la cuenca contribuye con el caudal en el punto de salida.

Q=0,278CIA donde: Q = caudal máximo, en m3/ s C = coeficiente de escorrentía, que depende de la cobertura vegetal, la pendiente y el tipo de suelo, sin dimensiones I = intensidad máxima de la lluvia, para una duración igual al tiempo de concentración, y para un período de retorno dado, en mm/hr A = área de la cuenca km2

Ejemplo Características morfométricas de la cuenca Precipitación en (mm) para Tc=d = 17.18 minutos Área

km2

0.45

Cota máxima

msnm

Cota mínima

msnm

Long. cauce principal

Km

1.57

S cauce principal

%

6.125

Desnivel

m

96.43

Tiempo de concentración (Tc) Témez

hr

0.30

Kirpich

hr

0.28

California Culverts Practice

hr

0.28

Promedio

hr

0.29

Promedio

min

17.18

Intensidad en (mm/h) para Tc=d = 17.18 minutos

Tabla 1. Valores de coeficiente de escorrentía para método racional

(Nota: tabla 15.1.1 tomada de Hidrología Aplicada (Ven te Chow)).

Estimar el valor de C, para T= 100 años

Q máx. = 0.278 CIA = CIA/3.6 Donde Q máximo: en m3/s C: adimensional I: en mm/h A: en km2

Parámetro

Unidad

Coeficiente de escorrentía ( C )

Cantidad

0.6015

Intensidad para T= 100 años (I)

mm/h

52.7

Área (A)

km2

0.45

Caudal máximo (Q)

m3/s

3.97

Método Racional Modificado Es el método racional según la formulación propuesta por Témez (1987, 1991) adaptada para las condiciones climáticas de España. Y permite estimar de forma sencilla caudales punta en cuencas de drenaje naturales con áreas menores de 770 km2 y con tiempos de concentración (Tc) de entre 0.25 y 24 horas, la fórmula es la siguiente:

Q = 0,278 CIAK Donde: Q: Descarga máxima de diseño (m3/s) C: Coeficiente de escorrentía para el intervalo en el que se produce I I: Intensidad de precipitación máxima horaria (mm/h) A: Área de la cuenca (Km2) K: Coeficiente de Uniformidad

Los números de curva han sido tabulados por el Soil Conservation Service con base en el tipo de suelo y el uso de la tierra. Se definen cuatro grupos de suelos: Grupo A: Arena profunda, suelos profundos depositados por el viento, limos agregados. Grupo B: Suelos pocos profundos depositados por el viento, marga arenosa. Grupo C: Margas arcillosas, margas arenosas poco profundas, suelos con bajo contenido orgánico y suelos con altos contenidos de arcilla. Grupo D: Suelos que se expanden significativamente cuando se mojan, arcillas altamente plásticas y ciertos suelos salinos.

Los valores de CN para varios tipos de uso de la tierra en estos tipos de suelos se muestran en la Tabla. Para una cuenca hecha de varios tipos de suelos y con diferentes usos de la tierra, se puede calcular un CN compuesto.

Tabla: Números de curva de escorrentía para usos selectos de tierra agrícola, suburbana y urbana (condiciones antecedentes de humedad II, Ia = 0.2s)

1. Para una descripción más detallada de los números de curva para usos agrícolas de la tierra, remitirse a Soil Conservation Service, 1972, Cap.9. 2. Una buena cubierta está protegida del pastizales, y los desechos del retiro de la cubierta del suelo. 3. Los números de curva se calculan suponiendo que la escorrentía desde las casas y de los sucesos se dirige hacia la calle, con un mínimo del agua del techo dirigida hacia el césped donde puede ocurrir infiltración adicional. 4. Las áreas permeables restantes (césped) se consideran como pastizales en buena condición para estos números de curva. 5. En algunos países con climas más cálidos se puede utilizar 95 como número de curva. (Nota: de Hidrología Aplicada (Ven te Chow))

EJEMPLO

Descripción Área Perímetro

Unidad km2 km

Xc Yc Zc S cuenca Cota máxima Cota mínima

m m msnm % msnm msnm

4548.00 1439.00

Long. cauce principal Altitud media S cauce principal

Km msnm %

32 4307 9.81

Tiempo de concentración (hr) Témez Kirpich California Culverts Practice Giandotti Ventura-Heras Promedio (hr) Promedio (min)

CUENCA I 165.32 75.88

CUENCA I 2.61 2.31 2.32 2.22 2.23 2.34 140.3

Precipitación en (mm) para Tc=d = 2.34 horas

Intensidad en (mm/h) para Tc=d = 2.34 horas

De interpolar para Tc=d=2.34h Coeficiente es 0.3338

Descripción

Área (%)

CN

A*CN

Área forestal, pendiente promedio 10%

35

70

2450

Área pastos, pendiente promedio 7%

20

74

1480

Área cultivo, pendiente promedio 3%

10

88

880

Área de viviendas con techo de concreto

25

94

2350

Área verde con cobertura pobre, pendiente 4%

7

74

518

Área de pistas y parqueo de concreto

3

98

294

Total

100

7972 CN=

79.72

Descripción

Medida

Un

Área (A)

165.32

km2

Tiempo de concentración (Tc)

2.34

h

Coeficiente de uniformidad (K)

1.1713

Factor reductor (ka)

0.8521

Precipitación máxima 24h (T=100años) (Pd)

45.6

mm

Precipitación corregida (P)

38.86

mm

Intensidad (I)

10.40

mm/h

Numero de curva (CN)

79.72

Umbral de escorrentía (Po)

12.72

Coeficiente de escorrentía (C )

0.323

Caudal (Q=0.278 C I A K )

180.83

mm

m3/s

Actividad: 1. Estimar caudal máximo método racional para T= 50 y 100 años (con datos de la UD1 (delimitar cuenca A