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• J Briceño Mori

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FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

EXPERIENCIA CURRICULAR DE OBRAS HIDRÁULICAS

INFORME ACADÉMICO TRABAJO ESCALONADO II TÍTULO

DISEÑO DE CANAL HIDRÁULICO DE USO CONSUNTIVO EN EL DISTRITO DE OXAPAMPA, PASCO AUTOR: Briceño Mori Jesús Jhony ASESOR: Ing. Ricardo Padilla Pichen LIMA-PERÚ 2017

ÍNDICE “ DISEÑO DE CANAL HIDRÁULICO DE USO CONSUNTIVO EN EL DISTRITO DE OXAPAMPA, PASCO ” pág. Índice

2 CAPÍTULO I ASPECTOS GENERALES

1.1

Introducción

5

1.2

Antecedentes

6

1.3

Objetivos de investigación

7

1.3.1

Objetivos generales

7

1.3.2

Objetivos específicos

7

1.4

Justificación

7

1.5

Marco teórico

7

1.5.1

Uso consuntivo

7

1.5.2

Evapotranspiración

8

1.5.3

Métodos indirectos para determinar C.UR.

8

1.5.3.1

Método de Blaney - Criddle

9

1.5.3.2

Método de Thorntwaite

11

1.5.3.3

Método de Turc

13

1.5.4

Coeficiente Unitario de Riego (C.U.R)

14

1.5.5

Determinación de lámina de riego neta

14

1.5.6

Determinación de lámina de riego bruta

14

CAPÍTULO II MEMORIA DESCRIPTIVA 2.1

Descripción del área de proyecto

16

2.1.1

Ubicación

16

2.1.1.1

Ubicación Política

16

2.1.1.2

Ubicación Geográfica

16

2.2

Descripción del Proyecto

17

2.3

Geología Estructural

17

2.4

Geodinámica Externa

17

2.5

Aspectos Sísmicos

18

CAPÍTULO III 2

MEMORIA DE CÁLCULO 3.1

3.2

Trabajo escalonado

20

3.1.1

Aplicación del Método de Blaney - Criddle

21

3.1.2

Aplicación del Método de Thorntwaite

25

3.1.3

Aplicación del Método de Turc

27

3.1.4

Cálculo de Coeficiente Unitario de Riego (C.U.R)

29

Diseño de Bocatoma

32

3.2.1

Cálculo Ancho de Encauzamiento

32

3.2.2

Cálculo Tirante del Río

33

3.2.3

Cálculo del caudal a derivar

36

3.2.4

Diseño de Canal

37

3.2.5

Cálculo de Ventana de Captación

39

3.2.6

Cálculo de Barraje y componentes

41

3.2.6.1

Poza disipadora

41

3.2.6.2

Dimensionamiento de Barraje Móvil y Fijo

43

3.2.6.3

Curva de Barraje

44

3.2.6.4

Coronación de Barraje

45

3.2.6.5

Curva de Transición entre Barraje y Poza Disipadora

45

3.2.6.6

Espesor del Colchón Disipador de Energía

46

3.2.6.7

Longitud de Protección o Escollera

47

3.2.7

Diseño de Canal de Limpia

48

3.2.8

Diseño de Desrripiador

50

3.2.9

Diseño de Muro de Encauzamiento

51

Conclusiones

53

Recomendaciones

54

Referencias Bibliográficas

55

Anexos

3

CAPÍTULO I ASPECTOS GENERALES

4

OBRAS HIDRÁULICAS

1.1. INTRODUCCIÓN El agua representa un elemento fundamental para la supervivencia del hombre, esta puede ser; natural (superficial y subterránea) o tratada (potabilizada y desalinizada); dulce (ríos, lagos y manantiales) o salada (mar). Más aún cuando este lo utiliza para los distintos usos como el abastecimiento para uso poblacional, agrícola, pecuario, minero, energético, industrial y uso ecológico. En esta presente investigación el estudio del agua está orientado a su uso agrícola, por ello es necesario definir y analizar, su ubicación, cantidad, calidad y capacidad de distribución del agua que discurren por los ríos, para ser conducidos a la zona de cultivo, El cual está denominado como “Diseño de Canal Hidráulico de Uso Consuntivo - Oxapampa” ubicado en Cerro de Pasco. El presente estudio está desarrollado en tres capítulos: el primer capítulo se aborda los objetivos, la justificación y un marco teórico de dicho estudio; en el segundo capítulo, se describe los parámetros geomorfológicos de la zona de estudio, ciclos de cultivo, calendario de siembra y cosecha, parámetros de ETP por los métodos de BLANEY-CRIDDLE, THORNTWAITE y TURC, la determinación de C.U.R. y los procedimientos para la obtención de dichos parámetros; en el tercer capítulo, se aborda la memoria de cálculo; finalmente se culmina con la presentación de las conclusiones. La importancia y aporte del presente trabajo se verá plasmada en un análisis de los coeficientes unitarios de riego C.U.R. de los cultivos para determinar las proporciones de agua que se requiere para una superficie de cultivo en un determinado tiempo y diseñar el canal de riego, para ello se resolverán todas las preguntas, argumentándolo y llegando a una conclusión. En síntesis, el objetivo general de la presente investigación denominado “Diseño de Canal Hidráulico de Uso Consuntivo - Oxapampa”, es diseñar un sistema de abastecimiento de agua con fines agrícolas, el cual empieza desde la captación del agua en ríos y este es conducido por canales de primer grado y hasta los sembríos con canales de tercer grado. Además, se espera que este trabajo de investigación aporte al análisis, debate y reflexión sobre uno de los aspectos más importantes del estudio, por ello se les invita a ser parte del debate a través de la lectura de este estudio, además sirva de modelo para los estudiantes de la UCV especialmente a los de la escuela académico profesional de ingeniería civil.

5

OBRAS HIDRÁULICAS

1.2. Antecedentes (Ministerio de agricultura – INRENA) A partir de los años 1960, en el Perú se han iniciado estudios hidrológicos para la evaluación y cuantificación de los recursos hídricos en cuencas de mayor y menor importancia para el desarrollo agropecuario de nuestro país. El año 1973, el Ministerio de Agricultura asumió oficialmente esta disciplina, creando en La Dirección General de Aguas una Subdirección de Manejo de Cuencas con tres unidades: Ordenación de Cuencas, Sistema de Conservación y Sistema de Protección; caracterizando y enfatizando la primera como parte del presente trabajo. Entre los años 1973 a 1974 como consecuencia de solicitudes dirigidas al Ministerio de Agricultura, por parte de usuarios e interesados por el uso del agua, se creó el Proyecto de Asistencia Técnica a cargo de la Dirección de Aguas, a través de la Subdirección de Manejo de Cuencas. La Oficina Nacional de Evaluación de Recursos Naturales (ONERN), el año 1976, realizó el estudio de Inventario, Evaluación y Uso Racional de los Recursos Naturales de la costa, cuencas de los ríos Chilca, Mala y Asia. En el año 2002 el INRENA - Administración Técnica del Distrito de Riego Mala-Omas-Cañete realizó el Inventario y Monitoreo de las Aguas Subterráneas. El año 2004 el PROFODUA Administración Técnica del Distrito de Riego Mala-Omas-Cañete realizó La Propuesta de Asignaciones de Agua en Bloque (volúmenes anuales y mensuales) para la Formalización de los Derechos de Uso de Agua en el Valle Mala. La Intendencia de Recursos Hídricos (IRH) del Instituto Nacional de Recursos Naturales (INRENA), programó efectuar el Proyecto Evaluación de los Recursos Hídricos en la Cuenca del Río Mala, para desarrollar el Estudio Hidrológico e Inventario de Fuentes de Aguas Superficiales.

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OBRAS HIDRÁULICAS

1.3. OBJETIVOS DE INVESTIGACIÓN 1.3.1. OBJETIVO GENERAL Diseñar canales hidráulicos con la capacidad de abastecer 563ha de cultivo en el distrito de Oxapampa, Cerro de Pasco.

1.3.2. OBJETIVO ESPECÍFICOS  Determinar los coeficientes de evapotranspiración potencial (ETP) por los métodos de Blaney – Criddle, Thorntwaite y Turc, de cada cultivo.  Identificar el método más óptimo para calcular el coeficiente de evapotranspiración potencial (ETP) de cada cultivo.  Identificar el mes más crítico según la cantidad de lámina de riego bruta.  Calcular el coeficiente unitario de riego (C.U.R.), para el mes de máxima demanda.  Diseñar canales de segundo y tercer grado.  Diseñar sistemas de captación.  Calcular y diseñar el encauzamiento.  Calcular y diseñar barraje móvil y barraje fijo.  Calcular y diseñar poza de disipación.  Calcular y diseñar bocatoma.

1.4. JUSTIFICACIÓN  Este estudio hidráulico está orientado principalmente a la evaluación, cuantificación y simulación de sistemas de captación y conducción de recursos hídricos por medio de canales hidráulicos para el uso consuntivo.  La agricultura en la cuenca constituye la principal actividad socioeconómica, por lo tanto, requiere un reparto equitativo de sus aguas.

1.5. MARCO TEÓRICO 1.5.1. USO CONSUNTIVO El uso consuntivo es la cantidad de agua requerida por la planta para la formación de sus tejidos y el agua que transpira, más la cantidad de agua que se evapora en la superficie del suelo sobre la que se desarrolla; también se le denomina evapotranspiración y se representa mediante la figura siguiente.

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OBRAS HIDRÁULICAS

Factores que intervienen en el uso consuntivo  Suelo: (Textura, estructura, etc.)  Cultivo: (Especie, variedad, ciclo vegetativo, etc.)  Agua: (Disponibilidad, practica de riego, etc.)  Clima: (Temperatura, precipitación, etc.) Factores climáticos que afectan especialmente al uso consuntivo  Precipitación  Temperatura  Radiación solar  Humedad  Movimiento del viento  Duración de las etapas del crecimiento  Latitud  Luz solar

1.5.2. EVAPOTRANSPIRACIÓN En casi todas las formaciones geológicas existe una parte superficial cuyos poros no están saturados en agua, que se denomina “zona no saturada”, y una parte inferior saturada en agua, y denominada “zona saturada”. Una buena parte del agua infiltrada nunca llega a la zona saturada, sino que es interceptada en la zona no saturada. En la zona no saturada una parte de esta agua se evapora y vuelve a la atmósfera en forma de vapor, y otra parte, mucho más importante cuantitativamente, se consume en la “transpiración” de las plantas. Los fenómenos de evaporación y transpiración en la zona no saturada son difíciles de separar, y es por ello por lo que se utiliza el término “evapotranspiración” para englobar ambos términos.

1.5.3. MÉTODOS INDIRECTOS PARA DETERMINAR EL COEFICIENTE UNITARIO DE RIEGO Una herramienta muy útil para definir el gasto necesario para diferentes áreas de cultivo es el Coeficiente Unitario de Riego o también conocido por C.U.R., el cual se determina en litros entre segundo y entre hectárea (lt/s/ha), es decir cuántos litros/segundo requiere una hectárea de un determinado cultivo. La principal utilidad en la determinación del C.U.R. es el determinar el gasto de conducción necesario para los cultivos y poder determinar la capacidad de conducción de los conductos a utilizar para el riego, es decir poder diseñar los canales de conducción. Como la Evapotranspiración Potencial (ETP) es prácticamente similar al Uso Consuntivo, es práctica común calcular la ETP y utilizarla para definir el C.U.R.

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OBRAS HIDRÁULICAS

1.5.3.1. MÉTODO DE BLANEY – CRIDDLE Las fórmulas que proponen Joseph Blaney y Brian Criddle se presentan a continuación:

ETP= 𝐾𝑔 𝐹 Donde: ETP = Evapotranspiración potencial mensual, en cm. Kg = Coeficiente global de desarrollo, que varía entre 0.5 y 1.2 F = Factor de temperatura y luminosidad

𝐹 = 𝑃(

𝑇+17.8 ) 21.8

Siendo: P = Porcentaje de horas de sol del mes con respecto al año T = Temperatura media mensual del aire en ºC. Como se puede apreciar se requiere de información climatológica de una o varias estaciones de medición cercanas a la zona de estudio, así como información de los tipos de cultivo que se pretenden desarrollar o los que ya existen en caso de sistemas de riego en producción.

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OBRAS HIDRÁULICAS

Figura N°1: Valores de Porcentaje de horas de sol del mes con respecto al año (P)

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OBRAS HIDRÁULICAS

Figura N°2: Valores del Coeficiente global de desarrollo “Kg”

1.5.3.2. MÉTODO DE THORNTHWAITE. Las fórmulas que propone son: 𝑎

ETP'= 16(10𝑇 ) 𝐼 DONDE:

ETP’= Evapotranspiración potencial mensual, en mm. Para meses teóricos de 30 días con 12 horas diarias de insolación. También se conoce como evapotranspiración potencial sin corregir. T = Temperatura media mensual del aire en ºC. I = Índice de calor anual, igual a la suma de los doce índices mensuales del año (i), es decir: 12

𝐼 = ∑11 𝑖𝑗 𝑖=1

OBRAS HIDRÁULICAS

Donde:

𝑖𝑗 =

𝑇 1.514 (5)

a= Exponente que se puede calcular con la siguiente ecuación:

a= 6.75𝑥10−7 𝑙 3 − 7.71𝑥10−5 𝑙 2 + 1.792𝑥10−2 𝑙 + 0.49239 La evapotranspiración potencial corregida se obtiene al considerar el número de días reales del mes (d) y el número máximo de horas de sol (N), según la latitud del lugar por medio de la ecuación: 𝑑

𝑁

𝐸𝑇𝑃 = 𝐸𝑇𝑃´ (30) (12) El número de horas de sol N, se puede obtener de la Figura N°3, para la latitud norte. Figura N°3: Número de horas de sol según la latitud (N)

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OBRAS HIDRÁULICAS

1.5.3.3. MÉTODO DE TURC. La fórmula propuesta es: 𝑻 ETP= a′(𝑻+𝟏𝟓 )(𝑅𝑖 + 50)

DONDE: ETP = Evapotranspiración potencial mensual, en mm. a' = Coeficiente que toma en cuenta los días del mes. a' = 0.4 para meses de 30 y 31 días, 0.37 para febrero. T = Temperatura media mensual del aire en ºC. Ri = Radiación solar incidente media diaria del mes, en lagleys/día El valor mensual de la radiación solar Ri, se puede obtener por medio de las Figura N°4 localizando el sitio de estudio en los planos, por medio de sus coordenadas geográficas. Figura N°4: Radiación Solar Incidente (Ri) media diaria Anual (cal/cm2/día)

Es importante destacar que en aquellos meses en que la fecha de inicio y término del cultivo no coincide con el primer día del mes en cuestión, se debe de multiplicar la ETP por el porcentaje de mes que se encuentre cultivado.

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OBRAS HIDRÁULICAS

1.5.4. DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE UNITARIO DE RIEGO (C.U.R.). Una vez obtenida la ETP por cada cultivo y por cada mes se procede a calcular la altura de precipitación efectiva (lLL), al multiplicar la altura de lluvia mensual por los coeficientes de infiltración y el coeficiente de aprovechamiento en la zona radicular, matemáticamente:

𝑙𝐿𝐿 𝐸𝐹𝐸𝐶𝑇𝐼𝑉𝐴 = ℎ𝑝 𝐾𝐼 𝐾𝑅 Donde: hLL = Altura de lluvia media de cada mes, en mm. KI = Coeficiente de infiltración KR = Coeficiente de aprovechamiento del agua en la zona radicular

1.5.5. DETERMINACIÓN DE LÁMINA DE RIEGO NETA (𝒍𝑹 𝑵𝑬𝑻𝑨 ) Cuando al restar al valor de la ETP calculada, el valor de la lámina de lluvia efectiva (lLL) se obtiene la lámina de riego neta (lRN) en milímetros, para cada cultivo y para cada mes, tomando en cuenta todos y cada uno de los cultivos existentes.

𝑙𝑅 𝑁𝐸𝑇𝐴 = 𝐸𝑇𝑃 − 𝑙𝐿𝐿 𝐸𝐹𝐸𝐶. LR Neta= Láminas de riego netas mensuales por cultivo ETP= Evapotranspiración potencial mensual. I LL= Lámina de lluvia efectiva

1.5.6. DETERMINACIÓN DE LAMINA DE RIEGO BRUTA (𝒍𝑹 𝑩𝑹𝑼𝑻𝑨 ) Al dividir cada valor de la lámina de riego neta (lRN) entre el valor de cada uno de los porcentajes de eficiencia en el manejo del agua (nM) y el de aplicación en el riego (nR), que se tenga en el sistema de riego o en el caso del proyecto de un nuevo sistema de riego, considerar los porcentajes de eficiencia de un sistema de riego similar y cercano a la zona del proyecto. Para terminar de calcular la lámina de riego bruta total, se realiza la suma por cada mes de cada uno de los cultivos y se procede a determinar el mes de máxima demanda, es decir aquél mes de mayor valor de lámina de riego bruta, al cual se le denomina mes crítico.

𝑙𝑅 𝐵𝑅𝑈𝑇𝐴 =

𝑙𝑅 𝑁𝐸𝑇𝐴 𝑛𝑅 𝑛𝑀

nR= 0.60 Coeficiente de eficiencia del riego nM=0.60 Ccoeficiente eficiencia en el manejo del agua

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CAPÍTULO II MEMORIA DESCRIPTIVA

15

OBRAS HIDRÁULICAS

2.1 DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE PROYECTO 2.1.1

UBICACIÓN

2.1.1.1 UBICACIÓN POLÍTICA Distrito

: Oxapampa

Provincia

: Oxapampa

Departamento : Cerro de Pasco

2.1.1.2 UBICACIÓN GEOGRAFICA – UTM El proyecto se desarrollará entre los paralelos: Norte : 8 913 661 m Este

: 514 054 m

Altitud : 1814msnm

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OBRAS HIDRÁULICAS

2.2 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO El distrito de Oxapampa - Pasco, viene atravesando problemas en su producción agrícola, debido a problemas de falta de agua para riego en los meses de estiaje y a la falta de infraestructura de riego por lo que se ejerce una agricultura en secano. En una agricultura en secano el abastecimiento de agua para los cultivos depende del régimen de lluvias y en muchos casos los cultivos no completan su desarrollo fenológico o es interrumpido debido a que el régimen de lluvias es irregular y no es posible realizar el riego complementario, a lo que se debe los bajos rendimientos, entre otros factores como: el desconocimiento en la aplicación de una adecuada tecnología, falta de asistencia, entre otros.

2.3 GEOLOGÍA ESTRUCTURAL Regionalmente, la zona de estudio y alrededores están afectadas por el tectonismo de la Fase Quechua (Mio-Plioceno), donde las secuencias sedimentarias están afectadas por sub-fase de deformación. La zona de estudio está afectada por plegamientos, estando los estratos inclinados con pendientes promedio de 45°.

2.4 GEODINÁMICA EXTERNA Los fenómenos de geodinámica externa dentro de la zona de estudio son muy escasos, pero no se descarta la ocurrencia de posibles sectores inestables en afloramientos de roca donde los taludes son semi-escarpados y escarpado, con sistemas de fracturas moderadas y por efecto de las fuertes precipitaciones, cambios de temperatura, movimientos sísmicos, etc., podrían dando lugar a caída de bloques.

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OBRAS HIDRÁULICAS

2.5 ASPECTOS SÍSMICOS La región Norte del Perú donde se ubica el área de estudio, se halla bajo la influencia de los sismos que se generan en la " Zona de Fractura de la Costa" de la Placa de Nazca con la Placa del Continente Sudamericano. Según Normas Peruanas de Estructuras, Norma E-030 Diseño Sismorresistente, la zonificación sísmica del proyecto le corresponde la ZONA 3 equivalente a Z = 0.40, cuyo valor puede ser interpretado como un factor de aceleración máxima del terreno con una probabilidad de 10 % de ser excedida en 50 años. Se considerará como parámetro de diseño para una intensidad de VI a VII grados de MM una aceleración de 0.30 g a 0.35 g, para la zona del proyecto.

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CAPÍTULO III MEMORIA DE CÁLCULO

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OBRAS HIDRÁULICAS

3.1 TRABAJO ESCALONADO: Datos obtenidos para la determinación de la evapotranspiración de los cultivos por los métodos de BLANEYCRIDDLE, THORNTWAITE y TURC. Tabla N° 1: Áreas de cultivo en la provincia de Oxapampa – Cerro de Pasco TABLA N° 1 - ÁREAS DE CULTIVOS Distrito

Depto.

OXAPAMPA

C. Pasco

Área Fresa Maíz Zanahoria Camote Garbanzo Lenteja Total (decimales) (ha)

Latitud Sur Latitud Sur (°-´-") 53° 14´ 41"

53.24

60

205

80

46

112

Tabla N° 2: Información climatológica de Oxapampa – Cerro de Pasco TABLA N° 2 INFORMAIÓN CLIMATOLÓGICA T media hp media MES °C (mm) ENERO 15.107 13.595 FEBRERO 16.143 13.975 MARZO 18.426 6.550 ABRIL 20.645 12.643 MAYO 22.352 40.410 JUNIO 21.824 98.552 JULIO 20.037 148.193 AGOSTO 19.621 137.824 SEPTIEMBRE 19.627 98.580 OCTUBRE 18.544 51.081 NOVIEMBRE 16.851 10.173 DICIEMBRE 15.758 6.045

Tabla N° 3: Ciclo de cultivo para los productos en Oxapampa – Cerro de Pasco TABLA N° 3 - CICLO DE CULTIVO Cultivo Fresa Maíz Zanahoria Camote Garbanzo Lenteja

Ciclo Vegetativo Perenne 4 a 7 meses 2 a 4 meses 5 a 6 meses 4 a 5 meses 4 meses

Coeficiente global (Kg) 0.45 - 0.60 0.75 - 0.85 0.6 0.6 0.60 - 0.70 0.60 - 0.70

Tabla N° 4: Organigrama para los productos en Oxapampa – Cerro de Pasco 20

60

563

OBRAS HIDRÁULICAS

TABLA N°4 - ORGANIGRAMA Cultivo

Ciclo Vegetativo (días) 1° ciclo 2° ciclo

Fresa

Perenne

Perenne

Maiz

120

120

Zanahoria

120

120

Camote

-

150

Garbanzo

150

-

Lenteja

120

-

3.1.1

Fecha de Siembra

Superficie de Riego (ha) 1° ciclo 2° ciclo

TOTAL

1 Enero al 31 Diciembre

60

60

1 de Enero al 31 de Abril 1 de Enero al 31 de Abril _

1 de Julio al 31 de Octubre 1 de Julio al 31 de Octubre 1 de Agosto al 31 de Diciembre _

1 de Febrero al 31 de Junio 1 de Marzo 30 de Junio

_

100

105

205

50

30

80

-

46

46

112

-

112

60

-

60

TOTAL

563

APLICACIÓN DEL MÉTODO DE BLANEY-CRIDDLE Teniendo como dato nuestra latitud sur 53° 14´ 41", se interpola en la tabla de la Figura N° 1, para obtener los datos de porcentaje de horas de sol del mes con respecto al año (P).

ETP= 𝐾𝑔 𝐹 Donde: ETP = Evapotranspiración potencial mensual, en cm. Kg = Coeficiente global de desarrollo, que varía entre 0.5 y 1.2 F = Factor de temperatura y luminosidad

a) Cálculo del porcentaje de horas de sol de cada mes con respecto al año (P) 𝟓𝟐−𝟓𝟒

 𝑷𝑬𝑵𝑬𝑹𝑶 → 𝟓𝟑.𝟐𝟒𝟓−𝟓𝟒 =

𝟓.𝟕𝟕−𝟓.𝟓𝟓 𝑷−𝟓.𝟓𝟓

𝟓𝟐−𝟓𝟒

 𝑷𝑭𝑬𝑩𝑹𝑬𝑹𝑶 → 𝟓𝟑.𝟐𝟒𝟓−𝟓𝟒 = 𝟓𝟐−𝟓𝟒

 𝑷𝑨𝑩𝑹𝑰𝑳 →

𝟓𝟐−𝟓𝟒 𝟓𝟑.𝟐𝟒𝟓−𝟓𝟒

=

𝟓𝟐−𝟓𝟒

 𝑷𝑴𝑨𝒀𝑶 → 𝟓𝟑.𝟐𝟒𝟓−𝟓𝟒 = 𝟓𝟐−𝟓𝟒

 𝑷𝑱𝑼𝑵𝑰𝑶 → 𝟓𝟑.𝟐𝟒𝟓−𝟓𝟒 = 𝟓𝟐−𝟓𝟒

 𝑷𝑱𝑼𝑳𝑰𝑶 → 𝟓𝟑.𝟐𝟒𝟓−𝟓𝟒 = 𝟓𝟐−𝟓𝟒

𝟔.𝟏𝟗−𝟔.𝟎𝟖 𝑷−𝟔.𝟎𝟖

𝟖.𝟐𝟏−𝟖.𝟏𝟖

 𝑷𝑴𝑨𝑹𝒁𝑶 → 𝟓𝟑.𝟐𝟒𝟓−𝟓𝟒 =

→ 𝟓. 𝟔𝟑𝟑

𝑷−𝟖.𝟏𝟖

𝟗.𝟐𝟗−𝟗.𝟑𝟔 𝑷−𝟗.𝟑𝟔

→ 𝟖. 𝟏𝟗𝟏

→ 𝟗. 𝟑𝟑𝟒

𝟏𝟎.𝟖𝟓−𝟏𝟏.𝟎𝟑

→ 𝟏𝟎. 𝟗𝟔𝟐

𝑷−𝟏𝟏.𝟎𝟑 𝟏𝟏.𝟏𝟑−𝟏𝟏.𝟑𝟖 𝑷−𝟏𝟏.𝟑𝟖 𝟏𝟏.𝟐−𝟏𝟏.𝟒𝟑 𝑷−𝟏𝟏.𝟒𝟑

 𝑷𝑨𝑮𝑶𝑺𝑻𝑶 → 𝟓𝟑.𝟐𝟒𝟓−𝟓𝟒 =

→ 𝟔. 𝟏𝟐𝟐

→ 𝟏𝟏. 𝟐𝟖𝟔

→ 𝟏𝟏. 𝟑𝟒𝟑

𝟏𝟎.𝟏𝟐−𝟏𝟎.𝟐𝟔 𝑷−𝟏𝟎.𝟐𝟔

21

→ 𝟏𝟎. 𝟐𝟎𝟕

OBRAS HIDRÁULICAS 𝟓𝟐−𝟓𝟒

 𝑷𝑺𝑬𝑷𝑻𝑰𝑬𝑴𝑩𝑹𝑬 → 𝟓𝟑.𝟐𝟒𝟓−𝟓𝟒 = 𝟓𝟐−𝟓𝟒

 𝑷𝑶𝑪𝑻𝑼𝑩𝑹𝑬 → 𝟓𝟑.𝟐𝟒𝟓−𝟓𝟒 =

𝟖.𝟒𝟗−𝟖.𝟓𝟏 𝑷−𝟖.𝟓𝟏

𝟕.𝟑𝟗−𝟕.𝟑 𝑷−𝟕.𝟑

𝟓𝟐−𝟓𝟒

 𝑷𝑵𝑶𝑽𝑰𝑬𝑴𝑩𝑹𝑬 → 𝟓𝟑.𝟐𝟒𝟓−𝟓𝟒 = 𝟓𝟐−𝟓𝟒

 𝑷𝑫𝑰𝑪𝑰𝑬𝑴𝑩𝑹𝑬 → 𝟓𝟑.𝟐𝟒𝟓−𝟓𝟒 =

→ 𝟖. 𝟓𝟎𝟐

→ 𝟕. 𝟑𝟑𝟒

𝟓.𝟗𝟑−𝟓.𝟕𝟒 𝑷−𝟓.𝟕𝟒 𝟓.𝟒𝟑−𝟓.𝟏𝟖 𝑷−𝟓.𝟏𝟖

→ 𝟓. 𝟖𝟏𝟐 → 𝟓. 𝟐𝟕𝟒

b) Cálculo de Factor de temperatura y luminosidad (F)

𝐹 = 𝑃( Siendo:

𝑇+17.8 ) 21.8

P = Porcentaje de horas de sol del mes con respecto al año T = Temperatura media mensual del aire en ºC.

 𝐹𝐸𝑁𝐸𝑅𝑂 = 5.633(15.107+17.8 ) → 8.503 21.8  𝐹𝐹𝐸𝐵𝑅𝐸𝑅 = 6.122(16.143+17.8 ) → 9.531 21.8  𝐹𝑀𝐴𝑅𝑍𝑂 = 8.191(18.426+17.8 ) → 13.612 21.8  𝐹𝐴𝐵𝑅𝐼𝐿 = 9.334(20.645+17.8 ) → 16.460 21.8  𝐹𝑀𝐴𝑌𝑂 = 10.962(22.352+17.8 ) → 20.190 21.8  𝐹𝐽𝑈𝑁𝐼𝑂 = 11.286(21.824+17.8 ) → 20.513 21.8  𝐹𝐽𝑈𝐿𝐼𝑂 = 11.343(20.037+17.8 ) → 19.688 21.8  𝐹𝐴𝐺𝑂𝑆𝑇𝑂 = 10.207(19.621+17.8 ) → 17.521 21.8  𝐹𝑆𝐸𝑃𝑇𝐼𝐸𝑀 = 8.502(19.627+17.8 ) → 14.597 21.8  𝐹𝑂𝐶𝑇𝑈𝐵𝑅 = 7.334(18.544+17.8 ) → 12.227 21.8  𝐹𝑁𝑂𝑉𝐼𝐸𝑀𝐵 = 5.812(16.851+17.8 ) → 9.238 21.8  𝐹𝐷𝐼𝐶𝐼𝐸𝑀𝐵𝑅 = 5.274(15.758+17.8 ) → 8.119 21.8 Tabla N° 5: Resultado para valores de horas de sol (P) TABLA N° 5 - PORCENTAJE DE HORAS DE SOL DEL MES CON RESPECTO AL AÑO (P) LATITUD NORTE 52 53.245 54

ENE

FEB

MAR

ABR

MAY

JUN

JUL

AGO

SEP

OCT

NOV

DIC

5.77 6.19 8.21 9.29 10.85 11.13 11.2 10.12 8.49 7.39 5.93 5.43 5.633 6.122 8.191 9.334 10.962 11.286 11.343 10.207 8.502 7.334 5.812 5.274 5.55 6.08 8.18 9.36 11.03 11.38 11.43 10.26 8.51 7.3 5.74 5.18

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OBRAS HIDRÁULICAS

Nota: en el caso de la fresa se tiene un rango entre 0.45 y 0.60, se toma el valor más bajo si se trata de época de frio, mientras que en tiempo de calor se tomaría el valor máximo. Para efecto de éste método se considerarán como meses de calor mayo, junio, julio, agosto y septiembre.

a) Cálculo evapotranspiración potencial mensual en cm  𝐸𝑇𝑃𝐹𝑅𝐸𝑆𝐴−𝐸𝑁𝐸𝑅𝑂 = 0.45𝑥8.503 → 3.826𝑐𝑚  𝐸𝑇𝑃𝐹𝑅𝐸𝑆𝐴−𝐹𝐸𝐵𝑅𝐸 = 0.45𝑥9.531 → 4.289𝑐𝑚  𝐸𝑇𝑃𝐹𝑅𝐸𝑆𝐴−𝑀𝐴𝑅𝑍𝑂 = 0.45𝑥13.612 → 6.125𝑐𝑚  𝐸𝑇𝑃𝐹𝑅𝐸𝑆𝐴−𝐴𝐵𝑅𝐼𝐿 = 0.45𝑥16.460 → 7.407𝑐𝑚  𝐸𝑇𝑃𝐹𝑅𝐸𝑆𝐴−𝑀𝐴𝑌𝑂 = 0.60𝑥20.190 → 12.114𝑐𝑚  𝐸𝑇𝑃𝐹𝑅𝐸𝑆𝐴−𝐽𝑈𝑁𝐼𝑂 = 0.60𝑥20.513 → 12.308𝑐𝑚  𝐸𝑇𝑃𝐹𝑅𝐸𝑆𝐴−𝐽𝑈𝐿𝐼𝑂 = 0.60𝑥19.688 → 11.813𝑐𝑚  𝐸𝑇𝑃𝐹𝑅𝐸𝑆𝐴−𝐴𝐺𝑂𝑆𝑇𝑂 = 0.60𝑥17.521 → 10.513𝑐𝑚  𝐸𝑇𝑃𝐹𝑅𝐸𝑆𝐴−𝑆𝐸𝑃𝑇𝐼𝐸 = 0.45𝑥14.597 → 8.758𝑐𝑚  𝐸𝑇𝑃𝐹𝑅𝐸𝑆𝐴−𝑂𝐶𝑇𝐵𝑅 = 0.45𝑥12.227 → 5.502𝑐𝑚  𝐸𝑇𝑃𝐹𝑅𝐸𝑆𝐴−𝑁𝑂𝑉𝐼𝐸 = 0.45𝑥9.238 → 4.157𝑐𝑚  𝐸𝑇𝑃𝐹𝑅𝐸𝑆𝐴−𝐷𝐼𝐶𝐼𝐸𝑀 = 0.45𝑥8.119 → 3.654𝑐𝑚

23

Tabla N° 6: Resultado de evapotranspiración potencial mensual (ETP)

TABLA N° 6 - RESULTADOS MÉTODO DE BLANEY-CRIDDLE T P interpolado ( °c ) 53° 14´ 41" Enero 15.107 5.633 Febrero 16.143 6.122 Marzo 18.426 8.191 Abril 20.645 9.334 Mayo 22.352 10.962 Junio 21.824 11.286 Julio 20.037 11.343 Agosto 19.621 10.207 Septiembre 19.627 8.502 Octubre 18.544 7.334 Noviembre 16.851 5.812 Diciembre 15.758 5.274

FRÍO

CALOR

FRÍO

MES

F 8.503 9.531 13.612 16.460 20.190 20.513 19.688 17.521 14.597 12.227 9.238 8.119

Fresa 0.45 0.45 0.45 0.45 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.45 0.45 0.45

Valor de Kg. ETP ( cm ) ∑ETP ETP Maíz Zanahoria Camote Garbanzo Lenteja Fresa Maíz Zanahoria Camote Garbanzo Lenteja ( cm ) ( mm ) 0.75 0.60 3.826 6.377 5.102 15.306 153.056 0.75 0.60 0.60 4.289 7.149 5.719 5.719 22.875 228.752 0.75 0.60 0.60 0.60 6.125 10.209 8.167 8.167 8.167 40.836 408.357 0.75 0.60 0.60 0.60 7.407 12.345 9.876 9.876 9.876 49.380 493.801 0.70 0.70 12.114 14.133 14.133 40.380 403.805 0.70 0.70 12.308 14.359 14.359 41.026 410.257 0.85 0.60 11.813 16.734 11.813 40.360 403.597 0.85 0.60 0.60 10.513 14.893 10.513 10.513 46.431 464.310 0.85 0.6 0.60 8.758 12.408 8.758 8.758 38.683 386.828 0.75 0.60 0.60 5.502 9.170 7.336 7.336 29.345 293.446 0.60 4.157 5.543 9.700 96.996 0.60 3.654 4.872 8.525 85.252

24

OBRAS HIDRÁULICAS

3.1.2

MÉTODO DE THORNTWAITE Teniendo como dato nuestra latitud sur 53° 14´ 41", se interpola en la tabla de la Figura N° 1, para obtener los datos de porcentaje de horas de sol del mes con respecto al año (N). 𝑑 𝑁 ETP= 𝐸𝑇𝑃´(30 )(12 )

ETP= Evapotranspiración potencial del mes ETP´= Evaporación de cada mes sin corregir d= Días de los meses del 2017 N= Parámetro en función a la latitud i= Índice de calor mensual I= índice de calor anual

a) Se determina el Valor de N 50−55

 𝑁 → 53.245−55 =

8.6−7.7 𝑁−7.7

→ 8.016

Tabla N° 7: Número de horas de sol según la latitud (N) TABLA N° 7 - NÚMERO DE HORAS DE SOL SEGÚN LA LATITUD (N) LATITUD NORTE 50 53.245 55

ENE

FEB

8.6 10.1 8.016 9.776 7.7 9.6

MAR

ABR

MAY

JUN

JUL

AGO

SEP

OCT

NOV

DIC

11.9 11.835 11.8

13.8 14.060 14.2

15.5 16.084 16.4

16.3 17.079 17.5

15.9 16.614 17

14.5 14.889 15.1

12.6 12.665 12.7

10.8 10.540 10.4

9.1 8.646 8.4

8.1 7.516 7.2

b) Cálculo del índice de calor mensual T=Temperatura media mensual en °C

𝑖𝑗 = 15.107 1.514

 𝑖𝐸𝑁𝐸𝑅𝑂 = (

5

)

𝑇 1.514 (5)

→ 5.334

c) Cálculo del índice de calor anual 12

𝐼 = ∑ 𝑖𝑗 𝑖=1

 𝐼2017 = 89.240

d) Cálculo del valor del exponente “a” 25

OBRAS HIDRÁULICAS

a= 6.75𝑥10−7 𝐼 3 − 7.71𝑥10−5 𝐼 2 + 1.792𝑥10−2 𝐼 + 0.49239  𝑎 = 6.75𝑥10−7 𝑥89.2403 − 7.71𝑥10−5 𝑥89.2402 + 1.792𝑥10−2 𝑥89.240 + 0.49239 → 1.957

e) Cálculo de evapotranspiración mensual sin corregir (ETP’) 𝑎

ETP'= 16(10𝑇 ) 𝐼 1.957

𝑥 15.107  ETP′𝐸𝑁𝐸𝑅𝑂 = 16(1089.240 )

→ 44.832 𝑚𝑚

f) Cálculo de evapotranspiración potencial mensual corregido (ETP)  𝐸𝑇𝑃𝐸𝑁𝐸𝑅𝑂 = 44.832(31 )(8.016 ) → 30.946𝑚𝑚 30 12 TABLA N° 8 - RESULTADOS MÉTODO DE THORNTWAITE MES

T ( °C )

i

ETP´ ( mm )

d

N interpolado

ETP

53° 14´ 41"

( mm )

Enero

15.107

5.334

44.832

31

8.016

30.946

Febrero

16.143

5.897

51.047

28

9.776

38.812

Marzo

18.426

7.205

66.132

31

11.835

67.397

Abril

20.645

8.558

82.617

30

14.060

96.796

Mayo

22.352

9.652

96.516

31

16.084

133.676

Junio

21.824

9.309

92.104

30

17.079

131.085

Julio

20.037

8.180

77.922

31

16.614

111.478

Agosto

19.621

7.924

74.787

31

14.889

95.887

Septiembre

19.627

7.928

74.832

30

12.665

78.978

Octubre

18.544

7.275

66.963

31

10.540

60.779

Noviembre

16.851

6.293

55.521

30

8.646

40.002

Diciembre

15.758

5.686

48.691

31

7.516

31.513

26

OBRAS HIDRÁULICAS

3.1.3

MÉTODO DE TURC La fórmula propuesta es: 𝑻 ETP= a′(𝑻+𝟏𝟓 )(𝑅𝑖 + 50)

DONDE: ETP = Evapotranspiración potencial mensual, en mm. a' = Coeficiente que toma en cuenta los días del mes. a' = 0.4 para meses de 30 y 31 días, 0.37 para febrero. T = Temperatura media mensual del aire en ºC. Ri = Radiación solar incidente media diaria del mes, en lagleys/día

a) Cálculo de evapotranspiración potencial mensual (ETP) 𝟏𝟓.𝟏𝟎𝟕  ETP𝐸𝑁𝐸𝑅𝑂 = 0.4(𝟏𝟓.𝟏𝟎𝟕+𝟏𝟓 )(365 + 50) → 83.295𝑚𝑚

TABLA N°9 - RESULTADO MÉTODO DE TURC Mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

T ( °c ) 15.107 16.143 18.426 20.645 22.352 21.824 20.037 19.621 19.627 18.544 16.851 15.758

a´ 0.4 0.37 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4

27

Ri Lagleys/día 365 430 485 510 490 485 505 445 400 395 370 330

ETP´ ( mm ) 83.295 92.059 117.967 129.737 129.258 126.829 126.958 112.214 102.026 98.403 88.882 77.873

OBRAS HIDRÁULICAS

Tabla N°10: Resumen de los resultados de ETP, por los métodos de BLANEY-CRIDDLE, THORNTWAITE y TURC. TABLA N°10 - RESUMEN DE RESULTADOS ETP (mm) Mes

BLANEY-CRIDDLE

THORNTWAITE

TURC

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

153.056 228.752 408.357 493.801 403.805 410.257 403.597 464.310 386.828 293.446 96.996 85.252

61.89 77.62 134.79 193.59 267.35 262.17 222.96 191.77 157.96 121.56 80.00 63.03

166.59 184.12 235.93 259.47 258.52 253.66 253.92 224.43 204.05 196.81 177.76 155.75

Grafico N°5: ETP´S por cada mes del año 2017 EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL MENSUAL (ETP) - mm 600.000

ETP (mm)

500.000 400.000 300.000 200.000 100.000 0.000

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Mes BLANEY-CRIDDLE

THORNTWAITE

TURC

El método más preciso para el cálculo de la ETP y el posterior coeficiente unitario de riego es el método de Blaney – Criddle, ya que éste método toma en cuenta el cultivo de la zona en estudio, además de la radiación solar y las temperaturas históricas. Estos factores dan como resultado que la ETP sea de mayor confiabilidad de los tres métodos para el diseño de obras dentro de un sistema de riego.

28

OBRAS HIDRÁULICAS

3.1.4

CÁLCULO DE COEFICIENTE UNITARIO DE RIEGO (C.R.U) a) Cálculo de altura de lluvia efectiva (Lll) - fresa en Enero

𝑙𝐿𝐿 𝐸𝐹𝐸𝐶𝑇𝐼𝑉𝐴 = ℎ𝑝 𝐾𝐼 𝐾𝑅 Donde: hLL = Altura de lluvia media de cada mes, en mm. (Ver tabla N°2 Información Climatológica) KI = Coeficiente de infiltración 0.65 KR = Coeficiente de aprovechamiento del agua en la zona radicular 0.60

 𝒍𝑳𝑳 𝑬𝑭.

𝑬𝑵𝑬𝑹𝑶

= 13.595𝑥0.65𝑥0.60 → 5.302𝑚𝑚

b) Determinación de lámina de riego neta (𝒍𝑹 𝑵𝑬𝑻𝑨 ) - fresa en Enero

𝑙𝑅 𝑁𝐸𝑇𝐴 = 𝐸𝑇𝑃 − 𝑙𝐿𝐿 𝐸𝐹𝐸𝐶. LR Neta= Láminas de riego netas mensuales por cultivo ETP= Evapotranspiración potencial mensual. I LL= Lámina de lluvia efectiva

 𝑙𝑅 𝑁𝐸𝑇𝐴 𝐸𝑁𝐸𝑅𝑂 = 38.26 − 5.302 → 32.962𝑚𝑚 c) Determinación de lámina de riego bruta (𝒍𝑹 𝑩𝑹𝑼𝑻𝑨 ) - fresa en Enero 𝑙𝑅 𝐵𝑅𝑈𝑇𝐴 =

𝑙𝑅 𝑁𝐸𝑇𝐴 𝑛𝑅 𝑛𝑀

nR= 0.60 Coeficiente de eficiencia del riego nM=0.60 Coeficiente eficiencia en el manejo del agua 32.962  𝑙𝑅 𝐵𝑅𝑈𝑇𝐴 = 0.6𝑥0.6 → 91.561𝑚𝑚

29

Tabla N°11: Resultado de lámina de riego bruta de cada cultivo en el año 2017

TABLA N°11 - LAMINA DE RIEGO BRUTA Mes

hp media (mm)

l efectiva (mm) Fresa

ETP(cm) Maíz

LR NETA (mm)

Zanahoria Camote Garbanzo Lenteja

Fresa

Maíz

ΣLR BRUTA

LR BRUTA (mm)

Zanahoria Camote Garbanzo Lenteja

Fresa

Maíz

Zanahoria Camote Garbanzo Lenteja

(mm)

Enero

13.595

5.302

3.826

6.377

5.102

-

-

-

32.962

58.471

45.717

-

-

-

91.561 162.420

126.991

-

-

-

380.972

Febrero

13.975

5.450

4.289

7.149

5.719

-

5.719

-

37.441

66.035

51.738

-

51.738

-

104.002 183.430

143.716

-

143.716

-

574.865

Marzo

6.55

2.555

6.125 10.209

8.167

-

8.167

8.167

58.699

99.535

79.117

-

79.117

79.117 163.053 276.485

219.769

-

219.769

219.769 1098.845

Abril

12.643

4.931

7.407 12.345

9.876

-

9.876

9.876

69.139 118.520

93.829

-

93.829

93.829 192.054 329.221

260.637

-

260.637

260.637 1303.187

Mayo

40.41

15.760 12.114

-

-

-

14.133

14.133 105.382

-

-

-

125.572

125.572 292.726

-

-

-

348.810

348.810 990.347

Junio

98.552

38.435 12.308

-

-

-

14.359

14.359

-

-

-

105.155

105.155 235.116

-

-

-

292.096

292.096 819.309

Julio

148.193 57.795 11.813 16.734

11.813

-

-

-

60.331 109.550

60.331

-

-

-

167.585 304.305

167.585

-

-

-

639.474

Agosto

137.824 53.751 10.513 14.893

10.513

10.513

-

-

51.376

95.178

51.376

51.376

-

-

142.710 264.384

142.710

142.710

-

-

692.514

84.642

Setiembre

98.58

38.446

8.758 12.408

8.758

8.758

-

-

49.138

85.631

49.138

49.138

-

-

136.493 237.863

136.493

136.493

-

-

647.343

Octubre

51.081

19.922

5.502

9.170

7.336

7.336

-

-

35.099

71.780

53.440

53.440

-

-

97.499 199.389

148.444

148.444

-

-

593.776

Noviembre 10.173

3.967

4.157

-

-

5.543

-

-

37.602

-

-

51.459

-

-

104.451

-

-

142.942

-

-

247.393

Diciembre

2.358

3.654

-

-

4.872

-

-

34.179

-

-

46.358

-

-

94.941

-

-

128.771

-

-

223.713

6.045

Para terminar de calcular la lámina de riego bruta total, se realiza la suma por cada mes de cada uno de los cultivos y se procede a determinar el mes de máxima demanda, es decir aquél mes de mayor valor de lámina de riego bruta, al cual se le denomina mes crítico.

30

OBRAS HIDRÁULICAS

Tabla N°11: Resultado de los coeficientes unitarios de riego para cada cultivo en el mes de Abril TABLA N°12 - C.R.U.

CULTIVO

MAÍZ GARBANZO LENTEJA ZANAHORIA FRESA

LR BRUTA

LR BRUTA DIARIA

(mm) 329.221 260.637 260.637 260.637 192.054

SUPERFICIE

SUPERFICIE

VOLUMEN

VOLUMEN

CULTIVADA

ACUMULADA

DEMANDADO

ACUMULADO

(mm)

(ha)

(ha)

(m3)

(m3)

( m3/s ) - m2

( l/s ) - ha

10.974 8.688 8.688 8.688 6.402

100 112 60 50 60

100 212 272 322 382

10974.03 9730.46 5212.75 4343.96 3841.08

10974.03 20704.50 25917.25 30261.20 34102.28

1.27014E-07 1.13036E-07 1.10282E-07 1.08772E-07 1.03325E-07

1.270 1.130 1.103 1.088 1.033

C.U.R.

Grafico N°6: Coeficiente Unitario de Riego (C.U.R.) por cada hectárea de cultivo. COEFICIENTE UNITARIO DE RIEGO (C.U.R.) 1.300

C.U.R. (l/s-ha)

1.250

1.200 1.150 1.100 1.050 1.000 100

150

200

250

300

SUPERFICIE ACUMULADA (ha) C.U.R.

31

350

400

OBRAS HIDRÁULICAS

3.2 DISEÑO DE BOCATOMA Se hace la distribución de los cultivos, según la topografía de nuestro terreno asignado, para lo cual obtendremos los siguientes resultados según nuestro coeficiente unitario de riego (C.U.R.) TABLA N°13 – Cuadro de resultados de cálculo ce tomas TABLA N° 13 - CUADRO CÁLCULO DE TOMAS KILOMETRAJE TIPO (1+00,00 = DE

ÁREA (HA)

100 m.)

TOMA BRUTA

0+000 0+062 0+333 0+604 0+878 1+154.2 1+406.1 1+659.3 1+914.2 2+165.6 2+380 2+485.7 2+630 2+722.4 2+894.4 3+066.2

TL-1 TL-2 TL-3 TL-4 TLD-1 TLD-2 TLD-3 TLD-4 TLD-5 TL-5 TL-6 TL-7 TL-8 TL-9 TL-10

3.2.1

27.75 27.75 27.75 27.75 30.25 28.33 33.75 33.75 25.92 6.25 19.00 6.25 15.00 15.00 15.00 339.500

NETA

26.363 26.363 26.363 26.363 28.738 26.914 32.063 32.063 24.624 5.938 18.050 5.938 14.250 14.250 14.250 322.525

ÁREA COEFICIENTE POR UNITARIO REGA DE RIEGO R CANAL PRINCIPAL 322.53 1.045 296.16 1.050 269.80 1.075 243.44 1.045 217.08 1.121 188.34 1.137 161.42 1.137 129.36 1.178 97.30 1.270 72.68 1.270 66.74 1.270 48.69 1.270 42.75 1.270 28.50 1.270 14.25 1.270 0.00

NÚMEROS DE LOTES DOMINADOS

2 2 2 2 2 2 2

CAPACIDAD (lts / seg) NECESARIA

ADOPTADA

337.07 310.97 290.04 254.42 243.30 214.18 183.57 152.40 123.58 92.31 84.77 61.84 54.30 36.20 18.10 0.00 Qdemand. Qdemand.

350 350 300 300 250 250 200 200 150 100 100 100 100 50 50 0.000 2500 2.50 m³/s

CÁLCULO DEL ANCHO DE ENCAUZAMIENTO TABLA N° 14 - DATOS OBTENIDOS Y/O ASUMIDOS DATOS DEL RIO Caudal máximo de diseño (Qmax) Pendiente del cauce del río (S) Coeficiente de Manning (n) Caudal medio del río (Qmed) Caudal mínimo del río (Qmin)

a. ANCHO DEL ENCAUZAMIENTO POR BLENCH 𝑄𝐹𝑏 𝐵 = 1.81√ 𝐹𝑠 b. ANCHO DEL ENCAUZAMIENTO POR ALTUNIN 32

1550.00 m³/s 0.0077 0.05 1100.00 m³/s 650.00 m³/s

OBRAS HIDRÁULICAS

𝐵=

𝑎𝑄1/2 𝑆 1/5

c. ANCHO DEL ENCAUZAMIENTO POR PETIT 𝐵 = 2.45𝑄1/2 Donde: B: Ancho de encauzamiento Q: caudal máximo de diseño Fb: Factor de fondo (Para el cálculo= 1.2) Fs: Factor de orilla (Para el cálculo= 0.2) a: Parámetro que caracteriza al cauce (Para el cálculo= 0.75) S: Pendiente del río Nota: El promedio de los tres valores se puede considerar el ancho de encauzamiento. TABLA N°15 – Acho de encauzamiento del río TABLA N°15 - ANCHO DE ENCAUZAMIENTO DEL RÍO (m) 𝐵 = 1.81√

𝐵=

PROMEDIO DE “B”

𝑄𝐹𝑏

B= 174.550

𝐹𝑠

B= 78.150

𝑎𝑄1/2 𝑆 1/5

B= 96.4566

𝐵 = 2.45𝑄1/2

3.2.2

CÁLCULO DEL TIRANTE DEL RÍO Formula de Manning 𝑄=

1 𝐴𝑅 2/3 𝑆1/2 𝑛

Siendo 𝐴 = 𝐵𝑦𝑛 𝑅=

𝐴 𝐵𝑦𝑛 = 𝑃 𝐵 + 2𝑦𝑛 33

116.4m OPTADO= 115m

OBRAS HIDRÁULICAS

𝑄=

1 𝐵𝑦𝑛 2/3 1/2 𝐵𝑦𝑛 ( ) 𝑆 𝑛 𝐵 + 2𝑦𝑛

Donde: Q: Caudal del rio n: Coeficiente de Manning A: Área de sección transversal R: Radio hidráulico S: Pendiente del rio Yn: Tirante normal del rio P: Perímetro mojado a. TIRANTE MÁXIMO

DETERMINACIÓN DEL TIRANTE MÁXIMO DEL RÍO (m)

Q= 1550 m3/s Yn= 3.48 m Tirante de río tabulado, el resultado debe coincidir con un caudal igual al dato

34

OBRAS HIDRÁULICAS

b. TIRANTE MEDIO DETERMINACIÓN DEL TIRANTE MEDIO DEL RÍO (m)

Q= 1100 m3/s Yn= 2.82 m Tirante de río tabulado, el resultado debe coincidir con un caudal igual al dato

c. TIRANTE MÍNIMO DETERMINACIÓN DEL TIRANTE MÍNIMO DEL RÍO (m)

Q= 650 m3/s Yn= 2.05 m Tirante de río tabulado, el resultado debe coincidir con un caudal igual al dato

35

OBRAS HIDRÁULICAS

3.2.3

CÁLCULO DE CAUDAL A DERIVAR TABLA N° 16 - DATOS DEL CANAL TRAPEZOIDAL Caudal a derivarse (Qder) – CALCULADO Pendiente del canal de derivación (S) – PERFIL L. Coeficiente de Manning para el canal (n) - TABLA Ancho del canal de derivación al inicio (B) Altura del cauce del río a la cresta de la ventana de captación Coeficiente de descarga del vertedero tipo Creager

 Caudal demandado: Según cálculo de tomas Tabla N°13) 𝑄𝑑𝑒𝑚 = 𝑚3 /𝑠  Caudal de Limpia: distribuyendo el caudal de limpia 

Caudal desarenador: 𝑄𝑑𝑒𝑠 = 𝑚3 /𝑠



Caudal desrripiador: 𝑄𝑑𝑒𝑠𝑟𝑟 = 𝑚3 /𝑠

 Caudal de infiltración: 𝑄𝑑𝑒𝑚 1/2 𝑄𝑖𝑛𝑓𝑖𝑙 = 0.0375𝑥𝐶𝑥( ) 𝑉 C: Coeficiente de infiltración 0.10 para concreto  Caudal a derivar: 𝑄𝑑𝑒𝑟𝑖𝑣 = 𝑄𝑑𝑒𝑚 + 𝑄𝑑𝑒𝑠 + 𝑄𝑑𝑒𝑠𝑟𝑟 + 𝑄𝑖𝑛𝑓𝑖𝑙

TABLA N° 17 - Resultados obtenidos TABAL N° 17 - CAUDAL A DERIVAR (Qd) Caudal Demandado (Qdem)

2.500 m³/s

Caudal Desarenador (Qde)

1.000 m³/s

Caudal Desrripiador (QDr)

0.500 m³/s

Caudal Infiltración (Qi)

0.00342 m³/s

Caudal a derivar (Qd)

4.00 m³/s

36

4.00 m³/s 0.007 0.017 -

OBRAS HIDRÁULICAS

3.2.4

DISEÑO DE CANAL Tomando los datos de la tabla N°16 y considerando que la velocidad máxima de un canal es de 3m/s y la velocidad mínima es de 0.06m/s, se procede con los cálculos. TABLA N°18 – Diseño de canal trapecial TABLA N° 18 - DISEÑO DE CANAL TRAPECIAL - SIN EFICIENCIA HIDRÁULICA

SECCIÓN TRANSVERSAL

ÁREA HIDRAULICA (A)

PERÍMETRO MOJADO (P)

RADIO HIDRÁULICO (R)

ESPEJO DE AGUA (T)

2.570

TABLA N° 19 – Diseño de canal trapecial por eficiencia hidráulica TABLA N°19 - EFICIENCIA HIDRÁULICA DE UN CANAL TRAPEZIO, MEDIO HEXÁGONO SECCIÓN TRANSVERSAL

ÁREA (A)

PERÍMETRO MOJADO (P)

RADIO HIDRÁULICO (R)

ANCHO SUPERFICIAL (T)

PROFUNDIDAD HIDRAULICA (D)

FACTOR DE SECCIÓN (Z)

TRAPECIO, MEDIO HEXAGONO 1.14

PROCESO DEL CÁLCULO: Igualando la siguiente ecuación, obtendremos los parámetros del canal, por eficiencia hidráulica.

(𝐴𝑅

2⁄ 3

≈

𝑄𝑛 √𝑆

)

TABLA N°20 - POR EFICIENCIA HIDRAULICA - TANTEANDO VALORES QUE SE APROXIMEN A LA IGUALDAD TIRANTE SUPUESTO (Y) m

AREA (A) m2

PERIMETRO MOJADO (P)

RADIO HIDRAÚLICO (R)

0.200 0.400 0.600 0.800 0.850 0.896

0.069 0.277 0.624 1.109 1.251 1.389

0.693 1.386 2.078 2.771 2.944 3.102

0.100 0.200 0.300 0.400 0.425 0.448

37

𝑅

2⁄ 3

0.215 0.342 0.448 0.543 0.565 0.585

𝐴𝑅

2⁄ 3

0.015 0.095 0.279 0.602 0.707 0.813

𝑄𝑛 √𝑆 0.813 0.813 0.813 0.813 0.813 0.813

OBRAS HIDRÁULICAS

COMPROBANDO LOS PARAMETROS DEL CANAL

Q= 4.00 m3/s Yn= 0.896 m Tirante de río tabulado, el resultado debe coincidir con un caudal igual al dato

SOLERA (B) BORDE LIBRE

𝐴 = ( 𝑏 + 𝑧𝑦 ) y 𝑏 = 𝐴 − 𝑧𝑦 B= 0.532 m 𝑦 B. L. = 30% 𝑌

B.L.= 0.27 m

TABLA N°21 – Resultados de cálculo, parámetros geométricos e hidráulicos del canal TABLA N°21 - RESULTADOS FINALES TIRANTE (Y) SOLERA (b) TALUD (Z) BORDE LIBRE (BL)

1.00 m 0.50 m 1.15 m 0.25 m

BERMA (C.) ESPEJO DE AGUA (T) AREA (A)

1.00 m 2.55 m 1.40 m²

38

OBRAS HIDRÁULICAS

RESUMEN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS PARÁMETROS HIDRÁULICOS DEL CANAL CAUDAL (Q) 4.00 m³/s PENDIENTE (S) 0.70 % COEF. RUGOSIDAD (n) 0.017 TIRANTE (Y) 0.90 m ESPEJO DE AGUA (T) 2.6 m AREA (A) 1.39 m² PERIMETRO MOJADO (P) 3m RADIO HIDRÁULICO ( R) 0.50 m VELOCIDAD (V) 2.88 m/s PARÁMETROS GEOMÉTRICOS DEL CANAL SOLERA (b) 0.60 m ALTURA (H) 1.30 m TALUD (Z) 1.15 m BORDE LIBRE (BL) 0.30 m BERMA (C.) 1.50 m ESPEDOR ( e ) 10.00 cm

3.2.5

CÁLCULO DE VENTANA DE CAPTACIÓN 𝑸 = 𝑪. 𝑳. 𝑯𝟑/𝟐 Donde: Q: Caudal a derivar más caudal necesario para operación del sistema de purga. n: Coeficiente de vertedero, en este caso 0.79 L: Longitud de ventana que por lo general se asume entre 3 a 4m. H: Altura de la ventana de captación; es preferible su determinación por la fórmula del vertedero. Datos obtenidos y longitud preliminar de la ventana asumido CAUDAL A DERIVAR

Q = 4.00 m³/s

COEF. DE VERTEDERO

C = 0.79

LONGITUD DE VENTANA

L = 3.30 m

ALTURA DE VENTANA

h = 1.33 m

3

2

𝑄 ℎ = √ (𝐶 𝑥 𝐿) →1.33m

39

OBRAS HIDRÁULICAS

TABLA: Coeficiente de vertedero FORMA DEL CORONAMIENTO

C

AZUD N FORMA DE DIQUE, CON CORONAMIENTO REDONDEADO

0.79

 DIMENSIONAMIENTO DE BARROTES DE LA VENTANA TABLA N° 22 - DIMENSIONAMIENTO DE VENTANA DE CAPTACIÓN DATOS Ø BARRA T= 0.5" ESPACIO b=2"

𝑁𝐵𝐴𝑅𝑅𝐴𝑆 =

MEDIDA (m) 0.0125 0.05

𝐿 (𝑡+𝑏)

NB= 53 LR=L + NB x T 3.96 m LR x H = 5.27 m²

LONGITUD REAL DE VENTANA ÁREA REAL DE VENTANA

 PROYECCIÓN DE LA VENTANA EN EL BARRAJE

Nota: ho=Altura necesaria para evitar el ingreso de material de arrastre (se recomienda ho= 0.60m)

40

OBRAS HIDRÁULICAS

 PARA DETERMINAR LA ALTURA DE BARRAJE (P) Cc= Co+ho+h+0.20 P= h+ho+.20 ho=0.60m P= 2.1 Altura de barraje

3.2.6

CÁLCULO DE BARRAJE Y COMPONENTES

3.2.6.1 POZA DISIPADORA  Cálculo del caudal de barraje Caudal de estiaje = caudal mínimo Caudal a derivar por el canal Caudal descarga sobre el barraje (Qd) 𝑄𝑑 = 𝑄𝑒𝑠𝑡𝑖𝑎𝑗𝑒 − 𝑄𝑑𝑒𝑟𝑖𝑣𝑎𝑟 𝑄𝑑 = 650𝑚3/𝑠 − 4𝑚3/𝑠 → 646𝑚3/𝑠  CÁLCULO DE CARGA SOBRE EL BARRAJE 𝐻𝑒 = [

𝑄𝑑 2/3 ] 𝐶𝑑. 𝐵

Se determina el peralte de barraje (P), por Bernoulli, para el diseño de la poza disipadora. 𝑃 = 𝐶1 + 𝑌1 +

𝑉12 𝑉𝑑 2 𝑉𝑑2 + 0.1 ( ) ) − (𝐶𝑜 + 𝐻𝑒 + 2𝑔 2𝑔 2𝑔

Donde: La perdida por fricción es de 10%, esto es igual: 0.1 ∗ ℎ0−1 = 0.1 (

𝑉𝑑2 ) 2𝑔

Reemplazando los valores en las ecuaciones obtendremos los siguientes resultados: TABLA N°23 - ALTURA DE BARRAJE POR BERNOULLI Peralte pract. barraje (p) Caudal barraje (qd) Coeficiente descarga (cd) Ancho encauzamiento (b) Velocidad rio (v0) Velocidad canal (v1) Perdida fricción 10% Cota rio (c0) Cota canal (c1) Tirante canal (y) Peralte teor. barraje (P) Carga sobre barraje (he)

41

2.1 m 646.0 m³/s 0.79 115 m 1.519 m/s 2.882 m/s 0.042 m 2042 msnm 2040 msnm 0.896 m 4.5 m 3.70 m

OBRAS HIDRÁULICAS

 CÁLCULO DE CARGAS SOBRE EL BARRAJE Hv= Altura de velocidad (m) Hd= Altura de carga neta sobre el barraje (m) He= Altura de carga total sobre el barraje (m) 𝐻𝑑 = 𝐻𝑒 – 𝐻𝑣 2 𝑄 ( ) 𝐵𝑥((𝐻𝑒 − 𝐻𝑣) + 𝑃) (𝐻𝑣) = 2𝑥𝑔

Reemplazando los valores en las ecuaciones obtendremos los siguientes resultados: TABLA N°24 - DISEÑO DE POZA DISIPADORA Caudal max. avenida (qd) Carga sobre barraje (he) Hv Hd Condición resalto sumergido Tirante max. del rio (yn) Carga sobre barraje (he)

1550 m³/s 6.63 m 0.593 m 3.10 m Yn + r > Y2 3.48 m 6.63 m

 CÁLCULO DE TIRANTE CONJUGADO

𝑦2 = −

𝑦1 𝑦1 31.54 +√ + 2 4 𝑦1

Asumiendo los valores para “r” y teniendo el valor del tirante máximo del rio “Yn” Obtendremos los siguientes resultados para que se cumpla la condición de que el barraje se encuentra “sumergido” TABLA N°25 - TIRANTE CONJUGADO Y PROFUNDIDAD DE POZA r 0.50 1.00 1.50 2.00

Y1 1.10 1.05 1.00 0.91

Y2 4.83 4.98 5.14 5.45

CONDICIÓN > > >
𝑌𝑐 = 2.65𝑚 (𝑅é𝑔𝑖𝑚𝑒𝑛 𝑟í𝑜) 51

OBRAS HIDRÁULICAS

 TIRANTE MAYOR SOBRE EL BARRAJE 𝑌 = 𝑃 + 𝐻𝑑 𝑌 = 2.13 + 3.10 → 5.24𝑚  CURVA DE REMANSO 𝐴=𝑌∗𝑓 𝑄 𝐴

𝑉= 𝐵=

𝑅=

𝑉2 +𝑌 2𝑔

𝐴 (2𝑌 + 𝑓)

𝑆=[

𝑉∗𝑛 2 𝑅3

2

]

𝑆𝑚 =

𝑆1 + 𝑆2 2

∆𝐿 =

𝐵2 − 𝐵1 𝐼 − 𝑆𝑚

𝐿 = 𝐿𝑖 + 𝐿𝑖+1 TABLA N°35 - CURVA DE REMANSO Y (m) 5.24 5.09 4.94 4.79 4.64 4.49 4.34 4.19 4.04 3.89 3.74 3.59 3.44

A (m2) 602.12 584.87 567.62 550.37 533.12 515.87 498.62 481.37 464.12 446.87 429.62 412.37 395.12

V (m/s) 2.57 2.65 2.73 2.82 2.91 3.00 3.11 3.22 3.34 3.47 3.61 3.76 3.92

2

V 2g 0.34 0.36 0.38 0.40 0.43 0.46 0.49 0.53 0.57 0.61 0.66 0.72 0.78

B (m) 5.57 5.44 5.32 5.19 5.07 4.95 4.83 4.71 4.60 4.50 4.40 4.31 4.22

B2 - B1

R

2

S

Sm

I-Sm

AL

L

0.0020 0.0022 0.0025 0.0027 0.0030 0.0034 0.0038 0.0042 0.0048 0.0054 0.0061 0.0070 0.0080

0.0021 0.0024 0.0026 0.0029 0.0032 0.0036 0.0040 0.0045 0.0051 0.0057 0.0065 0.0075

0.0056 0.0053 0.0051 0.0048 0.0045 0.0041 0.0037 0.0032 0.0026 0.0020 0.0012 0.0002

(m) 23.37 23.96 24.69 25.62 26.83 28.47 30.77 34.21 39.89 50.87 80.52 422.49

(m) 23.4 47.3 72.0 97.7 124.5 153.0 183.7 217.9 257.8 308.7 389.2 811.7

R3 0.130 0.128 0.126 0.123 0.121 0.118 0.114 0.110 0.105 0.100 0.093 0.086

4.80 4.67 4.55 4.42 4.29 4.16 4.03 3.90 3.77 3.64 3.51 3.38 3.24

2.85 2.79 2.74 2.69 2.64 2.59 2.53 2.48 2.42 2.37 2.31 2.25 2.19

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OBRAS HIDRÁULICAS

CONCLUSIONES El sistema de abastecimiento de Agua a los pobladores de la sierra peruana es muy importante porque es uno de los recursos que emplean para sus cultivos y esto a la vez contribuye al desarrollo socioeconómico, cultural dentro de un marco de desarrollo sostenible. A continuación, se presenta las conclusiones de la investigación: PRIMERO: Después de calcular la evapotranspiración (ETP) y el posterior coeficiente unitario de riego por los métodos de BLANEY – CRIDDLE, THORNTWAITE y TURC, se concluye que el método de BLANEY – CRIDDLE es el más preciso, ya que éste método toma en cuenta el cultivo de la zona en estudio, además de la radiación solar y las temperaturas históricas. Estos factores dan como resultado que la ETP sea de mayor confiabilidad de los tres métodos para el diseño de obras dentro de un sistema de riego. SEGUNDO: El mes critico es abril el cual presenta una máxima demanda de 1303.87 mm, este valor representa la lámina de riego bruta para calcular nuestro C.R.U., en este primer ciclo vegetativo se proyecta sembrar maíz, garbanzo, lenteja, zanahoria y fresa para los cuales requiere agua para su cultivo 1.270 l/s-ha, 1.130 l/s-ha, 1.103 l/s-ha, 1.088 l/s-ha y 1.033 l/s-ha respectivamente.

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OBRAS HIDRÁULICAS

RECOMENDACIONES  Hacer la consulta al calendario de siembra y cosecha otorgado por el ministerio de Agricultura y Riego, para determinar los ciclos de sembrío y los productos que produce cada región del Perú.  Siempre se debe de considerar los coeficientes de infiltración, densidad de suelo, topografía y factores climatológicos tomados en la zona de estudio, pues esto garantizará que tu cálculo sea más confiable.

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OBRAS HIDRÁULICAS

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS  ALIAGA ARAUJO, SEGUNDO VITO. Tratamiento de Datos Hidrometeorológicos. Lima Perú 1983. 184p.  APARICIO MIJARES, FRANCISCO JAVIER. Fundamentos de Hidrología de Superficie. Limusa Noriega Editores México 1987 -303p.  CHEREQUE WENDOR. Hidrología para Estudiantes de Ingeniería Civil Pontificia Universidad Católica del Perú Lima, 1994.  CHOW, VEN TE. Hidrología Aplicada. Editorial Mc Graw Hill. Santafé Bogotá Colombia 1994.  INRENA-IRH-DGAS-ATDR/MOC. Evaluación y Ordenamiento de los Recursos Hídricos de la Cuenca Cañete, Tomo I, Estudio Hidrológico Cañete- 2001.  INRENA-IRH-DIRHI-SIG/RIRR-HTG. Manual de Procedimientos para la Delimitación y Codificación de Cuencas Hidrográficas 2003.  ONERN, Inventario, Evaluación y Evaluación Nacional de Aguas Superficiales Lima Perú 1980.  ONERN, Inventario, Evaluación y uso Racional de los Recursos Naturales de la Costa – Cuencas de los Ríos Chilca, Mala y Asia, Volumen II, septiembre de 1976  ONERN, Inventario, Evaluación y uso Racional de los Recursos Naturales de la Costa – Cuencas de los Ríos Chilca, Mala y Asia Volumen I, septiembre de 1976.  REYES CARRACO, LUIS V. Hidrología Básica. Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología CONCYTEC Lima - Perú 1992 -218p.

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