ESTUDIO HIDROLÓGICO CLIENTE EPSA E. S. P. PROYECTO Celsia Solar Espinal REFERENCIA DEL DOCUMENTO VENJE SOLAR 121.0
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ESTUDIO HIDROLÓGICO
CLIENTE
EPSA E. S. P.
PROYECTO
Celsia Solar Espinal
REFERENCIA DEL DOCUMENTO VENJE SOLAR
121.04-220-142-RE-001-RevAa
REFERENCIA DEL DOCUMENTO CLIENTE
CSE-2110-2019-ID-CIV-INF-003-A
PROYECTADO POR
Ing. Hugo Andrés Morales Calderón
EJECUTADO POR
Ing. Hugo Andrés Morales Calderón
REVISADO POR
Ing. Sabrina Palleiro
APROBADO POR
Ing. Sebastián Labandera
Revisiones Revisión
Fecha
Ejecutado por
Revisado por
Aprobado por
Observaciones
A
19/11/2019
HMC
SPB
SLP
Emisión original
Este documento no podrá ser reproducido parcialmente sin la aprobación por escrito de quien lo emite (Ventus Ingeniería S.R.L.). En ningún caso el autor se responsabiliza de la exactitud de la información suministrada por el cliente, así como del uso y aplicación de las conclusiones obtenidas a partir de los resultados del análisis realizado que este pueda darle, correspondiendo dicha responsabilidad exclusivamente al cliente. This document shall not be partially reproduced, except with the prior written permission of the author (Ventus Ingeniería S.R.L.). Acceptance of this document by the client is on the basis that VENJE SOLAR is not in any way responsible for the accuracy of the information supplied by the customer and the application or use made of the findings of the results from the analysis and that such responsibility remains with the client.
Proyecto:
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OBJETO ............................................................................................................................................... 8
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GENERALIDADES ................................................................................................................................. 8
3
METODOLOGÍA ................................................................................................................................... 9
4
LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO .......................................................................................................... 10
5
CLIMATOLOGÍA ................................................................................................................................. 11 5.1 ESTACIONES EMPLEADAS ....................................................................................................................... 11 5.2 TRATAMIENTO DE LA INFORMACIÓN ......................................................................................................... 12 5.2.1 Llenado de Datos Faltantes ..................................................................................................... 12 5.2.2 Homogeneidad de las Series.................................................................................................... 12 5.3 RÉGIMEN CLIMÁTICO ............................................................................................................................ 14 5.3.1 Temperatura ............................................................................................................................ 14 5.3.2 Precipitación Media Mensual Multianual ................................................................................ 17 5.3.3 Precipitación Número de días Mensuales de Precipitación .................................................... 20 5.3.4 Precipitación Máxima en 24 Horas .......................................................................................... 21 5.3.5 Humedad Relativa ................................................................................................................... 22 5.3.6 Brillo Solar................................................................................................................................ 23 5.4 ANÁLISIS DE VALORES MÁXIMOS DE PRECIPITACIÓN PARA PERIODOS DE RETORNO ........................................... 24 5.4.1 Valores máximos de precipitación ........................................................................................... 26 5.4.2 Cálculo de curvas IDF por Método Simplificado ..................................................................... 27
6
ANÁLISIS HIDROLÓGICO DE LAS CUENCAS......................................................................................... 31 6.1 DELIMITACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE LAS CUENCAS .................................................................................. 31 6.1.1 Morfometría de las Microcuencas en Estudio ......................................................................... 32 6.1.2 Estimación Parámetros Morfométricos para las Microcuencas en Estudio ............................ 35 6.1.3 Estimación Tiempos de Concentración ................................................................................... 37 6.2 EVALUACIÓN DE CAUDALES .................................................................................................................... 38 6.2.1 Modelación Software HEC-HMS .............................................................................................. 38 6.2.2 Resultados Modelo Hidrológico – Hec HMS ............................................................................ 46 6.2.3 Modelación Hidráulica ............................................................................................................. 52 6.3 MODELACIÓN CANAL NATURAL............................................................................................................... 60 6.3.1 Método Racional ..................................................................................................................... 62 6.3.2 Estimación de Caudales ........................................................................................................... 64 6.3.3 Desarrollo de la Modelación Hidráulica .................................................................................. 64 6.3.4 Drenaje del predio ................................................................................................................... 73 6.3.5 Rondas Hídricas ....................................................................................................................... 74
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CONCLUSIONES ................................................................................................................................. 77
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LISTA DE ILUSTRACIONES Ilustración 1. Ubicación de la zona del proyecto. ...................................................10 Ilustración 2. Estaciones Meteorológicas Utilizadas para el Análisis Hidrológico .........11 Ilustración 3. Curvas simples de masa para datos de precipitación ..........................13 Ilustración 4. Curvas de doble masa para datos de precipitación.............................14 Ilustración 5. Temperatura media mensual Estación Aeropuerto Santiago Villa .........15 Ilustración 6. Temperatura media mensual Estación Aeropuerto Estación Nataima ....16 Ilustración 7. Temperatura media mensual Estación Aeropuerto Estación Chicoral ....16 Ilustración 8. Precipitación media mensual multianual Estación Aeropuerto Santiago Vila ......................................................................................................................18 Ilustración 9. Precipitación media mensual multianual Estación Carmen de Apicalá ...18 Ilustración 10. Precipitación media mensual multianual Estación Chicoral ................19 . Ilustración 11. Precipitación media mensual multianual Estación Nataima .............19 Ilustración 12. Precipitación media mensual multianual Estación Suárez ..................20 Ilustración 13. Número de días con lluvia en las estaciones seleccionadas ...............21 Ilustración 14.Número de días con lluvia en las estaciones seleccionadas ................22 Ilustración 15. Humedad relativa estaciones Aeropuerto Santiago Vila - Nataima ......23 Ilustración 16. Brillo solar estaciones Aeropuerto Santiago Vila - Nataima ................24 Ilustración 17. Polígonos de Thiessen ..................................................................25 Ilustración 18. Precipitaciones máximas anuales estación Chicoral ..........................27 Ilustración 19. Regiones en Colombia para definición de parámetros a, b, c y d ........28 Ilustración 20. Curvas IDF Estación Chicoral ........................................................30 Ilustración 21. Corrientes en el área de estudio ....................................................31 Ilustración 22. Quebrada La Espinal o La Pioja zona sur del área de estudio ............32 Ilustración 23. Canal natural zona norte del área de estudio ..................................32 Ilustración 24. Cuenca en estudio quebrada La Espinal ..........................................36 Ilustración 25. Sectores hidrográficos quebrada La Espinal ....................................39 Ilustración 26. Coberturas uso del suelo microcuenca La Espinal ............................41 Ilustración 27. Hietograma de precipitación para T=10 años ..................................44 Ilustración 28. Hietograma de precipitación para T=25 años ..................................44
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Ilustración 29. Hietograma de precipitación para T=50 años ..................................45 Ilustración 30. Hietograma de precipitación para T=100 años ................................46 Ilustración 31. Esquema de modelo Hec HMS microcuenca La Espinal .....................47 Ilustración 32. Hidrogramas unitarios Microcuenca La Espinal T= 10 años................48 Ilustración 33. Hidrogramas unitarios Microcuenca La Espinal T= 25 años...............49 Ilustración 34. Hidrogramas unitarios Microcuenca La Espinal T= 50 años................50 Ilustración 35. Hidrogramas unitarios Microcuenca La Espinal T= 100 años ..............51 Ilustración 36. Nivel lámina de agua sección transversal K0+000 T=10 años ...........52 Ilustración 37. Nivel lámina de agua sección transversal K0+320 T=10 años ...........53 Ilustración 38. Nivel Secciones Transversales Microcuenca La Espinal Hec RAS T= 10 años ...............................................................................................................53 Ilustración 39. Nivel lámina de agua sección transversal K0+000 T=25 años ...........54 Ilustración 40. Nivel lámina de agua sección transversal K0+320 T=25años ............55 Ilustración 41. Nivel Secciones Transversales Microcuenca La Espinal Hec RAS T= 25 años ...............................................................................................................55 Ilustración 42. Nivel lámina de agua sección transversal K0+000 T=50 años ...........56 Ilustración 43. Nivel lámina de agua sección transversal K0+339.07 T=50 años .......57 Ilustración 44. Nivel Secciones Transversales Microcuenca La Espinal Hec RAS T= 50 años ...............................................................................................................57 Ilustración 45. Nivel lámina de agua sección transversal K0+000 T=100 años .........58 Ilustración 46. Nivel lámina de agua sección transversal K0+320 T=100 años ..........59 Ilustración 47. Nivel Secciones Transversales Microcuenca La Espinal Hec RAS T= 100 años ...............................................................................................................59 Ilustración 48. Área de drenaje Canal Natural ......................................................61 Ilustración 49. Delimitación Áreas de drenaje Predio .............................................61 Ilustración 50. Nivel lámina de agua sección transversal K0+000 T=10 años ..........66 Ilustración 51. Nivel lámina de agua sección transversal K0+160 T=10 años ..........66 Ilustración 52. Nivel Secciones Transversales Canal Natural Hec RAS T= 10 años .....67 Ilustración 53. Nivel lámina de agua sección transversal K0+000 T=25 años ...........68 Ilustración 54. Nivel lámina de agua sección transversal K0+160 T=25 años ...........68 Ilustración 55. Nivel Secciones Transversales Canal Natural Hec RAS T= 25 años .....69
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Ilustración 56. Nivel lámina de agua sección transversal K0+000 T=50 años ...........70 Ilustración 57. Nivel lámina de agua sección transversal K0+160 T=50 años ..........70 Ilustración 58. Nivel Secciones Transversales Canal Natural Hec RAS T= 50 años .....71 Ilustración 59. Nivel lámina de agua sección transversal K0+000 T=100 años ..........72 Ilustración 60. Nivel lámina de agua sección transversal K0+160 T=100 años .........72 Ilustración 61. Nivel Secciones Transversales Canal Natural Hec RAS T= 100 años ...73 Ilustración 62. Sentidos de flujo de escorrentia area de estudio ..............................74 Ilustración 63. Ronda hídrica Quebrada La Espinal ................................................75 Ilustración 64. Acequia aguas arriba boxculvert ....................................................76 Ilustración 65. Acequia aguas arriba boxculvert ....................................................76
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LISTA DE TABLAS Tabla 1. Información Estaciones Meteorológica .....................................................11 Tabla 2. Temperatura media mensual (°C) en las estaciones Apto Santiago Vila y Nataima ..........................................................................................................15 Tabla 3. Precipitación total anual estaciones.........................................................17 Tabla 4. Número de días con lluvia en las estaciones seleccionadas ........................20 Tabla 5. Número de días con lluvia en las estaciones seleccionadas ........................21 Tabla 6. Precipitación máxima en 24 horas estaciones seleccionadas.......................22 Tabla 7. Brillo solar mensual multianual (horas) ...................................................24 Tabla 8. Brillo solar promedio multianual y total anual (Horas) ...............................24 Tabla 9. Precipitaciones máximas anuales estación Chicoral ...................................26 Tabla 10. Valores de los coeficientes a, b, c y d para el cálculo de las curvas intensidad......................................................................................................................28 Tabla 11. Curvas IDF Estación Chicoral ................................................................29 Tabla 12. Morfometría quebrada La Espinal ..........................................................37 Tabla 13. Tiempos de Concentración quebrada La Espinal ......................................38 Tabla 14. Parámetros morfométricos sectores hidrográficos ...................................40 Tabla 15. Tiempos de retardo de los sectores hidrográficos ....................................40 Tabla 16. Clasificación coberturas de uso del suelo ...............................................41 Tabla 17. Valores de CN para las diferentes coberturas de usos del suelo ................42 Tabla 18. Números de Curva obtenidos para cada sector hidrográfico .....................43 Tabla 19. Hietograma a partir de curvas IDF para T=10 años .................................43 Tabla 20. Hietograma a partir de Curvas IDF para T=25 años ................................44 Tabla 21. Hietograma a partir de Curvas IDF para T=50 años ................................45 Tabla 22. Hietograma a partir de Curvas IDF para T=100 años ..............................46 Tabla 23. Resultados Modelo Hec HMS Microcuenca La Espinal T= 10 años ..............47 Tabla 24. Resultados Modelo Hec HMS Microcuenca La Espinal T= 25 años ..............49 Tabla 25. Resultados Modelo Hec HMS Microcuenca La Espinal T= 50 años ..............50 Tabla 26. Resultados Modelo Hec HMS Microcuenca La Espinal T= 100 años ............51
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Tabla 27. Resultados Modelo Hec RAS T= 10 años ................................................54 Tabla 28. Resultados Modelo Hec RAS T= 25 años ................................................56 Tabla 29. Resultados Modelo Hec RAS T= 50 años ................................................58 Tabla 30. Resultados Modelo Hec RAS T= 100 años ..............................................60 Tabla 31. Áreas de drenaje del Predio por zona ....................................................62 Tabla 32. Morfometría canal natural ....................................................................62 Tabla 33. Valores del Coeficiente de Escorrentía en Áreas Rurales ..........................63 Tabla 34. Tiempo de concentración canal natural ..................................................64 Tabla 35. Caudales estimados por el Método Racional ...........................................64 Tabla 36. Coeficientes de rugosidad de Manning ...................................................65 Tabla 37. Resultados Modelo Hec RAS Canal Natural T= 10 años ...........................67 Tabla 38. Resultados Modelo Hec RAS Canal Natural T= 25 años ............................69 Tabla 39. Resultados Modelo Hec RAS Canal Natural T= 50 años ............................71 Tabla 40. Resultados Modelo Hec RAS Canal Natural T= 100 años ..........................73
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OBJETO
Realizar el estudio hidrológico y topográfico del predio donde se instalará la planta fotovoltaica El Espinal. Los resultados obtenidos en dicho estudio serán utilizados para la ejecución de la Ingeniería de detalle del parque como drenajes, caminos, fundaciones, alcantarillas y subestación transformadora.
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GENERALIDADES
En el siguiente informe se presentan las metodologías y los resultados de los análisis adelantados para la obtención de los caudales de las corrientes que tienen incidencia en la zona donde se instalará la planta fotovoltaica El Espinal. El área de estudio pertenece a la Cuenca Magdalena – Cauca y tiene como eje central al Río Magdalena. En la zona de estudio el régimen de precipitaciones presenta dos estaciones lluviosas a lo largo del año, la primera de comienzos de abril a finales de junio y la segunda de septiembre a finales de noviembre. Para la realización de los estudios y diseños que se presentan en este documento se tomó como base la siguiente información: Hidrometeorología de la zona de estudio: se realizó a partir del análisis de los datos de una estación climatológica operadas por el IDEAM. Tabla1. Estudios Técnicos: a continuación, se presentan los estudios técnicos consultados: o Diseño del sistema de drenaje de las variantes a Espinal y Guamo. Estudios de Hidrología, Hidráulica y Socavación el puente sobre el Río Luisa (Variante Guamo). Consorcio Solarte Solarte – 2007. o Estudio de hidrología, hidrometeorología, hidráulica y socavación Corredor 2 Girardot – Neiva. FONADE - Consorcio Consultoría Concesiones Viales de Colombia
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METODOLOGÍA
Como se mencionó el presente informe se realizó el estudio hidrológico detallado de los elementos drenaje en el área donde se instalará la planta fotovoltaica El Espinal. Para llevar a cabo el estudio de la hidrología del proyecto se han realizado los siguientes pasos:
Se recopilaron y georreferenciaron las planchas cartográficas (1:25.000) del IGAC (Instituto Geografico Agustin Codazzi, 2019) de la zona de estudio.
Se descargó un DEM de la zona con una resolución de 12,5mx12,5 m de https://www.asf.alaska.edu. A partir de las planchas y el DEM se obtuvieron la mayoría de los parámetros físicos de las cuencas, necesarios para el cálculo de caudales. Se consultó y descargaron de la página del IDEAM (Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales, 2019) los datos necesarios para la caracterización climática de la zona de estudio, así como la curva IDF de la estación utilizada para realizar el análisis de lluvias necesario para obtener los caudales de diseño. Para el cálculo de caudales por el método del hidrograma de escorrentía superficial se requiere conocer la tormenta de diseño representada mediante un hietograma construido partiendo de las curvas IDF, calculando las curvas de masas y aplicando el método del bloque alterno. Se descargaron y consultaron los mapas de suelos del territorio colombiano departamento del Tolima (Instituto Geográfico Agustín Codazzi, 2019) y el mapa de coberturas de la tierra 210-2012 (Instituto Amazónico de Investigaciones Científicas, 2019). Una vez obtenidas las características de las cuencas y la lluvia de diseño, se calculan los caudales para cada los periodos de retorno de 10, 25, 50 y 100 años. El método de cálculo varía en función del tamaño de la cuenca. Así, el caudal en las cuencas de hasta 2,5 km2 se calculó aplicando el Método Racional, el cual relaciona el caudal punta con el coeficiente de escorrentía de la cuenca, el área y la intensidad de la lluvia. Los caudales en las cuencas entre 2,5 y 20 km2 se calcularon aplicando el método del hidrograma unitario del United States Soil Conservation Service (SCS), que utiliza el hietograma para introducir el volumen y la distribución de la lluvia y el número de curva para determinar las pérdidas y el tiempo de desfase de la cuenca. (Instituto Nacional de Vías, 2009)
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LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO
La zona de proyecto se encuentra localizada en el municipio de El EspinalTolima y corresponde al predio de Colombiana de Tabacos con un área total de 16.89 Ha.
Ilustración 1. Ubicación de la zona del proyecto.
El predio objeto del estudio se encuentra dentro del área de la cuenca de la quebrada La Espinal o también conocida como quebrada La Pioja y un tributario de la quebrada Guayabal.
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CLIMATOLOGÍA
5.1 Estaciones Empleadas A continuación, se presenta el análisis de las condiciones climatológicas del área de estudio. Estos análisis se realizaron a partir de la información recopilada del IDEAM, se seleccionaron las estaciones teniendo en cuenta aquellas que se localizan cercanas a la zona de estudio y con datos representativos para llevar a cabo los análisis correspondientes con lo cual se caracterizó la variación espacial y temporal de los valores promedio mensual multianual de temperatura, precipitación, humedad relativa, radiación solar y nubosidad. En la Tabla 1 se listan dichas estaciones y sus características principales. En la Ilustración 2 se presenta la localización espacial de estas respecto al área de estudio. FECHA DE
CODIGO
NOMBRE
CATEGORIA
MUNICIPIO
NORTE
ESTE
21185040
Apto. Santiago Vila
CO
Flandes
964567.611
920014.39
15 /01/1951
21190290
Carmen de Apicalá
PM
951906.299
929428.459
15/02/1972
21215080
Chicoral
CO
Chicoral
959733.934
898096.941
15/05/1963
21185020
Nataima
AM
Espinal
954930.923
901965.311
15/08/1971
21180160
Suárez
PM
Suarez
940297.711
915161.538
15/12/1971
Carmen de Apicalá
INSTALACIÓN
Tabla 1. Información Estaciones Meteorológica
Ilustración 2. Estaciones Meteorológicas Utilizadas para el Análisis Hidrológico
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5.2 Tratamiento de la Información 5.2.1 Llenado de Datos Faltantes Previo al análisis de consistencia de las series y al análisis de homogeneidad, se realiza un llenado de datos faltantes, empleando los valores promedio mensuales multianuales para cada uno de los parámetros de las estaciones. En la Tabla 2 se presentan los porcentajes de datos faltantes de cada una de las series de datos mensuales empleadas para los distintos análisis. En la Figura 3 se presentan las series mensuales de precipitación de cada estación. La estación del Apto. Santiago Vila tiene un porcentaje de datos faltantes de 2.16%, Nataima del 4.06%, Suárez del 3.01%, Carmen de Apicalá del 7.97% y Chicoral del 6.76%.
5.2.2 Homogeneidad de las Series El análisis de homogeneidad permite encontrar en una serie, si se han presentado cambios o tendencias en los estadísticos media y varianza. En caso de que existan dichos cambios se debe evaluar si los mismos obedecen a intervenciones humanas o si son consecuencia de fenómenos naturales. El análisis de homogeneidad para verificar la calidad de la información se abarca en dos etapas: análisis exploratorio y análisis confirmatorio. El análisis exploratorio detecta los comportamientos específicos de la serie a partir del estudio gráfico de la muestra y el cálculo de estadísticos básicos. Existen varios procedimientos para hacer estos análisis, tales como gráficos de series de tiempo, gráficos de masa simple, gráficos de doble masa, gráficos de cuartiles, gráficos S-S, gráficos suavizados, gráficos de media móvil, etc. En el presente trabajo se empleó el gráfico de la serie de tiempo y las curvas de masa simple y doble masa. A continuación, se aplica el método de curva de masa para analizar de forma gráfica si la serie tiende a ser homogénea, o si por el contrario se presentan cambios visibles en cuyo caso la serie haya sido alterada (Ilustración 3). De acuerdo con lo observado en las siguientes figuras, se aprecia una tendencia lineal del acumulado de los datos de precipitación mensual, lo que indica que las condiciones de medición de los parámetros en las estaciónes, se ha mantenido constantes en el tiempo de registro ya que no se observan cambios de la pendiente.
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Estación Apto. Santiago Vila
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Estación Nataima
Estación Suarez
Estación Carmen de Apicalá
Estación Chicoral
Ilustración 3. Curvas simples de masa para datos de precipitación
En la Ilustración 4 se muestran las curvas de doble masa que fueron construidas tomando como patrón las precipitaciones mensuales acumuladas de la estación Santiago Vila, para un periodo de registro comprendido entre enero de 1980 a diciembre de 2016. Una curva doble masa se construye llevando en las ordenadas los valores acumulados de la estación en estudio y en abscisas los valores acumulados de un patrón. Al igual que las curvas de masa simple las curvas de doble masa muestran series con características homogéneas
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Estación Carmen de Apicalá
Estación Nataima
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Estación Chicoral
Estación Suárez
Ilustración 4. Curvas de doble masa para datos de precipitación
5.3 Régimen Climático 5.3.1 Temperatura En la Tabla 2 se presentan los datos registrados de temperatura media mensual para las estaciones Apto Santiago Vila, Nataima y Chicoral. En la Figura 14 se aprecia el régimen de la temperatura a nivel mensual. Los valores promedios de temperatura presentan un comportamiento bimodal, con valores por encima a la media entre enero a marzo y julio a septiembre, con un aumento máximo hacia el mes de agosto, descendiendo nuevamente hasta alcanzar una temperatura media mensual por debajo de la media anual desde octubre a diciembre, con incremento nuevamente de la temperatura en el mes de enero.
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Estación
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
Prom
Apto S. Vila
29.1
29.1
28.9
28.2
27.9
27.9
28.7
29.6
29.2
28.1
27.7
28.3
28.6
Nataima
28.5
28.6
28.4
27.7
27.5
27.6
28.3
29.2
28.8
27.7
27.3
27.6
28.1
Chicoral
27.6
27.6
27.5
26.8
26.6
26.8
27.5
28.2
27.8
26.8
26.5
26.8
26.8
Tabla 2. Temperatura media mensual (°C) en las estaciones Apto Santiago Vila y Nataima
TEMPERATURA MEDIA MENSUAL ESTACION APTO. SANTIAGO VILA 30
Temperatura Media Mensual (°C)
29.5 29
28.5 28 27.5 27 26.5
26 25.5 25
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
Apto Santiago Vila
29.1
29.1
28.9
28.2
27.9
27.9
28.7
29.6
29.2
28.1
27.7
28.3
Apto Santiago Vila
28.6
28.6
28.6
28.6
28.6
28.6
28.6
28.6
28.6
28.6
28.6
28.6
Ilustración 5. Temperatura media mensual Estación Aeropuerto Santiago Villa
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TEMPERATURA MEDIA MENSUAL ESTACION NATAIMA 29.5
Temperatura Media Mensual (°C)
29
28.5
28
27.5
27
26.5
26
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
Nataima
28.5
28.6
28.4
27.7
27.5
27.6
28.3
29.2
28.8
27.7
27.3
27.6
Nataima
28.1
28.1
28.1
28.1
28.1
28.1
28.1
28.1
28.1
28.1
28.1
28.1
Ilustración 6. Temperatura media mensual Estación Aeropuerto Estación Nataima
TEMPERATURA MEDIA MENSUAL ESTACION CHICORAL 28.5
Temperatura Media Mensual (°C)
28
27.5
27
26.5
26
25.5
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
Chicoral
27.6
27.6
27.5
26.8
26.6
26.8
27.5
28.2
27.8
26.8
26.5
26.8
Chicoral
27.2
27.2
27.2
27.2
27.2
27.2
27.2
27.2
27.2
27.2
27.2
27.2
Ilustración 7. Temperatura media mensual Estación Aeropuerto Estación Chicoral
Proyecto:
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5.3.2 Precipitación Media Mensual Multianual El régimen de precipitación para las diferentes estaciones es bimodal (Ilustración 5 a Ilustración 7), con dos períodos de lluvias intensas y dos períodos de baja precipitación. La temporada de lluvias altas que superan la media, se presenta entre los meses de marzo a mayo y septiembre a noviembre, con picos máximos generalmente en los meses de abril, mayo y octubre. La temporada de lluvias bajas se presenta a inicios, mitad y final del año, entre los meses de diciembre a febrero y junio a agosto, siendo los meses de julio y agosto los que presentan los valores mensuales más bajos en todas las estaciones. La precipitación media anual multianual varía entre 1178 mm y 1729 mm. La zona con menos precipitación anual se localiza hacia la estación de Apto Santiago Vila y la zona con mayor precipitación se localiza hacia la estación Suárez. En la Tabla 4 se presenta el valor promedio anual multianual de precipitación de cada una de las estaciones, junto con los valores mínimo y máximo de los promedios mensuales y el valor promedio mensual. En la Figura 22 se presenta la distribución espacial de la precipitación anual, de lo que se observa que la cuenca en su parte alta tiene una precipitación anual igual a 1450 mm y hacia la parte baja de 1500mm, es decir, en promedio, la cuenca presenta un valor anual de 1475 mm al año.
Estación
Total anual (mm)
Max. Mensual Multianual (mm)
Min. Mensual Multianual (mm)
Promedio mensual Multianual (mm)
Apto S. Vila
1177.5
171
37
98
Carmen de Apicalá
1657
214
45
139
Chicoral
1410
210
54
118
Nataima
1442
204
47
120
Suárez
1729
238
62
144
Tabla 3. Precipitación total anual estaciones
Proyecto:
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PRECIPITACION MEDIA MENSUAL MULTIANUAL ESTACION APTO. SANTIAGO VILA 180.00 160.00
Precipitación (mm)
140.00
120.00 100.00
80.00 60.00 40.00 20.00 0.00
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
Apto Santiago Vila
58.80
74.20
119.30
170.90
152.50
68.10
36.60
41.50
107.50
164.10
111.40
75.60
Apto Santiago Vila
98.10
98.10
98.10
98.10
98.10
98.10
98.10
98.10
98.10
98.10
98.10
98.10
Ilustración 8. Precipitación media mensual multianual Estación Aeropuerto Santiago Vila
PRECIPITACION MEDIA MENSUAL MULTIANUAL ESTACION CARMEN DE APICALA
Precipitación (mm)
200.00
150.00
100.00
50.00
0.00
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
Cramen de Apicalá
94.80
112.30
154.30
213.60
210.40
104.10
45.10
60.70
128.70
202.90
202.60
133.20
Cramen de Apicalá
138.60
138.60
138.60
138.60
138.60
138.60
138.60
138.60
138.60
138.60
138.60
138.60
Ilustración 9. Precipitación media mensual multianual Estación Carmen de Apicalá
Proyecto:
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PRECIPITACION MEDIA MENSUAL MULTIANUAL ESTACION CHICORAL 250.00
Precipitación (mm)
200.00
150.00
100.00
50.00
0.00
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
60.30
91.40
142.50
210.30
184.90
84.40
53.90
56.90
121.90
183.00
132.10
91.30
Chicoral 117.70
117.70
117.70
117.70
117.70
117.70
117.70
117.70
117.70
117.70
117.70
117.70
Chicoral
Ilustración 10. Precipitación media mensual multianual Estación Chicoral
PRECIPITACION MEDIA MENSUAL MULTIANUAL ESTACION NATAIMA
Precipitación (mm)
200.00
150.00
100.00
50.00
0.00
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
71.20
92.30
153.00
176.00
203.70
85.10
47.20
54.00
155.70
183.40
128.20
92.80
Nataima 120.20
120.20
120.20
120.20
120.20
120.20
120.20
120.20
120.20
120.20
120.20
120.20
Nataima
. Ilustración 11. Precipitación media mensual multianual Estación Nataima
Proyecto:
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PRECIPITACION MEDIA MENSUAL MULTIANUAL ESTACION SUAREZ 250.00
Precipitación (mm)
200.00
150.00
100.00
50.00
0.00
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
Suárez
101.30
109.40
149.30
238.10
230.30
106.40
62.10
66.00
143.00
213.30
181.50
128.20
Suárez
144.10
144.10
144.10
144.10
144.10
144.10
144.10
144.10
144.10
144.10
144.10
144.10
Ilustración 12. Precipitación media mensual multianual Estación Suárez
5.3.3 Precipitación Número de días Mensuales de Precipitación Respecto al número de días con lluvia al año, los valores más bajos están en la estación de Suárez con un total anual de 86 días. La estación Apto Santiago Vila presenta el mayor número de días con lluvia con un total anual de 142 días (Ilustración 13). En la Tabla 4 se muestra el número de días con lluvia en el año para cada una de las estaciones meteorológicas seleccionadas. Para el caso de la cuenca, las estaciones más cercanas a la misma indican que en esta el número de días con lluvia esta en promedio de 132 días al año.
Estación
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
Apto. S. Vila
8
10
13
16
15
12
9
8
12
15
14
10
6
8
10
12
13
9
5
5
9
12
12
9
Chicoral
7
9
11
15
15
10
7
6
11
15
12
9
Nataima
8
9
12
16
16
10
7
7
13
16
13
10
Suárez
5
6
8
11
11
6
4
3
7
10
9
6
Carmen de Apicalá
Tabla 4. Número de días con lluvia en las estaciones seleccionadas
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Estación
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Número de días con lluvia promedio al año
Apto. Santiago Vila
142
Carmen de Apicalá
110
Chicoral
127
Nataima
137
Suárez
86
Tabla 5. Número de días con lluvia en las estaciones seleccionadas
NUMERO PROMEDIO DE DIAS CON LLUVIA
160
142
137 127
140 110
No. de Días con Lluvia
120 86
100 80 60 40 20 0 Apto. Santiago Vila
Nataima
Suárez
Carmen de Apicalá
Chicoral
Ilustración 13. Número de días con lluvia en las estaciones seleccionadas
5.3.4 Precipitación Máxima en 24 Horas La estación Nataima presenta un valor máximo en 24 horas de 154 mm en toda la serie. La estación del Aeropuerto Santiago Vila presenta un máximo igual a 136 mm, Suárez igual a 150 mm y Carmen de Apicalá 132 mm. Por otro lado, el valor promedio de precipitación máxima en 24 horas varía entre 50mm y 60 mm en todas las estaciones. En la Tabla 7 se presenta los valores máximos de precipitación en 24 horas. En la Figura 24 se presenta la Máxima multianual de la precipitación máxima en 24 horas.
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Estación Apto. S. Vila Nataima Suárez Carmen de Apicalá Chicoral
Rev.: A Página 22 de 77
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
Valor Máximo
29.8
30.2
40.8
50
44.7
24.9
17.8
21.4
43.1
49.6
39.4
31.7
136
33.8
35.9
52.3
48.5
64.2
34.4
22.5
27.4
47
48.2
44.9
34.6
154
47
41.9
52.5
63.2
65.8
49
34.3
32.3
53.3
61.9
57.5
51.7
150
37.9
42.4
48.9
60.3
58.6
41
24
28.7
46
58.6
54.3
47.7
142
133
123
128
136
133.9
90.3
95
69
135
104
100
73.2
136
Tabla 6. Precipitación máxima en 24 horas estaciones seleccionadas
PRECIPITACIÓN MÁXIMA EN 24 HORAS MULTIANUAL 154 155
Precipitación Máxima 24 horas (mm)
150 150
145
142
140
136
136 135
130
125
Apto. Santiago Vila
Nataima
Suárez
Carmen de Apicalá
Chicoral
Ilustración 14.Número de días con lluvia en las estaciones seleccionadas
5.3.5 Humedad Relativa Es la relación expresada en tanto por ciento entre la tensión real del vapor de agua y la tensión de saturación a la misma temperatura. La relación humedad relativa y temperatura es inversa: cuando la temperatura aumenta, la capacidad del aire para retener vapor de agua aumenta y la humedad relativa disminuye, mientras que cuando la temperatura disminuye, la capacidad de retención decrece y la humedad relativa aumenta; adicionalmente la relación humedad relativa y precipitación es directa, dado que en los meses de mayores precipitaciones se presentan las mayores humedades relativas dependiendo del régimen pluviométrico de las lluvias.
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Adicionalmente, la humedad relativa y la temperatura permiten que la vegetación y la fauna adquieran diferencias fisonómicas de una zona a otra. La humedad relativa media mensual multianual en las estaciones analizadas presentan valores entre 68% y 70%. Para las estaciones Apto Santiago Vila y Nataima, el mes más húmedo es mayo con un valor de humedad de 74.89% y 75.78 %; respectivamente. Así mismo, en estas estaciones el mes menos húmedo es agosto con valores de 58.86% y 58.59 %. El promedio de humedad relativa en la zona es 68.8%. (Ilustración 15)
HUMEDAD RELATIVA ESTACIONES APTO. SANTIAGO VILA - NATAIMA 80.00
70.00
Humedad Relativa (%)
60.00
50.00
40.00
30.00
20.00
10.00
0.00
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Noviembre
Diciembre
65.30
65.38
68.00
72.50
74.89
71.37
63.98
58.86
Septiembr e 63.23
Octubre
Apto. Santiago Vila
70.17
74.04
70.26
Nataima
68.05
67.82
69.89
74.83
75.78
71.86
63.00
58.59
64.00
71.43
75.13
73.39
Ilustración 15. Humedad relativa estaciones Aeropuerto Santiago Vila - Nataima
5.3.6 Brillo Solar Los datos de las estaciones indican que Apto Santiago Vila recibe alrededor de 178.18 horas de brillo solar como promedio mensual, mientras Nataima tiene un promedio mensual de 173 horas (Tabla 8). De acuerdo con el comportamiento evidenciado en las estaciones los meses de febrero a marzo presentan el menor número de horas de brillo solar. Los meses en que se registran los valores más altos de brillo solar corresponden a julio y agosto, siendo el valor más alto en el mes de agosto, lo que coincide con los períodos de bajas precipitaciones, Figura 27.
Estación
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
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Apto S. Vila
197.6
169.1
159.8
150.8
166.8
173.8
192.5
192.7
176.6
185.7
179.3
193.5
Nataima
185.5
159.9
155.5
150.2
163.8
170.3
195.4
199.5
178.2
177.0
164.7
176.6
Tabla 7. Brillo solar mensual multianual (horas)
Estación
Promedio
Total anual
Apto S. Vila
197.6
169.1
Nataima
185.5
159.9
Tabla 8. Brillo solar promedio multianual y total anual (Horas)
BRILLO SOLAR ESTACIONES APTO. SANTIAGO VILA - NATAIMA 210.00
190.00
Humedad Relativa (%)
170.00
150.00
130.00
110.00
90.00
70.00
50.00
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Apto. Santiago Vila
197.60
169.10
159.80
150.80
166.80
173.80
192.50
Nataima
185.50
159.90
155.50
150.20
163.80
170.30
195.40
Octubre
192.70
Septiembr e 176.60
199.50
178.20
Diciembre
185.70
Noviembr e 179.30
177.00
164.70
176.60
193.50
Ilustración 16. Brillo solar estaciones Aeropuerto Santiago Vila - Nataima
5.4 Análisis de Valores Máximos de Precipitación para Periodos de Retorno Otro de los aspectos importantes en el comportamiento de las tormentas a nivel regional, es el volumen total de lluvia que cae, que, junto con la distribución temporal de la misma, conforman los aguaceros a emplear para los distintos periodos de retorno. El área de proyecto se encuentra dentro del área de influencia de la estación Nataima esta cuenta con datos de precipitaciones hasta el año 2009, por lo tanto, con el fin de tener un registro más amplio del comportamiento de la precipitación se toma y la estación Chicoral por ser una estación cercana al área del proyecto la cual cuenta con datos hasta el año 2017.
Proyecto:
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Ilustración 17. Polígonos de Thiessen
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5.4.1 Valores máximos de precipitación De acuerdo con los valores máximos registrados en la estación, los más altos valores se han presentado en los años 1973, 1992 y 2010, Con valores de 133.9mm, 135mm y 136 mm, respectivamente. A partir de los valores máximos anuales, se calcularon las curvas IDF por el método simplificado. Año
Precipitación Máxima (mm)
Año
Precipitación Máxima (mm)
1967
51.00
1993
100.00
1968
63.10
1994
128.00
1969
72.00
1995
60.00
1970
90.30
1996
95.00
1971
88.30
1997
118.00
1972
84.10
1998
99.00
1973
133.90
1999
85.00
1974
76.00
2000
104.00
1975
63.11
2001
77.00
1976
80.40
2002
94.00
1977
113.70
2003
102.00
1978
72.50
2004
45.00
1979
90.10
2005
108.00
1980
62.20
2006
73.00
1981
64.30
2007
118.00
1982
61.40
2008
133.00
1983
107.00
2009
65.00
1984
80.40
2010
136.00
1985
96.00
2011
70.00
1986
123.00
2012
68.60
1987
91.80
2013
77.00
1988
73.00
2014
118.60
1989
58.10
2015
61.60
1990
76.90
2016
94.30
1991
89.50
2017
95.40
1992
135.00
No. De Datos
51
Media
88.678
Desviación Típica
23.507
Coeficiente de Asimetría
0.383
Tabla 9. Precipitaciones máximas anuales estación Chicoral
Proyecto:
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PRECIPITACIONES MAXIMAS ANUALES ESTACION CHICORAL 160
140
Precipitación Máxima (mm)
120
100
80
60
40
20
0
1967
1972
1977
1982
1987
1992
1997
2002
2007
2012
2017
Años
Ilustración 18. Precipitaciones máximas anuales estación Chicoral
5.4.2 Cálculo de curvas IDF por Método Simplificado1 La metodología simplificada de cálculo de las curvas intensidad – duración – frecuencia se debe llevar a cabo siempre y cuando no se disponga de datos históricos de precipitación de corta duración (datos pluviográficos). Para Colombia se propone el método que se desarrolló en el estudio denominado Curvas Sintéticas Regionalizadas de Intensidad-Duración-Frecuencia. (Vargas M.R., Díaz-Granados O.M. 1998). En este estudio se dedujeron curvas intensidad-duración-frecuencia por correlación con la precipitación máxima promedio anual en 24 horas, el número promedio de días de lluvia al año, la precipitación total media anual y la elevación de la estación. La mejor correlación obtenida, sin embargo, fue la que se obtuvo con la precipitación máxima promedio anual en 24 horas en una estación, y es la que se propone para los estudios, además de que es la más sencilla de utilizar. La expresión resultante está dada por:
𝐼=
1
𝑎 ∗ 𝑇 𝑏 ∗ 𝑀𝑑 𝑐 (𝑡⁄60)
Manual de Drenaje para Carreteras. República de Colombia Ministerio de Transporte Instituto Nacional de Vias.2009
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Donde: i: Intensidad de precipitación, en milímetros por hora (mm/h). T: Periodo de retorno, en años. M: Precipitación máxima promedio anual en 24 h a nivel multianual t: Duración de la lluvia, en minutos (min). a, b, c, d: Parámetros de ajuste de la regresión. Estos parámetros fueron regionalizados como se presenta en la Ilustración 19, y sus valores se presentan en la Tabla 10.
Tabla 10. Valores de los coeficientes a, b, c y d para el cálculo de las curvas intensidadduración-frecuencia, IDF, para Colombia
El proyecto se encuentra ubicado en el departamento del Tolima, por lo tanto, se utilizaron los coeficientes pertenecientes a la región Andina (R1)
Ilustración 19. Regiones en Colombia para definición de parámetros a, b, c y d
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Al aplicar la fórmula regionalizada de las curvas IDF para Colombia, y cambiar sus parámetros para la región No. 1 se obtiene la siguiente ecuación:
𝐼=
0.94 ∗ 𝑇 0.18 ∗ 88.680.83 0.66 (𝑡⁄60)
Al reemplazar los valores del tiempo de retorno (T), y la duración (t) se obtiene la siguiente tabla:
Valores de Intensidad de precipitación según Duración de la misma y Frecuencia de repetición Duración (minutos)
Periodo de retorno (años) 10
25
50
100
15
81.32
95.90
108.64
123.08
30
51.46
60.69
68.76
77.89
45
39.38
46.44
52.61
59.61
60
32.57
38.41
43.52
49.30
75
28.11
33.15
37.56
42.55
90
24.92
29.39
33.30
37.72
105
22.51
26.55
30.08
34.07
120
20.61
24.31
27.54
31.20
135
19.07
22.49
25.48
28.87
150
17.79
20.98
23.77
26.93
165
16.71
19.70
22.32
25.29
180
15.77
18.60
21.07
23.87
195
14.96
17.64
19.99
22.65
210
14.25
16.80
19.04
21.56
225
13.61
16.05
18.19
20.60
240
13.05
15.38
17.43
19.75
255
12.53
14.78
16.75
18.97
270
12.07
14.23
16.13
18.27
Tabla 11. Curvas IDF Estación Chicoral
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CURVAS IDF ESTACION CHICORAL 150.00
Intensidad (mm/h)
125.00
100.00
75.00
50.00
25.00
0.00 15
30
45
60
75
90
105
120
135
150
165
180
195
Tiempo de Duración (min)
Ilustración 20. Curvas IDF Estación Chicoral
210
225
240
255
270
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6
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ANÁLISIS HIDROLÓGICO DE LAS CUENCAS
El presente numeral se presentan las actividades desarrolladas con las cuales se realizó el análisis hidrológico de las cuencas con influencia en el área de estudio. Los análisis aquí adelantados generan el conocimiento relacionado con la caracterización hidrológica para el área de influencia.
6.1 Delimitación y Caracterización de las Cuencas A partir de la información cartográfica existente se determinaron las diferentes microcuencas cuyos cauces cruzan por el área del proyecto, es de resaltar que con el DEM adquirido no fue posible determinar las microcuencas de las cuales el predio hace parte toda vez que la resolución del DEM debería ser más detallada debido a que los tamaños de las áreas hidrográficas son pequeñas. Para cada una de las cuencas y microcuencas delimitadas se estimaron sus características morfométricas básicas. Se determinó que la zona de estudio se encuentra dentro de las cuencas de la quebrada la Espinal y el Guayabal, la primera tiene una incidencia directa sobre el predio en la zona sur toda vez que su cauce recorre una parte del mismo y con este estudio se analizó la susceptibilidad del terreno a inundación por parte de esta quebrada, la zona norte del terreno drena a un canal natural (acequia) que tributario de la quebrada Guayabal, esta acequia es efímero y se encontraron pozos de alcantarillado en este.
Ilustración 21. Corrientes en el área de estudio
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En la Ilustración No. 22 se puede observar la quebrada La espinal la cual esta canalizada presentándose con secciones trapezoidales con diferentes pendientes en los taludes que la conforman a su paso por el predio en estudio.
Ilustración 22. Quebrada La Espinal o La Pioja zona sur del área de estudio
En la Ilustración 23 se puede observar el canal natural ubicado en la parte norte del predio.
Ilustración 23. Canal natural zona norte del área de estudio
6.1.1 Morfometría de las Microcuencas en Estudio Para el cálculo de las características hidrográficas de las microcuencas y subcuencas, se toma como base la cartografía básica y se determina los principales parámetros, tales como el área, perímetro, longitud del cauce, cotas máximas y mínimas, etc., de acuerdo con lo planteado a continuación:
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Área (A): El área de la cuenca limitada en el terreno por la divisoria de aguas. (Km2)
Perímetro (P): La longitud de la divisoria de aguas. (Km)
Longitud Axial (L): Distancia en línea recta entre la parte más alta de la cuenca, y la parte más baja o de desembocadura. (km)
Ancho Promedio (B): Relación entre el ancho medio y la longitud del cauce principal de la cuenca. El ancho medio se obtiene dividiendo el área de la cuenca por la longitud del cauce principal. (m)
𝐵=
𝐴 𝐿
Índice de Gravelius o Coeficiente de Compacidad (Kc) : Relación entre el perímetro de la cuenca y el perímetro de una circunferencia de área igual a la de la cuenca. Siendo así, cuanto más irregular sea la cuenca, mayor será su coeficiente de compacidad. Una cuenca circular tendrá un coeficiente mínimo, igual a 1.
𝐾𝑓 = 0.282
𝑃 √𝐴
Cuanto más irregular sea la cuenca, mayor será su coeficiente de compacidad. a partir de este se define la forma de la cuenca tomando como criterio los rangos que se muestran a continuación: Clase Kc1: Rango entre 1 y 1.25. Corresponde a una forma redonda a oval redonda Clase Kc2: Rango entre 1.25 y 1.5 Corresponde a una forma oval redonda a oval oblonga Clase Kc3: Rango entre 1.5 y mayor Corresponde a una forma oval oblonga a rectangular oblonga.
Si se asocia el Coeficiente de Compacidad con el Tiempo de Concentración, se tienen que en el caso mayor Coeficiente de Compacidad mayor es el tiempo de Concentración y, de allí, es de esperarse que la magnitud de la escorrentía generada por una precipitación en ella sea menor que en aquélla que posee el menor Coeficiente de Compacidad Sinuosidad del cauce. Para las cuencas de análisis los valores indican que tienen forma rectangular oblonga con tiempos de concentración largos.
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Coeficiente de Forma: Índice propuesto por Gravelius es la relación entre el área A de la cuenca y el cuadrado del máximo recorrido (L). Este parámetro mide la tendencia de la cuenca hacia las crecidas, rápidas y muy intensas a lentas y sostenidas, según que su factor de forma tienda hacia valores extremos grandes o pequeños, respectivamente.
𝐾𝑓 =
𝐴 𝐿2
Una cuenca con factor de forma bajo esta menos sujeta a crecientes que otra del mismo tamaño. Se entiende que: F > 1 la cuenca es achatada con tendencia a ocurrencia de avenidas. F < 1 la cuenca es alargada con baja susceptibilidad a las avenidas. Los cálculos del coeficiente de forma indican que las cuencas en general son alargadas, por lo que se espera que las mismas no tiendan a concentrar flujos, es decir, no presentan tendencia a desarrollar procesos de tipo torrencial.
Índice de alargamiento: Este índice muestra el comportamiento de la forma de la cuenca, pero esta vez no respecto a su redondez sino a su tendencia a ser de forma alargada, este parámetro relaciona la longitud axial con el ancho máximo de la cuenca. Se define como:
𝐼𝑎 =
𝐿𝑚 𝐵
Donde Ia es el Índice de alargamiento, Lm es la longitud máxima y B es el ancho máximo. Este índice permite predecir el movimiento del agua en los drenajes y potencia erosiva o de arrastre, se rige a partir de los siguientes parámetros: Ia > 1: Cuenca alargada. Ia ≈ 1: Cuenca achatada y por lo tanto el cauce principal es corto.
La estimación de este índice para las cuencas priorizadas corrobora que todas las microcuencas son alargadas.
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Cota Mayor (Hmax): La mayor altura que se presenta en la cuenca. (msnm)
Cota Mayor (Hmin): La menor altura que se presenta en la cuenca. (msnm)
Pendiente Media (Sm): La inclinación del cauce principal, definida por la diferencia en elevación entre la cota mayor y la cota menor dividida por la longitud axial de la cuenca.
Altura Media de la Cuenca: La elevación media a la que se ubica la cuenca definida en msnm.
Patrón de Drenaje: Según Blecher (1978). Los Patrones de Drenaje son los modelos formados por los canales que colectan, llevan y descargan el agua desde la superficie de las formas de la tierra.
Longitudd de Drenajes: Es la longitud total de los cursos de agua de la cuenca. (Km)
Densidad de Drenajes: Es la relación entre la longitud total de los cursos de agua de la cuenca y su área total. (m/Km2)
Longitud del Cauce Principal: Recorrido total del cauce principal, hasta su desembocadura.
6.1.2 Estimación Parámetros Morfométricos para las Microcuencas en Estudio Se determinaron lo parámetros morfométricos para la microcuenca de la quebrada La Espinal o La Pioja tomado como punto de control el puente ubicado en la Carrera 4 con Calle 6ª, toda vez que se analizó la incidencia del caudal máximo que transita por este canal y su impacto sobre el predio en estudio.
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Ilustración 24. Cuenca en estudio quebrada La Espinal
DESCRIPCION
UNIDAD
VALOR
Km2
17.046
Perímetro
Km
29.461
Longitud Axial
Km
10.73
Ancho Promedio
Km
1.59
Área
Coeficiente de Forma
0.15
Índice de Alargamiento
5.05
Índice de Gravelius
2.01
Cota Mayor
msnm
399.90
Cota Menor
msnm
335.00
%
15.49
Pendiente Media
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Longitud de Drenajes
km
11.11
Densidad de Drenaje
m/Km2
0.65
Km
8.42
m/m
0.0077
Longitud del Cauce Principal Pendiente del Cauce Principal
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Tabla 12. Morfometría quebrada La Espinal
6.1.3 Estimación Tiempos de Concentración El tiempo de concentración se define como el tiempo necesario, que tarda una gota de agua en el punto hidráulicamente más lejano de la cuenca en llegar hasta la salida de la cuenca o cruce en un determinado sitio, desde el inicio de la precipitación. Las estimaciones de los tiempos de concentración para las cuencas delimitadas a lo largo del corredor se hicieron basados en la metodología de cálculo propuesta por Kirpich, Témez y el cuerpo de Ingenieros de Estados Unidos. A continuación, se presenta la metodología aplicada para cada método.
Ecuación de Kirpich 𝐿 0.77 𝑇𝐶 = 0.06628 ( 0.5 ) 𝑆
Dónde: Tc: Tiempo de concentración, en horas (h). L: Longitud del cauce principal, en kilómetros (km) S: Pendiente entre las elevaciones máxima y mínima (pendiente total del cauce principal, en metros por metros (m/m)
Ecuación de Témez 𝑇𝑐 = 0.30 (
𝐿
𝑆
0.76
) 0.25
Dónde: Tc: Tiempo de concentración, en horas (h). L: Longitud del cauce principal, en kilómetros (km) S: Pendiente total del cauce principal, en porcentaje (%).
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Ecuación del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos 𝑇𝑐 = 0.28 (
𝐿
𝑆
0.76
) 0.25
Dónde: Tc: Tiempo de concentración, en horas (h). L: Longitud del cauce principal, en kilómetros (km) S: Pendiente total del cauce principal, en metros por metro (m/m)
TIEMPO DE CONCENTRACION CORRIENTE
Quebrada La Espinal
KIRPICH
TEMEZ
CUERPO DE INGENIEROS USA
2.22
3.82
3.56
PROMEDIO (Horas) 3.20
Tabla 13. Tiempos de Concentración quebrada La Espinal
6.2 Evaluación de Caudales
6.2.1 Modelación Software HEC-HMS La modelación de los caudales generados para la cuenca se realizó con el software HEC-HMS, no fue posible realizarlo de acuerdo al requerimiento de la Especificación Técnica exigida para el estudio Hidrológico y Topográfico con el software HEC Geo-HMS toda vez que no fue posible adquirir un DEM con una resolución detallada para la microcuenca de la quebrada La Espinal debido tamaño de la misma. Se estimó el hidrograma unitario para los periodos de retorno de 10, 25, 50 y 100 años. Así mismo se utilizó la propagación de los hidrograma en los tramos de cauce a través del modelo de Muskingum, por lo anterior la micro cuenca La Espinal fue dividida en tres sectores hidrográficos. A continuación, se presentan los parámetros requeridos por el software para realizar la modelación. 6.2.1.1
Morfometría Sectores Hidrográficos
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Ilustración 25. Sectores hidrográficos quebrada La Espinal
La morfometría de estos tres sectores hidrográficos es la siguiente: DESCRIPCION
UNIDAD
SECTOR 1
SECTOR 2
SECTOR 3
Área
Km2
11.80
0.95
4.30
Perímetro
Km
20.92
4.11
11.83
Longitud Axial
Km
8.09
1.69
2.61
Ancho Promedio
Km
1.46
0.56
1.65
Coeficiente de Forma
0.18
0.33
0.63
Índice de Alargamiento
4.27
2.47
1.58
Índice de Gravelius
1.72
1.19
1.61
Cota Mayor
msnm
399.90
363.77
355.24
Cota Menor
msnm
345.00
346.00
335.00
Pendiente Media
%
15.87
17.31
15.86
Longitud de Drenajes
km
6.13
1.46
2.79
Densidad de Drenaje
m/Km2
0.52
1.54
0.65
Km
5.63
1.46
2.79
m/m
0.0098
0.01
0.01
Longitud del Cauce Principal Pendiente del Cauce Principal
Proyecto:
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Tabla 14. Parámetros morfométricos sectores hidrográficos
6.2.1.2
Tiempo de Retardo
El tiempo de retardo está dado por: Lgt=0,6*tc
TIEMPO DE RETARDO
TIEMPO DE CONCENTRACION SECTOR HIDROGRAFICO Sector 1 Sector 2 Sector 3
KIRPICH
TEMEZ
CUERPO DE INGENIEROS USA
PROMEDIO (Horas)
1.491 0.484 0.973
2.689 0.924 1.668
2.510 0.863 1.557
2.230 0.757 1.399
Lgt (min) 80.28 27.26 50.38
Tabla 15. Tiempos de retardo de los sectores hidrográficos
6.2.1.3
Estimación del Numero de Curva (CN)
Los complejos de cubierta hidrológica del suelo describen una combinación específica de los grupos de suelos hidrológicos, el uso y el tratamiento de la tierra, la condición hidrológica superficial y las condiciones de humedad antecedente. Todos estos factores tienen un comportamiento directo sobre la cantidad de escorrentía producida por una hoya hidrográfica. El grupo hidrológico de suelos describe el tipo de suelo. El uso y el tratamiento del suelo describen el tipo y la condición de la cubierta vegetal. La condición hidrológica se refiere a la capacidad de la superficie de la hoya hidrográfica para aumentar o impedir la escorrentía directa. La condición de humedad antecedente tiene en cuenta la historia reciente de la precipitación y, consecuentemente, es una medida de la cantidad almacenada por la hoya. El Número de Curva es estimado a partir de las coberturas de suelo de cada una de las subcuencas. Como insumo para definir los CN se utilizó el mapa de Coberturas de la tierra, Período 2005 – 2009, Escala 1:100.000. (Instituto Amazónico de Investigaciones Científicas, 2019), el cual sigue la metodología Corine Land Cover adaptada para Colombia (Ilustración 27). En la cuenca analizada se presentan los siguientes tipos de cobertura:
COBERTURA DE USO DEL SUELO 1.1.1. Tejido urbano continuo 1.2.1. Zonas industriales o comerciales 2.1.2. Cereales
LEYENDA 1.1.1. Tejido urbano continuo 1.2.1. Zonas industriales o comerciales 2.1.2.1. Arroz
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2.2.3. Cultivos permanentes arbóreos 2.4.1. Mosaico de cultivos
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2.2.3.1. Otros cultivos permanentes arbóreos 2.4.1. Mosaico de cultivos
Tabla 16. Clasificación coberturas de uso del suelo
Ilustración 26. Coberturas uso del suelo microcuenca La Espinal
La cuenca de la quebrada La Espinal de acuerdo al mapa de Geopedología de Colombia (Escala 1: 500,000) del Instituto Geográfico Agustín Codazzi (2012), se encuentra la unidad PX3n, con paisaje Coluvio-Aluvial, pendiente < al 12%, y drenaje imperfecto a excesivo. Para estimar el CN de la cuenca, estando en una misma unidad de suelo, a cada una de estas coberturas, se le asignó un Número de Curva (CN) de acuerdo con los valores típicos reportados en la literatura por V.T. Chow (1994) (tabla 5.5.2 Pg., 152-155). Para estimar los CN se debe definir el grupo hidrológico del suelo de acuerdo con el tipo de suelo. En función del tipo de suelo se definen cuatro grupos: Grupo A: Arena profunda, suelos profundos depositados por el viento y limos agregados. Grupo B: Suelos poco profundos depositados por el viento y marga arenosa. Grupo C: Margas arcillosas, margas arenosas poco profundas, suelos
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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. De acuerdo con las características del suelo se definió que el grupo hidrológico aplica a la cuenca es el Grupo B. A continuación, en la Tabla 17 se presentan los CN asignados por cada tipo de cobertura.
COBERTURA DE USOS DEL SUELO 1.1.1. 1.2.1. 2.1.2. 2.2.3. 2.4.1.
Tejido urbano continuo Zonas industriales o comerciales Cereales Cultivos permanentes arbóreos Mosaico de cultivos
CN 85 88 81 65 70
Tabla 17. Valores de CN para las diferentes coberturas de usos del suelo
Para cada una de los sectores hidrográficos se determinaron las coberturas de suelo, y las áreas correspondientes (Ilustración 26). De esta forma, asignando a cada cobertura un valor del CN determinándose el valor ponderado para cada uno de los sectores utilizando la siguiente ecuación:
𝐶𝑁 =
∑ 𝐶𝑁𝑖 ∗ 𝐴𝑖 𝐴𝑇
Los valores de CN ponderados obtenidos son los siguientes:
SECTOR HIDROGRAFICO SECTOR 1 2.4.1. Mosaico de cultivos 2.2.3. Cultivos permanentes arbóreos 2.1.2. Cereales SECTOR 2 2.4.1. Mosaico de cultivos 2.1.2. Cereales SECTOR 3 2.4.1. Mosaico de cultivos 1.2.1. Zonas industriales o comerciales 1.1.1. Tejido urbano continuo 2.1.2. Cereales
AREA (Km2)
CN
AREA X CN
4.038737
70
282.71159
0.982217
65
63.844105
6.77997
81
549.17757
0.3646 0.5837
70 81
25.522 47.2797
0.0394
70
2.758
0.2283
88
20.0904
1.286 2.7423
85 81
109.31 222.1263
CN PONDERADO
76
77
83
Proyecto:
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Tabla 18. Números de Curva obtenidos para cada sector hidrográfico
6.2.1.4
Hietogramas
A partir de las curvas de intensidad frecuencia duración – IDF de la estación Chicoral se ponderó su incidencia sobre la cuenca para un periodo de retorno de 10, 25, 50 y 100 años.
Hietograma de precipitación para T=10 años Instante (min)
Intensidad (mm/h)
15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270
146.95 93.00 71.17 58.86 50.80 45.04 40.68 37.25 34.47 32.15 30.19 28.51 27.04 25.75 24.60 23.58 22.65 21.81
Precipitación acumulada (mm) 36.74 46.50 53.38 58.86 63.50 67.56 71.20 74.50 77.55 80.38 83.02 85.52 87.87 90.12 92.26 94.30 96.27 98.16
Precipitación (mm) 36.74 9.76 6.87 5.48 4.64 4.06 3.64 3.31 3.04 2.83 2.65 2.49 2.36 2.24 2.14 2.05 1.96 1.89
Intensidad parcial (mm/h) 440.86 117.16 82.48 65.82 55.67 48.73 43.62 39.68 36.53 33.94 31.77 29.91 28.31 26.91 25.67 24.56 23.57 22.67
Hietograma (mm) 1.96 2.14 2.36 2.65 3.04 3.64 4.64 6.87 36.74 9.76 5.48 4.06 3.31 2.83 2.49 2.24 2.05 1.89
Tabla 19. Hietograma a partir de curvas IDF para T=10 años
Hietograma precipitación T=10 años 40 30
20 10
Tiempo (minutos) mm de precipitación por instante tiempo
270
255
240
225
210
195
180
165
150
135
120
105
90
75
60
45
30
0 15
Precipitación (mm)
Proyecto:
Referencia Cliente: CSE-2110-2019-ID-CIV-INF-003 Referencia Venje Solar: 121.04-220-142-RE-001-RevAa
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Ilustración 27. Hietograma de precipitación para T=10 años
Hietograma de precipitación para T=25 años
Instante (min)
Intensidad (mm/h)
15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270
173.31 109.68 83.93 69.41 59.91 53.12 47.98 43.93 40.65 37.92 35.60 33.62 31.89 30.36 29.01 27.80 26.71 25.72
Precipitación Precipitación acumulada (mm) (mm) 43.33 43.33 54.84 11.51 62.95 8.11 69.41 6.47 74.89 5.47 79.68 4.79 83.96 4.29 87.86 3.90 91.45 3.59 94.79 3.34 97.91 3.12 100.85 2.94 103.63 2.78 106.28 2.64 108.80 2.52 111.21 2.41 113.53 2.32 115.76 2.23
Intensidad parcial (mm/h) 173.31 46.06 32.42 25.87 21.89 19.16 17.15 15.60 14.36 13.34 12.49 11.76 11.13 10.58 10.09 9.66 9.26 8.91
Hietograma (mm) 2.32 2.52 2.78 3.12 3.59 4.29 5.47 8.11 43.33 11.51 6.47 4.79 3.90 3.34 2.94 2.64 2.41 2.23
Tabla 20. Hietograma a partir de Curvas IDF para T=25 años
50
40 30 20 10
Tiempo (min) mm de precipitación por instante tiempo
Ilustración 28. Hietograma de precipitación para T=25 años
Hietograma de precipitación para T=50 años
270
255
240
225
210
195
180
165
150
135
120
105
90
75
60
45
30
0 15
Preciptación (mm)
Hietograma Precipitación T=25 años
Proyecto:
Referencia Cliente: CSE-2110-2019-ID-CIV-INF-003 Referencia Venje Solar: 121.04-220-142-RE-001-RevAa
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Instante (min)
Intensidad (mm/h)
Precipitación acumulada (mm)
Precipitación (mm)
Intensidad parcial (mm/h)
Hietograma (mm)
15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270
196.33 124.26 95.08 78.64 67.87 60.18 54.35 49.77 46.05 42.95 40.33 38.08 36.12 34.40 32.87 31.50 30.26 29.14
49.08 62.13 71.31 78.64 84.84 90.26 95.12 99.54 103.60 107.38 110.92 114.25 117.40 120.40 123.26 125.99 128.61 131.14
49.08 13.04 9.18 7.33 6.20 5.43 4.86 4.42 4.07 3.78 3.54 3.33 3.15 3.00 2.86 2.73 2.62 2.52
196.33 52.18 36.73 29.31 24.79 21.70 19.43 17.67 16.27 15.11 14.15 13.32 12.61 11.98 11.43 10.94 10.50 10.10
2.62 2.86 3.15 3.54 4.07 4.86 6.20 9.18 49.08 13.04 7.33 5.43 4.42 3.78 3.33 3.00 2.73 2.52
Tabla 21. Hietograma a partir de Curvas IDF para T=50 años
Tiempo (min) mm de precipitación por instante tiempo
Ilustración 29. Hietograma de precipitación para T=50 años
Hietograma de precipitación para T=100 años
270
255
240
225
210
195
180
165
150
135
120
105
90
75
60
45
30
60 50 40 30 20 10 0
15
Precipitación (mm)
Hietograma Precipitación T=50 años
Proyecto:
Referencia Cliente: CSE-2110-2019-ID-CIV-INF-003 Referencia Venje Solar: 121.04-220-142-RE-001-RevAa
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Instante (min)
Intensidad (mm/h)
Precipitación acumulada (mm)
Precipitación (mm)
Intensidad parcial (mm/h)
Precipitación Alternada (mm)
15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270
222.42 140.77 107.72 89.09 76.89 68.17 61.58 56.38 52.17 48.66 45.69 43.14 40.92 38.97 37.24 35.68 34.28 33.01
55.61 70.38 80.79 89.09 96.11 102.26 107.76 112.76 117.37 121.65 125.66 129.43 133.00 136.40 139.63 142.73 145.71 148.56
55.61 14.78 10.40 8.30 7.02 6.15 5.50 5.01 4.61 4.28 4.01 3.77 3.57 3.39 3.24 3.10 2.97 2.86
222.42 59.11 41.61 33.21 28.09 24.59 22.01 20.02 18.43 17.12 16.03 15.09 14.28 13.58 12.95 12.39 11.89 11.44
2.97 3.24 3.57 4.01 4.61 5.50 7.02 10.40 55.61 14.78 8.30 6.15 5.01 4.28 3.77 3.39 3.10 2.86
Tabla 22. Hietograma a partir de Curvas IDF para T=100 años
Tiempo (mm) mm de precipitación por instante tiempo
Ilustración 30. Hietograma de precipitación para T=100 años
6.2.2 Resultados Modelo Hidrológico – Hec HMS
270
255
240
225
210
195
180
165
150
135
120
105
90
75
60
45
30
35 30 25 20 15 10 5 0
15
Precipitación (mm)
Hietograma Precipitación T=100 años
Proyecto:
Celsia Solar Espinal ESTUDIO HIDROLÓGICO
Referencia Cliente: CSE-2110-2019-ID-CIV-INF-003 Referencia Venje Solar: 121.04-220-142-RE-001-RevAa
Ilustración 31. Esquema de modelo Hec HMS microcuenca La Espinal
6.2.2.1 Modelo Periodo de Retorno 10 años
Tabla 23. Resultados Modelo Hec HMS Microcuenca La Espinal T= 10 años
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Ilustración 32. Hidrogramas unitarios Microcuenca La Espinal T= 10 años
Rev.: A Página 48 de 77
Proyecto:
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6.2.2.2 Modelo Periodo de Retorno 25 años
Tabla 24. Resultados Modelo Hec HMS Microcuenca La Espinal T= 25 años
Ilustración 33. Hidrogramas unitarios Microcuenca La Espinal T= 25 años
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Proyecto:
Celsia Solar Espinal ESTUDIO HIDROLÓGICO
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6.2.2.3 Modelo Periodo de Retorno 50 años
Tabla 25. Resultados Modelo Hec HMS Microcuenca La Espinal T= 50 años
Ilustración 34. Hidrogramas unitarios Microcuenca La Espinal T= 50 años
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Proyecto:
Celsia Solar Espinal ESTUDIO HIDROLÓGICO
Referencia Cliente: CSE-2110-2019-ID-CIV-INF-003 Referencia Venje Solar: 121.04-220-142-RE-001-RevAa
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6.2.2.4 Modelo Periodo de Retorno 100 años
Tabla 26. Resultados Modelo Hec HMS Microcuenca La Espinal T= 100 años
Ilustración 35. Hidrogramas unitarios Microcuenca La Espinal T= 100 años
Proyecto:
Referencia Cliente: CSE-2110-2019-ID-CIV-INF-003 Referencia Venje Solar: 121.04-220-142-RE-001-RevAa
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6.2.3 Modelación Hidráulica En los siguientes numerales se presentan los resultados de la modelación hidráulica donde se puede observar que la lámina de agua obtenida para los diferentes caudales pico con los periodos de retorno de 10, 25, 50 y 100 años no inundan el predio en estudio, aunque la lámina supera la estructura, canal en concreto que corresponde al cauce de la quebrada La Espinal, el cual desde el K0+000 hasta el K0+120 conforma una sección rectangular el talud no permite el desbordamiento del cauce; a partir del el K0+120 hasta el K0+339.07 se conforma una sección trapezoidal para el canal este no es desbordado por el caudal modelado.
En cuanto a la cota máxima para cada uno de los caudales modelado puede ser observada para las diferentes secciones en las tablas resultados del modelo en la columna W.S. Elev.
6.2.3.1
Modelo Periodo de Retorno 10 años
Espinal
Plan: Plan 01
14/11/2019
K0+000 .011
.016
.011
316
Legend EG PF 1 WS PF 1
315
Ground Bank Sta
Elevation (m)
314
313
312
311
310
0
2
4
6
8
10
12
Station (m)
Ilustración 36. Nivel lámina de agua sección transversal K0+000 T=10 años
14
Proyecto:
Referencia Cliente: CSE-2110-2019-ID-CIV-INF-003 Referencia Venje Solar: 121.04-220-142-RE-001-RevAa
Celsia Solar Espinal ESTUDIO HIDROLÓGICO Espinal
Plan: Plan 01
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14/11/2019
K0+130 .011
.016
.011
315
Legend EG PF 1 WS PF 1 Crit PF 1
314
Ground Bank Sta
Elevation (m)
313
312
311
310
0
2
4
6
8
10
12
Station (m)
Ilustración 37. Nivel lámina de agua sección transversal K0+320 T=10 años
Espinal
Plan: Plan 01
14/11/2019 Legend
36
35
WS PF 1 34
Ground
33
Bank Sta
32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2
Ilustración 38. Nivel Secciones Transversales Microcuenca La Espinal Hec RAS T= 10 años
Proyecto:
Referencia Cliente: CSE-2110-2019-ID-CIV-INF-003 Referencia Venje Solar: 121.04-220-142-RE-001-RevAa
Celsia Solar Espinal ESTUDIO HIDROLÓGICO
Reach
RiverSta
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
Q Total (m3/s) 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5 63.5
Min Ch El (m) 310.76 310.89 310.81 310.72 310.7 310.69 310.68 310.67 310.67 310.65 310.6 310.55 310.44 310.34 310.24 310.14 310.03 309.92 309.82 309.75 309.68 309.66 309.64 309.61 309.59 309.49 309.49 309.3 309.14 309.05 308.75 308.75 308.53 308.32 308.19 308.71
W.S. Elev (m) 314.26 314.15 314.16 314.18 314.18 314.17 314.17 314.16 314.15 314.15 314.15 314.16 314.17 314.18 313.29 312.95 312.73 312.55 312.42 312.34 312.26 312.45 312.4 312.38 312.37 312.19 312.54 311.98 311.71 311.58 311.13 311.26 310.95 312.29 312.33 311.64
Crit W.S. (m) 313.46 314.57 314.55 314.53 314.52 314.52 314.51 314.5 314.5 314.49 314.48 314.47 314.45 314.44 313.29 313.18 313.07 312.96 312.87 312.8 312.72 312.7 312.68 312.66 312.64 312.54 312.54 312.35 312.19 312.09 311.79 311.79 311.58 311.37 312.74 311.64
E.G. Elev (m) 314.58 0.00087 0.000775 0.000682 0.000665 0.000657 0.000657 0.000649 0.000661 0.000644 0.000604 0.000567 0.000491 0.000438 314.35 314.29 314.22 314.16 314.09 314.02 313.96 313.81 313.8 313.78 313.75 313.69 313.6 313.51 313.43 313.36 313.25 313.09 312.99 312.76 0.000912 312.61
E.G. Slope (m) 0.000614 2.96 2.84 2.72 2.7 2.69 2.69 2.68 2.69 2.67 2.61 2.56 2.44 2.34 0.003376 0.004573 0.005298 0.005816 0.006118 0.006182 0.006259 0.004697 0.004856 0.004868 0.004763 0.005297 0.003376 0.005465 0.006376 0.006656 0.008423 0.006867 0.008002 0.001131 2.86 0.00302
Vel Chnl (m/s) 2.54 22.35 23.25 24.28 24.49 24.6 24.6 24.7 24.54 24.77 25.31 25.86 27.16 28.24 4.57 5.13 5.42 5.61 5.72 5.74 5.77 5.18 5.25 5.25 5.21 5.42 4.57 5.48 5.81 5.91 6.45 5.98 6.33 3.06 22.87 4.36
Rev.: A Página 54 de 77
Flow Area (m2) 25.39 10.04 10.15 10.27 10.3 10.31 10.31 10.32 10.3 10.33 10.39 10.46 10.61 10.74 13.89 12.39 11.72 11.31 11.1 11.05 11 12.26 12.11 12.1 12.2 11.72 13.89 11.58 10.93 10.75 9.84 10.62 10.03 21.2 10.42 14.57
Top Width (m) 10.84 0.53 0.5 0.47 0.47 0.47 0.47 0.46 0.47 0.46 0.45 0.43 0.41 0.39 6.55 6.24 6.1 6.01 5.96 5.95 5.94 6.21 6.18 6.18 6.2 6.1 6.55 6.07 5.92 5.88 5.67 5.85 5.72 9.71 0.54 7.56
Froude 0.44 0.53 0.5 0.47 0.47 0.47 0.47 0.46 0.47 0.46 0.45 0.43 0.41 0.39 1 1.16 1.25 1.31 1.34 1.35 1.35 1.18 1.2 1.2 1.19 1.25 1 1.27 1.37 1.4 1.57 1.42 1.53 0.59 0.54 1
Tabla 27. Resultados Modelo Hec RAS T= 10 años
6.2.3.2 Modelo Periodo de Retorno 25 años
Espinal
Plan: Plan 01
14/11/2019
K0+000 .011
.016
.011
316
Legend EG PF 1 WS PF 1
315
Ground Bank Sta
Elevation (m)
314
313
312
311
310
0
2
4
6
8
10
12
Station (m)
Ilustración 39. Nivel lámina de agua sección transversal K0+000 T=25 años
14
Proyecto:
Referencia Cliente: CSE-2110-2019-ID-CIV-INF-003 Referencia Venje Solar: 121.04-220-142-RE-001-RevAa
Celsia Solar Espinal ESTUDIO HIDROLÓGICO
Espinal
Plan: Plan 01
Rev.: A Página 55 de 77
14/11/2019
K0+320 .011
.016
.011
314
Legend EG PF 1 Crit PF 1
313
WS PF 1 Ground Bank Sta
Elevation (m)
312
311
310
309
308
0
2
4
6
8
10
12
Station (m)
Ilustración 40. Nivel lámina de agua sección transversal K0+320 T=25años
Espinal
Plan: Plan 01
14/11/2019 Legend
36
35
WS PF 1 34
Ground 33
Bank Sta
32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2
Ilustración 41. Nivel Secciones Transversales Microcuenca La Espinal Hec RAS T= 25 años
Proyecto:
Referencia Cliente: CSE-2110-2019-ID-CIV-INF-003 Referencia Venje Solar: 121.04-220-142-RE-001-RevAa
Celsia Solar Espinal ESTUDIO HIDROLÓGICO
Reach
RiverSta
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
Q Total (m3/s) 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84
Min Ch El (m) 310.76 310.89 310.81 310.72 310.7 310.69 310.68 310.67 310.67 310.65 310.6 310.55 310.44 310.34 310.24 310.14 310.03 309.92 309.82 309.75 309.68 309.66 309.64 309.61 309.59 309.49 309.49 309.3 309.14 309.05 308.75 308.75 308.53 308.32 308.19 308.71
W.S. Elev (m) 314.85 314.76 314.77 314.78 314.78 314.78 314.77 314.77 314.76 314.75 314.76 314.76 314.78 314.79 313.78 313.42 313.2 313.01 312.88 312.79 312.71 312.9 312.86 312.85 312.81 312.63 313.03 312.45 312.17 312.03 311.56 311.71 311.38 311.09 312.8 312.18
Crit W.S. (m) 313.78 315.2 315.18 315.17 315.16 315.15 315.15 315.14 315.14 315.13 315.12 315.11 315.1 315.08 313.78 313.67 313.56 313.45 313.36 313.28 313.22 313.19 313.17 313.15 313.13 313.03 313.03 312.84 312.68 312.58 312.28 312.28 312.11 311.9 311.77 312.18
E.G. Elev (m) 315.21 0.000734 0.000668 0.000606 0.000595 0.000589 0.000589 0.000584 0.000591 0.00058 0.000554 0.000528 0.000472 0.000421 314.98 314.92 314.85 314.79 314.72 314.66 314.6 314.45 314.44 314.41 314.4 314.34 314.24 314.14 314.07 314 313.89 313.73 313.63 313.54 313.29 313.18
E.G. Slope (m) 0.000544 3.05 2.96 2.86 2.85 2.84 2.84 2.83 2.84 2.83 2.78 2.74 2.64 2.54 0.003325 0.004429 0.00506 0.005536 0.005836 0.005938 0.006035 0.00463 0.004765 0.00467 0.004809 0.00526 0.003326 0.005224 0.006057 0.006329 0.007926 0.00657 0.007576 0.008462 0.000897 0.002386
Vel Chnl (m/s) 2.66 28.67 29.61 30.7 30.94 31.06 31.07 31.19 31.03 31.28 31.89 32.52 34.05 35.4 4.86 5.42 5.7 5.9 6.02 6.06 6.1 5.51 5.57 5.53 5.59 5.79 4.86 5.77 6.1 6.21 6.76 6.3 6.64 6.93 3.14 4.43
Rev.: A Página 56 de 77
Flow Area (m2) 31.81 10.78 10.89 11.17 11.3 11.36 11.36 11.43 11.34 11.48 11.79 12.1 12.82 12.82 17.27 15.49 14.73 14.24 13.95 13.86 13.78 15.23 15.07 15.18 15.02 14.51 17.27 14.55 13.76 13.53 12.43 13.34 12.64 12.13 27.93 19.28
Top Width (m) 10.84 0.5 0.48 0.46 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.44 0.43 0.41 0.39 7.2 6.87 6.72 6.62 6.57 6.55 6.53 6.82 6.79 6.81 6.78 6.68 7.2 6.69 6.53 6.48 6.25 6.44 6.29 6.18 10.6 10.25
Froude 0.42 0.5 0.48 0.46 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.44 0.43 0.41 0.39 1 1.15 1.23 1.29 1.32 1.33 1.34 1.18 1.19 1.18 1.2 1.25 1 1.25 1.34 1.37 1.53 1.4 1.5 1.58 0.55 0.92
Tabla 28. Resultados Modelo Hec RAS T= 25 años
6.2.3.3 Modelo Periodo de Retorno 50 años
Espinal
Plan: Plan 01
14/11/2019
K0+320 .011
.016
.011
315
Legend EG PF 1 Crit PF 1
314
WS PF 1 Ground Bank Sta
Elevation (m)
313
312
311
310
309
308
0
2
4
6
8
10
12
Station (m)
Ilustración 42. Nivel lámina de agua sección transversal K0+000 T=50 años
Proyecto:
Referencia Cliente: CSE-2110-2019-ID-CIV-INF-003 Referencia Venje Solar: 121.04-220-142-RE-001-RevAa
Celsia Solar Espinal ESTUDIO HIDROLÓGICO
Espinal
Plan: Plan 01
Rev.: A Página 57 de 77
14/11/2019
K0+000 .011
.016
.011
316
Legend EG PF 1 WS PF 1
315
Ground Bank Sta
Elevation (m)
314
313
312
311
310
0
2
4
6
8
10
12
14
Station (m)
Ilustración 43. Nivel lámina de agua sección transversal K0+339.07 T=50 años
Espinal
Plan: Plan 01
14/11/2019 Legend
36
WS PF 1
35 34
Ground 33
Bank Sta 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2
Ilustración 44. Nivel Secciones Transversales Microcuenca La Espinal Hec RAS T= 50 años
Proyecto:
Referencia Cliente: CSE-2110-2019-ID-CIV-INF-003 Referencia Venje Solar: 121.04-220-142-RE-001-RevAa
Celsia Solar Espinal ESTUDIO HIDROLÓGICO
Rev.: A Página 58 de 77
Q Total
Min Ch El
W.S. Elev
Crit W.S.
E.G. Elev
E.G. Slope
Vel Chnl
Flow Area
(m3/s)
(m)
(m)
(m)
(m)
(m/m)
(m/s)
(m2)
(m)
PF 1
65.2
310.76
312.84
313.49
314.85
0.008206
6.48
10.57
8.26
1.46
35
PF 1
65.2
310.89
313.04
313.52
314.67
0.005952
5.81
11.83
8.95
1.29
1
34
PF 1
65.2
310.81
312.96
313.44
314.61
0.006054
5.84
11.76
8.95
1.3
1
33
PF 1
65.2
310.72
312.86
313.36
314.54
0.006226
5.9
11.64
8.93
1.32
1
32
PF 1
65.2
310.7
312.88
313.33
314.45
0.005662
5.71
12.04
8.97
1.26
1
31
PF 1
65.2
310.69
312.92
313.32
314.36
0.004992
5.46
12.59
9.03
1.19
1
30
PF 1
65.2
310.68
313.02
313.31
314.25
0.004021
5.07
13.57
9.13
1.08
1
29
PF 1
65.2
310.67
313.12
313.3
314.18
0.003277
4.72
14.55
9.22
0.98
1
28
PF 1
65.2
310.67
313.3
313.3
314.15
0.002372
4.21
16.23
9.39
0.84
1
27
PF 1
65.2
310.65
313.28
313.28
314.12
0.002373
4.21
16.23
9.39
0.84
1
26
PF 1
65.2
310.6
313.12
313.23
314.09
0.002881
4.51
15.2
9.29
0.92
1
25
PF 1
65.2
310.55
313.03
313.18
314.05
0.003128
4.64
14.78
9.25
0.96
1
24
PF 1
65.2
310.44
312.8
313.07
314
0.003877
5
13.74
9.14
1.06
1
23
PF 1
65.2
310.34
312.66
312.98
313.95
0.004273
5.18
13.27
9.1
1.11
1
22
PF 1
65.2
310.24
313.33
313.33
314.41
0.003367
4.6
14.19
6.61
1
1
21
PF 1
65.2
310.14
312.99
313.23
314.34
0.004556
5.15
12.65
6.3
1.16
1
20
PF 1
65.2
310.03
312.77
313.11
314.28
0.005272
5.45
11.97
6.15
1.25
1
19
PF 1
65.2
309.92
312.59
313
314.21
0.005787
5.64
11.56
6.06
1.3
1
18
PF 1
65.2
309.82
312.46
312.91
314.15
0.006089
5.75
11.34
6.01
1.34
1
17
PF 1
65.2
309.75
312.38
312.84
314.08
0.006182
5.78
11.28
6
1.35
1
16
PF 1
65.2
309.68
312.3
312.77
314.02
0.006258
5.81
11.22
5.99
1.35
1
15
PF 1
65.2
309.66
312.49
312.75
313.87
0.004659
5.2
12.55
6.27
1.17
1
14
PF 1
65.2
309.64
312.45
312.72
313.86
0.004813
5.26
12.39
6.24
1.19
1
13
PF 1
65.2
309.61
312.4
312.7
313.85
0.004992
5.33
12.22
6.21
1.21
1
12
PF 1
65.2
309.59
312.39
312.68
313.82
0.004891
5.29
12.32
6.23
1.2
1
11
PF 1
65.2
309.49
312.22
312.58
313.76
0.00541
5.5
11.86
6.13
1.26
1
10
PF 1
65.2
309.49
312.58
312.58
313.66
0.003372
4.6
14.18
6.61
1
1
9
PF 1
65.2
309.3
312.02
312.39
313.57
0.005443
5.51
11.83
6.12
1.27
1
8
PF 1
65.2
309.14
311.75
312.23
313.49
0.00635
5.84
11.16
5.97
1.36
1
7
PF 1
65.2
309.05
311.62
312.13
313.42
0.006629
5.94
10.98
5.93
1.39
1
6
PF 1
65.2
308.75
311.17
311.83
313.31
0.00838
6.48
10.06
5.72
1.56
1
5
PF 1
65.2
308.75
311.3
311.83
313.14
0.006846
6.01
10.85
5.9
1.42
1
4
PF 1
65.2
308.53
310.99
311.62
313.05
0.007949
6.36
10.26
5.77
1.52
1
3
PF 1
65.2
308.32
310.7
311.41
312.95
0.0089
6.63
9.83
5.67
1.61
1
2
PF 1
65.2
308.19
310.54
311.28
312.86
0.009302
6.74
9.67
5.64
1.64
1
1
PF 1
65.2
308.71
311.68
311.68
312.66
0.003008
4.38
14.88
7.63
1
Reach
River Sta
Profile
1
36
1
Top Width Froude # Chl
Tabla 29. Resultados Modelo Hec RAS T= 50 años
6.2.3.4 Modelo Periodo de Retorno 100 años Espinal
Plan: Plan 01
14/11/2019
K0+000 .011
.016
.011
317
Legend EG PF 1 WS PF 1
316
Ground Bank Sta
Elevation (m)
315
314
313
312
311
310
0
2
4
6
8
10
12
14
Station (m)
Ilustración 45. Nivel lámina de agua sección transversal K0+000 T=100 años
Proyecto:
Referencia Cliente: CSE-2110-2019-ID-CIV-INF-003 Referencia Venje Solar: 121.04-220-142-RE-001-RevAa
Celsia Solar Espinal ESTUDIO HIDROLÓGICO Espinal
Plan: Plan 01
Rev.: A Página 59 de 77
14/11/2019
K0+320 .011
.016
.011
315
Legend EG PF 1 WS PF 1
314
Ground Bank Sta
Elevation (m)
313
312
311
310
309
308
0
2
4
6
8
10
12
Station (m)
Ilustración 46. Nivel lámina de agua sección transversal K0+320 T=100 años
Espinal
Plan: Plan 01
14/11/2019 Legend
36
WS PF 1
35 34
Ground 33
Bank Sta 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2
Ilustración 47. Nivel Secciones Transversales Microcuenca La Espinal Hec RAS T= 100 años
Proyecto:
Referencia Cliente: CSE-2110-2019-ID-CIV-INF-003 Referencia Venje Solar: 121.04-220-142-RE-001-RevAa
Celsia Solar Espinal ESTUDIO HIDROLÓGICO
Reach
RiverSta
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
Q Total (m3/s) 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7 124.7
Min Ch El (m) 310.76 310.89 310.81 310.72 310.7 310.69 310.68 310.67 310.67 310.65 310.6 310.55 310.44 310.34 310.24 310.14 310.03 309.92 309.82 309.75 309.68 309.66 309.64 309.61 309.59 309.49 309.49 309.3 309.14 309.05 308.75 308.75 308.53 308.32 308.19 308.71
W.S. Elev (m) 315.68 315.63 315.64 315.66 315.66 315.65 315.65 315.64 315.63 315.63 315.64 315.64 315.66 315.67 314.72 314.61 314.51 314.4 314.28 314.28 314.32 314.32 314.21 314.18 314.16 314.25 313.96 313.75 313.61 313.52 313.45 313.21 313.37 313.47 313.52 312.8
Crit W.S. (m) 316.16 316.15 316.14 316.12 316.11 316.11 316.1 316.09 316.09 316.08 316.07 316.06 316.05 316.04 314.72 314.61 314.51 314.4 314.28 314.21 314.16 314.14 314.11 314.09 314.06 313.96 313.96 313.75 313.61 313.52 313.21 313.21 314.28 314.21 314.18 312.8
E.G. Elev (m) 0.000576 0.000682 0.000626 0.000569 0.000558 0.000552 0.000552 0.000546 0.000553 0.000542 0.000516 0.000492 0.000443 0.000406 315.94 315.84 315.73 315.62 315.53 315.45 315.4 315.37 315.34 315.32 315.3 315.23 315.19 314.99 314.84 314.74 314.48 314.44 0.001561 0.001135 0.000966 314.06
E.G. Slope (m) 3.1 3.38 3.28 3.17 3.15 3.14 3.14 3.12 3.14 3.11 3.06 3.01 2.9 2.82 0.002362 0.002379 0.002359 0.002351 0.002428 0.002211 0.001953 0.001887 0.002121 0.002128 0.002116 0.001707 0.002378 0.002411 0.002378 0.002366 0.001831 0.002373 4.32 3.9 3.71 0.002265
Vel Chnl (m/s) 40.74 39.24 40.38 41.68 41.96 42.11 42.12 42.27 42.08 42.38 43.07 43.75 45.33 46.66 4.96 4.97 4.96 4.95 5.01 4.85 4.66 4.61 4.79 4.8 4.79 4.46 4.97 4.98 4.97 4.96 4.57 4.96 30.25 33.63 35.48 5.04
Flow Area (m2) 10.84 12.82 12.82 12.82 12.82 12.82 12.82 12.82 12.82 12.82 12.82 12.82 12.82 12.82 25.92 25.85 25.91 25.95 25.64 26.59 27.7 28.08 26.94 26.9 26.95 29.04 25.94 25.88 25.91 25.98 28.29 25.99 10.6 10.6 10.6 25.62
Rev.: A Página 60 de 77 Top Width (m) 0.45 0.5 0.48 0.46 0.46 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.44 0.43 0.41 0.39 10.61 10.52 10.58 10.61 10.48 10.63 10.61 10.7 10.62 10.65 10.69 10.64 10.64 10.6 10.61 10.61 10.48 10.62 0.73 0.63 0.59 10.25
Froude 0.45 0.5 0.48 0.46 0.46 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.44 0.43 0.41 0.39 0.88 0.89 0.88 0.88 0.89 0.86 0.81 0.8 0.84 0.84 0.84 0.76 0.89 0.89 0.89 0.88 0.79 0.88 0.73 0.63 0.59 0.93
Tabla 30. Resultados Modelo Hec RAS T= 100 años
6.3 Modelación Canal Natural En lo referente al canal natural ubicado en la parte norte del predio se evidenció en campo que esta es una corriente efímera, por lo tanto, se determina su nivel a partir de la tormenta de diseño, es de resaltar que se evaluará la descarga del área correspondiente del predio en estudio a partir del método racional.
Proyecto:
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Ilustración 48. Área de drenaje Canal Natural
Ilustración 49. Delimitación Áreas de drenaje Predio
Rev.: A Página 61 de 77
Proyecto:
Referencia Cliente: CSE-2110-2019-ID-CIV-INF-003 Referencia Venje Solar: 121.04-220-142-RE-001-RevAa
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Corriente de Descarga
Canal natural (Zona Norte) Quebrada La Espinal (Zona Sur)
Rev.: A Página 62 de 77
AREA Ha 0.084 0.061
Tabla 31. Áreas de drenaje del Predio por zona
Las condiciones morfométricas del área de drenaje se relacionan en la Tabla No. 18. DESCRIPCION
UNIDAD
VALOR
ha
8.43
Cota Mayor
msnm
313
Cota Menor
msnm
311
Km
0.175
m/m
0.011
Área
Longitud del Canal Pendiente del Canal
Tabla 32. Morfometría canal natural
6.3.1 Método Racional El cálculo de caudales mediante el método Racional es reconocido por su sencillez. Permite estimar el caudal máximo a partir de una lluvia de intensidad constante distribuida homogéneamente en toda el área de la cuenca y con una duración igual al tiempo de concentración de la cuenca. Al utilizar la fórmula racional, se supone que el caudal QE (caudal de escorrentía) toma un valor de caudal máximo (pico) QP, cuando, debido a una cierta intensidad de lluvia sobre el área de drenaje, es producido por esa precipitación que se mantiene por un tiempo igual al periodo de concentración del caudal en el punto en consideración. Teóricamente, éste es el tiempo de concentración, el cual se define como el tiempo requerido para que la escorrentía superficial fluya desde la parte más remota de la hoya hasta el punto de interés. Entonces, QP corresponde a una lluvia de intensidad i sobre un área de drenaje A, lluvia ésta que dure, como mínimo, un tiempo tal que toda el área de drenaje contribuya a la escorrentía superficial, siendo QP el caudal máximo de escorrentía superficial, el cual está dado por:
𝑄 = 0.278 𝐶 ∗ 𝐼 ∗ 𝐴
Proyecto:
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Dónde: Q = Caudal máximo de diseño (metros cúbicos sobre segundo 𝑚3/𝑠𝑒𝑔.) C = Coeficiente de escorrentía (tabla coeficientes de escorrentía método racional) I = Intensidad de precipitación máxima horaria (mm por hora) A = Área de la cuenca (kilómetros cuadrados 𝐾𝑚2).
6.3.1.1
Coeficiente de Escorrentía
La estimación del coeficiente de escorrentía se establece de acuerdo a las características hidrológicas y geomorfológicas de las cuencas cuyos cursos interceptan el alineamiento de la carretera en estudio. Los valores del coeficiente de escorrentía se determinaron de acuerdo a la Tabla 19 Valores de escorrentía en áreas rurales definidos en el Manual de Drenajes para Carreteras del INVIAS.
Tabla 33. Valores del Coeficiente de Escorrentía en Áreas Rurales
Para el área en estudio el valor del coeficiente de escorrentía corresponde a 0.30
Proyecto:
Referencia Cliente: CSE-2110-2019-ID-CIV-INF-003 Referencia Venje Solar: 121.04-220-142-RE-001-RevAa
Celsia Solar Espinal ESTUDIO HIDROLÓGICO
6.3.1.2
Rev.: A Página 64 de 77
Estimación Tiempo de Concentración
A partir delos datos de la morfometría de la zona de escurrimiento del canal se determinó el tiempo de concentración.
TIEMPO DE CONCENTRACION AREA HIDROGRAFICA Canal Natural
KIRPICH
TEMEZ
CUERPO DE INGENIEROS USA
PROMEDIO (Horas)
0.221
0.418
0.390
0.343
Tabla 34. Tiempo de concentración canal natural
6.3.2 Estimación de Caudales Aplicando la ecuación del método racional descrita en el numeral 6.3.1 se obtuvieron los siguientes caudales pico para los diferentes periodos de retorno.
TR
C
(años)
INTENSIDAD
AREA
CAUDAL MAXIMO
mm/h
km2
m3/s
10
0.3
117.6896476
0.084
0.828
25
0.3
138.7929683
0.084
0.976
50
0.3
157.2363172
0.084
1.106
100
0.3
178.1304899
0.084
1.253
Tabla 35. Caudales estimados por el Método Racional
6.3.3 Desarrollo de la Modelación Hidráulica La información requerida por el modelo HEC-RAS consiste en los caudales, la geometría de las secciones transversales del cauce, la rugosidad del fondo y las orillas, y las condiciones de frontera como se detalla a continuación.
6.3.3.1
Caudales
Para la modelación de la capacidad hidráulica de las estructuras se utilizó datos de caudales máximos calculados con base en el estudio de hidrología, analizando las capacidades de las estructuras que tenían asociada una cuenca determinada en el estudio hidrológico.
Proyecto:
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6.3.3.2
Referencia Cliente: CSE-2110-2019-ID-CIV-INF-003 Referencia Venje Solar: 121.04-220-142-RE-001-RevAa
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Geometría de las secciones
La geometría se basó en levantamientos topográficos de campo.
6.3.3.3
Definición de la Rugosidad
El número del coeficiente de rugosidad de Manning n del cauce se estimó basada en la literatura existente, especialmente en el libro Hidráulica de Canales Abiertos del autor Richard H. French para diferentes factores de rugosidad en canales naturales. A continuación, se presenta una descripción del número empleado en los modelamientos basados en este autor:
Número Manning “n”
0.026
0.030
0.032
0.042
Descripción del Canal
Fondo y bordos compuestos de arcilla. Bordos limpios excepto para pasto corto y expuesto a raíces de árboles en algunos lugares. Fondo consistente de arena y arcilla. Los bordos son generalmente suaves y libres de desarrollo vegetal durante las avenidas. Fondo consistente de arena y grava. El bordo izquierdo es de roca y el bordo derecho es principalmente de grava. Fondo consistente de arena y grava. Ambos bordos están alineados con árboles en la parte de arriba y abajo con la línea de agua. Tabla 36. Coeficientes de rugosidad de Manning
6.3.3.4
Resultados Modelación Hidráulica
En los resultados obtenidos el caudal natural permite la evacuación de las aguas de escorrentía superficial y no se presenta inundación en el predio toda vez que este tiene la capacidad para transportar los caudales obtenidos para los diferentes periodos de retorno. En cuanto a la cota máxima para cada uno de los caudales modelado puede ser observada para las diferentes secciones en las tablas resultados del modelo en la columna W.S. Elev.
Proyecto:
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Celsia Solar Espinal ESTUDIO HIDROLÓGICO
6.3.3.4.1
Rev.: A Página 66 de 77
Modelo Periodo de Retorno 10 años
canal .26
Plan: Plan 01
14/11/2019
.26
.26
313.0
Legend EG PF 1 WS PF 1 Crit PF 1
312.5
Ground Bank Sta
Elevation (m)
312.0
311.5
311.0
310.5
0
5
10
15
20
25
30
35
Station (m)
Ilustración 50. Nivel lámina de agua sección transversal K0+000 T=10 años
canal .26
Plan: Plan 01
14/11/2019
.26
.26
313.4
Legend
313.2
WS PF 1
313.0
Bank Sta
EG PF 1
Ground
Elevation (m)
312.8
312.6
312.4
312.2
312.0
311.8
311.6
0
5
10
15
20
25
Station (m)
Ilustración 51. Nivel lámina de agua sección transversal K0+160 T=10 años
30
Proyecto:
Referencia Cliente: CSE-2110-2019-ID-CIV-INF-003 Referencia Venje Solar: 121.04-220-142-RE-001-RevAa
Celsia Solar Espinal ESTUDIO HIDROLÓGICO canal
Plan: Plan 01
Rev.: A Página 67 de 77
14/11/2019 Legend WS PF 1 Ground Bank Sta
10 9
8 7 6
5 4
3
2 1
Ilustración 52. Nivel Secciones Transversales Canal Natural Hec RAS T= 10 años
Reach
RiverSta
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
36 35 34 33 32 31 30 29 28 27
Q Total (m3/s) 0.83 0.83 0.83 0.83 0.83 0.83 0.83 0.83 0.83 0.83
Min Ch El (m) 311.87 311.92 311.68 311.39 311.14 311.16 311.06 311.03 311.19 310.89
W.S. Elev (m) 312.63 312.42 312.25 312.16 312.14 312.13 312.11 312.08 311.97 311.58
Crit W.S. (m) 312.15 312.42 312.25 312.16 312.14 312.13 312.11 312.08 311.97 311.14
E.G. Elev (m) 312.63 0.010623 0.006516 0.003498 0.000479 0.000709 0.001152 0.001982 0.043512 311.58
E.G. Slope (m) 0.010822 0.21 0.18 0.14 0.07 0.07 0.1 0.14 0.41 0.01101
Vel Chnl (m/s) 0.3 3.86 4.48 6.06 13.32 11.9 9.37 6.39 2.02 0.24
Flow Area (m2) 3.12 9.5 9.55 12.82 23.91 21.18 15.85 12.35 5.51 3.51
Tabla 37. Resultados Modelo Hec RAS Canal Natural T= 10 años
Top Width (m) 6.13 0.11 0.09 0.06 0.03 0.03 0.04 0.05 0.21 7.61
Froude 0.12 0.11 0.09 0.06 0.03 0.03 0.04 0.06 0.21 0.11
Proyecto:
Referencia Cliente: CSE-2110-2019-ID-CIV-INF-003 Referencia Venje Solar: 121.04-220-142-RE-001-RevAa
Celsia Solar Espinal ESTUDIO HIDROLÓGICO
6.3.3.4.2
Rev.: A Página 68 de 77
Modelo Periodo de Retorno 25 años
canal .26
Plan: Plan 01
14/11/2019
.26
.26
313.0
Legend EG PF 1 WS PF 1 Crit PF 1
312.5
Ground Bank Sta
Elevation (m)
312.0
311.5
311.0
310.5
0
5
10
15
20
25
30
35
Station (m)
Ilustración 53. Nivel lámina de agua sección transversal K0+000 T=25 años
canal .26
Plan: Plan 01
14/11/2019
.26
.26
313.4
Legend
313.2
WS PF 1
313.0
Bank Sta
EG PF 1
Ground
Elevation (m)
312.8
312.6
312.4
312.2
312.0
311.8
311.6
0
5
10
15
20
25
Station (m)
Ilustración 54. Nivel lámina de agua sección transversal K0+160 T=25 años
30
Proyecto:
Referencia Cliente: CSE-2110-2019-ID-CIV-INF-003 Referencia Venje Solar: 121.04-220-142-RE-001-RevAa
Celsia Solar Espinal ESTUDIO HIDROLÓGICO canal
Plan: Plan 01
Rev.: A Página 69 de 77
14/11/2019 Legend WS PF 1 Ground Bank Sta
10 9
8 7 6
5 4
3
2 1
Ilustración 55. Nivel Secciones Transversales Canal Natural Hec RAS T= 25 años
Reach
RiverSta
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
36 35 34 33 32 31 30 29 28 27
Q Total (m3/s) 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98
Min Ch El (m) 311.87 311.92 311.68 311.39 311.14 311.16 311.06 311.03 311.19 310.89
W.S. Elev (m) 312.68 312.47 312.31 312.22 312.2 312.19 312.17 312.13 312.01 311.64
Crit W.S. (m) 312.17 312.47 312.31 312.22 312.2 312.19 312.17 312.13 312.02 311.16
E.G. Elev (m) 312.69 0.010003 0.006392 0.003537 0.000498 0.00076 0.001244 0.002129 0.041064 311.64
E.G. Slope (m) 0.011442 0.22 0.19 0.14 0.07 0.08 0.1 0.15 0.43 0.011011
Vel Chnl (m/s) 0.33 4.37 5.05 6.83 14.71 13.13 10.26 7.07 2.28 0.25
Flow Area (m2) 3.45 9.74 9.85 13.61 24.73 22.09 16.35 13.42 5.69 3.95
Tabla 38. Resultados Modelo Hec RAS Canal Natural T= 25 años
6.3.3.4.3
Modelo Periodo de Retorno 50 años
Top Width (m) 6.57 0.11 0.09 0.06 0.03 0.03 0.04 0.05 0.21 7.97
Froude 0.12 0.11 0.09 0.06 0.03 0.03 0.04 0.05 0.21 0.11
Proyecto:
Referencia Cliente: CSE-2110-2019-ID-CIV-INF-003 Referencia Venje Solar: 121.04-220-142-RE-001-RevAa
Celsia Solar Espinal ESTUDIO HIDROLÓGICO canal .26
Plan: Plan 01
Rev.: A Página 70 de 77
14/11/2019
.26
.26
313.0
Legend EG PF 1 WS PF 1 Crit PF 1
312.5
Ground Bank Sta
Elevation (m)
312.0
311.5
311.0
310.5
0
5
10
15
20
25
30
35
Station (m)
Ilustración 56. Nivel lámina de agua sección transversal K0+000 T=50 años
canal .26
Plan: Plan 01
14/11/2019
.26
.26
313.4
Legend
313.2
WS PF 1
313.0
Bank Sta
EG PF 1
Ground
Elevation (m)
312.8
312.6
312.4
312.2
312.0
311.8
311.6
0
5
10
15
20
25
Station (m)
Ilustración 57. Nivel lámina de agua sección transversal K0+160 T=50 años
30
Proyecto:
Referencia Cliente: CSE-2110-2019-ID-CIV-INF-003 Referencia Venje Solar: 121.04-220-142-RE-001-RevAa
Celsia Solar Espinal ESTUDIO HIDROLÓGICO canal
Plan: Plan 01
Rev.: A Página 71 de 77
14/11/2019 Legend WS PF 1 Ground Bank Sta
10 9
8 7 6
5 4
3
2 1
Ilustración 58. Nivel Secciones Transversales Canal Natural Hec RAS T= 50 años
Reach
RiverSta
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
36 35 34 33 32 31 30 29 28 27
Q Total (m3/s) 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11
Min Ch El (m) 311.87 311.92 311.68 311.39 311.14 311.16 311.06 311.03 311.19 310.89
W.S. Elev (m) 312.72 312.51 312.36 312.27 312.25 312.23 312.21 312.18 312.05 311.68
Crit W.S. (m) 312.19 312.51 312.36 312.27 312.25 312.23 312.21 312.18 312.06 311.17
E.G. Elev (m) 312.73 0.009525 0.006285 0.003535 0.00051 0.000788 0.00138 0.002229 0.039141 311.69
E.G. Slope (m) 0.011907 0.23 0.2 0.15 0.07 0.08 0.1 0.16 0.45 0.01101
Vel Chnl (m/s) 0.35 4.79 5.53 7.5 15.92 14.2 11.04 7.67 2.51 0.26
Flow Area (m2) 3.73 9.95 10.11 14.41 25.42 22.85 17.5 14.29 5.85 4.32
Tabla 39. Resultados Modelo Hec RAS Canal Natural T= 50 años
Top Width (m) 6.85 0.1 0.09 0.06 0.03 0.03 0.04 0.06 0.21 8.27
Froude 0.13 0.1 0.09 0.06 0.03 0.03 0.04 0.06 0.21 0.11
Proyecto:
Referencia Cliente: CSE-2110-2019-ID-CIV-INF-003 Referencia Venje Solar: 121.04-220-142-RE-001-RevAa
Celsia Solar Espinal ESTUDIO HIDROLÓGICO
6.3.3.4.4
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Modelo Periodo de Retorno 100 años
canal .26
Plan: Plan 01
14/11/2019
.26
.26
313.0
Legend EG PF 1 WS PF 1 Crit PF 1
312.5
Ground Bank Sta
Elevation (m)
312.0
311.5
311.0
310.5
0
5
10
15
20
25
30
35
Station (m)
Ilustración 59. Nivel lámina de agua sección transversal K0+000 T=100 años
canal .26
Plan: Plan 01
14/11/2019
.26
.26
313.4
Legend
313.2
WS PF 1
313.0
Bank Sta
EG PF 1
Ground
Elevation (m)
312.8
312.6
312.4
312.2
312.0
311.8
311.6
0
5
10
15
20
25
Station (m)
Ilustración 60. Nivel lámina de agua sección transversal K0+160 T=100 años
30
Proyecto:
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Celsia Solar Espinal ESTUDIO HIDROLÓGICO canal
Plan: Plan 01
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14/11/2019 Legend WS PF 1 Ground Bank Sta
10 9
8 7 6
5 4
3
2 1
Ilustración 61. Nivel Secciones Transversales Canal Natural Hec RAS T= 100 años
Reach
RiverSta
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
36 35 34 33 32 31 30 29 28 27
Q Total (m3/s) 1.13 1.13 1.13 1.13 1.13 1.13 1.13 1.13 1.13 1.13
Min Ch El (m) 311.87 311.92 311.68 311.39 311.14 311.16 311.06 311.03 311.19 310.89
W.S. Elev (m) 312.73 312.52 312.37 312.27 312.25 312.24 312.22 312.18 312.06 311.69
Crit W.S. (m) 312.19 312.52 312.37 312.27 312.25 312.24 312.22 312.18 312.07 311.17
E.G. Elev (m) 312.73 0.009465 0.006276 0.003535 0.000512 0.000788 0.001397 0.002242 0.038882 311.69
E.G. Slope (m) 0.011972 0.23 0.2 0.15 0.07 0.08 0.1 0.16 0.45 0.011009
Vel Chnl (m/s) 0.35 4.85 5.59 7.6 16.09 14.35 11.16 7.76 2.55 0.26
Flow Area (m2) 3.77 9.98 10.14 14.58 25.52 22.95 17.67 14.41 5.87 4.37
Top Width (m) 6.89 0.1 0.09 0.07 0.03 0.03 0.04 0.06 0.21 8.31
Froude 0.13 0.1 0.09 0.07 0.03 0.03 0.04 0.06 0.21 0.11
Tabla 40. Resultados Modelo Hec RAS Canal Natural T= 100 años
6.3.4 Drenaje del predio En la Ilustración 62 se identificó el drenaje del predio mediante el DEM obtenido del levantamiento topográfico, se observa una serie de canales naturales que irrigan el terreno garantizando la evacuación de las aguas de escorrentía superficial, no obstante, se requiere diseñar un sistema de canales que garanticen la evacuación del predio con el fin de evitar encharcamientos que afecten las estructura que se van a construir e instalar en el predio.
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Celsia Solar Espinal ESTUDIO HIDROLÓGICO
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Ilustración 62. Sentidos de flujo de escorrentia area de estudio
6.3.5 Rondas Hídricas Los cauces que se encuentran bordeando los linderos del predio objeto de estudio son un canal en la zona norte y la quebrada La Espinal en la zona sur. La Corporación Autónoma Regional del Tolima – CORTOLIMA realizó el estudio denominado “Elaboración del estudio hidrológico e hidráulico de la Quebrada Espinal y la determinación de las cotas de inundación con periodos de retorno de 25, 50 y 100 años y los estudios detallados de amenaza por inundación, vulnerabilidad y riesgos, y se definan las viviendas en alto riesgo mitigable y no mitigable de tal manera que sean determinas las medidas u obras a implementar con sus respectivos diseños” a través del Consorcio Cortolima 15, estudio que contiene el producto 4 donde se realizó la Definición del límite físico de ronda hídrica según la Guía Técnica de Criterios para el Acotamiento de las Rondas Hídricas en Colombia 2018. Versión Nº1., estudio en el cual se definió la ronda hídrica de la quebrada La Espinal, Ilustración 60.
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Celsia Solar Espinal ESTUDIO HIDROLÓGICO
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Ilustración 63. Ronda hídrica Quebrada La Espinal
En cuanto al canal natural de la zona norte del predio, este dirige las aguas generadas por escorrentía a un tributario de la quebrada Guyabal como se pude observan en la Ilustración 21, esta acequia es un elemento producto de las actividades antrópicas en la zona y actualmente es utilizada para descargar las aguas residuales provenientes de la zona residencial aledaña al predio dónde se encuentran un box culvert el cual recibe este volumen de aguas en conjunto con una red de pozos de alcantarillado. En el estudio consultado no se definen las rondas de las corrientes tributarias a la quebrada La Espinal, teniendo en cuenta las condiciones antes mencionadas el elemento de evacuación de aguas existente (acequia) en conjunto con una combinación de box culvert y una red de alcantarillado lo cual evidencia el impacto de las actividades antrópicas en la zona y presentándose la evacuación de un volumen de agua en este caso residual el cual no es natural.
En la Ilustración 64 se observar el volumen aguas arriba del boxculvert
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Ilustración 64. Acequia aguas arriba boxculvert
Aguas abajo de box culvert se cuenta con una acequia como se puede observar en la Ilustración65, se evidencia residuos sólidos arrastrados por la escorrentía superficial
Ilustración 65. Acequia aguas arriba boxculvert
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7
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CONCLUSIONES
En lo referente a la caracterización climática se utilizaron las estaciones Aeropuerto Vila, Carmen de Apicalá, Chicoral, Nataima y Súarez por ser las estaciones más cercanas al área del proyecto.
Se determinó que el área del proyecto drena las aguas de escorrentía por el costado norte a un canal natural que descarga a la quebrada Guayabal y por costado sur a la quebrada La Espinal o La Pioja.
La quebrada La espinal en su recorrido por el costado sur del predio se encuentra canalizada presentándose dos secciones una de tipo rectangular y la otra de tipo trapezoidal, el material es concreto.
Para determinar los caudales para el canal natural para los diferentes periodos de retorno se utilizó el método racional.
Se implementó el modelo HEC-HMS para la estimación de los caudales pico para la microcuenca la Espinal toda vez que no fue posible utilizar la extensión HEC-Geo HMS debido al a escala de la información consultada para la zona en estudio.
Con el modelo HEC-RAS se pudo determinar que los caudales transitados tanto para el canal natural como para la microcuenca La Espinal no inundan la zona de estudio, en lo concerniente a la escorrentía propia del terreno este cuenta con una serie de canales naturales que irrigan el terreno garantizando la evacuación de las aguas de escorrentía superficial, no obstante, se requiere diseñar un sistema de canales que garanticen la evacuación del predio con el fin de evitar encharcamientos que afecten las estructura que se van a construir e instalar en el predio.