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• Saúl Esteban Ramos

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• Geografía Física

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U NIVERSIDAD N ACIONAL DE H UANCAVELICA (Creada por Ley Nro. 25265)

FACULTAD DE C IENCIAS DE I NGENIERÍA E SCUELA P ROFESIONAL DE I NGENIERIA C IVIL - H VCA

CURSO: HIDROLOGIA GENERAL Tema:

DELIMITACION DE UNA CUENCA Y ANALISIS DE DISTRIBUCION DE DATOS PLUVIOMETRICOS DOCENTE: Ing. CONDORI PAYTAN, Anderson Lincol

ESTUDIANTE: SULLCA ALANYA, Manuel

CICLO : VII

H UANCAVELICA -P ERÚ M ARZO - 2016

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1

INTRODUCCION

Cuenca hidrográfica es una entidad natural definida por la existencia de una divisoria de aguas en un determinado territorio, Las cuencas son unidades morfológicas superficiales cuyos límites quedan establecidos por la divisoria geográfica principal de las aguas producidas por las precipitaciones, esta divisoria es una línea imaginaria que une los puntos de máximo valor de altura relativa entre dos laderas adyacentes peo de exposición opuesta, desde la parte más alta de la cuenca hasta su punto de emisión.

Tradicionalmente la delimitación de cuencas se realizaba mediante la interpretación de mapas cartográficos, este proceso ha ido evolucionando con la tecnología, hoy en día podemos encontrar una serie de programas y aplicaciones con la que se puede realizar una delimitación, para el presente trabajo que tiene por finalidad la delimitación de una cuenca se utilizó el programa QGis y un complemento como es el Grass Gis, dicho programa trabaja con información de los DEM?s que son modelos de elevación digital, que se pueden obtener gratuitamente en la red, y la creación de Raster?s que junto con otras herramientas del programa ya mencionado puede facilitar dicho trabajo de la delimitación hidrográfica de una cuenca.

MANUEL SA

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OBJETIVOS

Aprender la correcta utilización del programa QGIS para la delimitación de una cuenca hidrográfica. Determinar las redes principales y secundarias que se encuentran dentro de la cuenca delimitada. Determinar algunos parámetros de la cuenca delimitada como pueden ser: Área Perímetro, etc.

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3 3.1

UBICACION Y DEMARCACION

UBICACION GEOGRAFICA

La cuenca del rio Pampas incluye a las regiones de Apurimac, huancavelica y Ayacucho, forma parte del sistema hidrográfico de la vertiente del Atlántico, se encuentra ubicada entre las coordenadas UTM Datum WGS 84: 473000 y 710000 E y 8590000 y 8365000 N. 3.2

DEMARCACION HIDROGRAFICA

La cuenca del rio Pampas forma parte del vertiente del Océano Atlántico y limita con las siguientes cuencas: Por el Norte: Mantaro, e Intercuenca Bajo Apurímac. Por el Este: Intercuenca Alto Apurímac e Intercuenca Bajo Apurímac. Por el Sur: yauca, Ocoña e Intercuenca Alto Apurímac. Por el Oeste: Pisco, Ica, Grande y Acarí. 3.3

DEMARCACION POLITICA

Políticamente, la cuenca se encuentra en las Regiones Huancavelica, Ayacucho y Apurímac; comprende los distritos de Pilpichaca ubicado en la Provincia de Castrovirreyna, en la región Huancavelica: los distritos Paras, Huanca Sancos, Aucará, Cabana Sur, Querobamba, Soras, San Pedro de larcay, Huacaña, Vilcas Huamán, Pampa Cangallo, Cangallo, Huancapi, Cayara, Canaria, Hualla, Hauncaralla, carapo, Totos, Vischongo, Vilcanchos, Chushi, en la región de Ayacucho; Chincheros, Talavera, Huaccana, Pampachiri, Uripa y Andahuaylas en la región de Apurímac. 3.4

DEMARCACION ADMINISTRATIVA

La adminostración Local del Agua (ALA), se encarga de la administracion del agua en el ambito de su juridicción: Norte: ALA Junín y Mantaro Sur: ALA Acarí-Yauca-Puquio, Ocoña-Pausa Este: AlA Apurímac y Andahuaylas Oeste: AlA Chincha-Pisco, Ica y Palpa-Nazca

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4 4.1

PROCESO DE DELIMITACION

PRIMER PASO

Para el proceso de delimitación primero tenemos que contar con los modelos de elevación digital (DEM) del área donde se pretende realizar la delimitación, de no cubrir el área estimada solo con un DEM se procederá a la unión de varios de ellos, estos son los DEM que se utilizó para este trabajo: ASTGTM S13W074 ASTGTM S13W075 ASTGTM S13W076 ASTGTM S14W074 ASTGTM S14W075 ASTGTM S14W076 ASTGTM S15W074 ASTGTM S15W075 ASTGTM S15W076 Para el ingreo se utilizara el icono Añadir capa Raster y seguidamente se ira a Raster/Miselanea/Combinar y obtenemos:

Figura 4.1: A la izquierda DEM’s solos y a la derecha DEM’s unidos

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4.2. SEGUNDO PASO UNH-EAPICH

4.2

SEGUNDO PASO

Seleccionamos el area de trabajo ingresando a Complementos/Grass/Editar la region de Grass actual ,seleccionamos el area de trabajo y obtenemos:

Figura 4.2: Area de trabajo

4.3

TERCER PASO

ingresamos a Complementos/Grass/Abrir herramientas de Grass y vamos a la pestaña de Lista de Módulos y buscamos r.in.gdal.qgis para llevar a un formato que la base de datos de Grass reconozca, luego la llevamos a la vista de mapas.

Figura 4.3: Creacion de nuevo Raster en Grass

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4.3. TERCER PASO UNH-EAPICH

Figura 4.4: Creacion de nuevo Raster en Grass

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4.4. CUARTO PASO UNH-EAPICH

4.4

CUARTO PASO

ahora corregimos el Raster (rellenar los espacios que aparecen por la falta de algun tipo de datos en el raster) para ello usamos una herramienta de Grass, que en este caso sera r.fill.dir y obtenemos una capa Raster corregida.

Figura 4.5

Figura 4.6: Creacion de nuevo Raster corregido

4.5

QUINTO PASO

Una vez corregido el Raster se puede delimitar la cuenca en base a un valor umbral de acumulación de flujo,para este caso usaremos un valor umbral de 1000, para ello entramos a Complementos/Grass/Abrir herramientas de Grass y el la pestaña de lista de módulos ponemos r.watershed

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4.5. QUINTO PASO UNH-EAPICH

Figura 4.7

Figura 4.8: Acumulación de flujo

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4.5. QUINTO PASO UNH-EAPICH

Figura 4.9: Dirección de flujo

Figura 4.10: Segmentación de Corriente

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4.6. SEXTO PASO UNH-EAPICH

Figura 4.11: Delimitación de cuencas bajo un valor umbral de 1000

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SEXTO PASO

A continuación capturaremos un punto de la cuenca a delimitar ingresando a la opción /Captura de coordenadas/captura de coordenadas donde aparecerá un pequeño cuadro donde se dará click en comenzar captura, y buscaremos el punto deseado de la cuenca que se desea delimitar. Despues de la captura de coordenadas vamos a Complementos/Grass/Abrir herramientas de Grass y buscamos el modulo r.water.outlet y ejecutando obtenemos:

Figura 4.12: Captura de un punto de la cuenca a delimitar

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4.6. SEXTO PASO UNH-EAPICH

Figura 4.13

Figura 4.14: Cuenca delimitada

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4.7. SEPTIMO PASO UNH-EAPICH

4.7

SEPTIMO PASO

Creamos una mascara para limitar la operación del raster a la cuenca delimitada, para eso usamos la herramienta de Grass r.mask, despues podemos repetir los procedimientos desarrollados en el QUINTO PASO, pero ahora se generaran los nuevos Raster a nivel de la cuenca ya delimitada, obteniendo lo siguiente:

Figura 4.15: Cuenca cun un valor umbral de 5000 y Acumulacion de flujo

Figura 4.16: Segentación de corriente y Dirección de flujo

4.8

OCTAVO PASO

Para poder determinar el área, perímetro y otros parámetros de la cuenca, debemos convertir la capa Raster en una capa vectorial para lo cual entramos a Complementos/Grass/Abrir herramientas de Grass y buscamos el modulo r.to.vector.area para crear un polígono vectorial.

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4.8. OCTAVO PASO UNH-EAPICH

Figura 4.17

Figura 4.18: Poligono vectorial de la cuanca

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4.9. NOVENO PASO UNH-EAPICH

4.9

NOVENO PASO

Lo siguiente que se tiene que hacer es exportar este polígono a la base de datos de Qgis, ya que está en la base de datos de Grass, entrando a Complementos/Grass/Abrir herramientas de Grass y buscamos el modulo v.out.ogr y al terminar obtenemos una capa fuera del directorio que tendrá el nombre de default y que podemos abrir con el icono Añadir capa vectorial.

Figura 4.19

Figura 4.20

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4.10. DECIMO PASO UNH-EAPICH

Figura 4.21: Poligono en formato Qgis

4.10

DECIMO PASO

A esta nueva capa llamada Default ya se pude hacer edición de sus atributos. Para hacer dichos cálculos se debe hacer anticlick en la capa Default/Abrir tabla de atributos y aparecerá una ventana donde usaremos la calculadora de campos, donde podemos crear nuevos campos como Area y Perímetro.

Figura 4.22: calculo del Area

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4.11. DECIMO PRIMER PASO UNH-EAPICH

Figura 4.23: calculo del Perímetro

4.11

DECIMO PRIMER PASO

Ahora determinaremos la red Primaria y Secundaria de la cuenca delimitada,para ello entramos a Complementos/Grass/Abrir herramientas de Grass y buscamos el modulo r.to.vector.line y usamos el Raster de segmentación de corriente con el valor umbral menor (en este caso el valor umbral 1000) para determinar la Red Secundaria de la cuenca delimitada, y repetimos el procedimiento pero ahora usaremos el Raster de mayor valor umbral (en este caso el valor umbral de 5000) y lo llamaremos Red Primaria, y entones obtenemos:

Figura 4.24

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4.11. DECIMO PRIMER PASO UNH-EAPICH

Figura 4.25: Red Secundaria

Figura 4.26: Red Primaria

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4.12. DECIMO SEGUNDO PASO UNH-EAPICH

4.12

DECIMO SEGUNDO PASO

Para determinar la longitud necesitamos exportar la red principal a la base de datos de Qgis con la herramienta de Grass v.out.ogr y procedemos a abrirla con el icono Añadir capa vectorial para luego seguiremos el DECIMO PASO y crearemos el nuevo campo que sera Longitud.

Figura 4.27: longitud de Red Primaria

Figura 4.28: tabla de Atributos de Red Primaria

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ANALISIS DE FRECUENCIA

El análisis de frecuencia en una herramienta para predecir el comportamiento futuro de las precipotaciones en un sitio de interés, a partir d la información histórica de precipitaciones. Es un método basado en procedimientos estadíticos que permite calcular la magnitud de la precipitación asociado a un periodo de retorno. Su confiabilidad depende de la longitud y calidad de la seri histórica, ademas de la incertidumbre propia de la distribución de probabilidades seleccionadas. En esta oportunidad se usaron las siguientes Distribuciones: Normal o Gausiana, Log Normal, Log Normal 2P, Log Normal 3P, Pearson Tipo 3, Gambel y Log Gambel. Se tomaron los datos de precipitación máxima en 24 horas(mm)de la estación Satipo/000571/DRE11, ubicada a una Latitud de 11°13’ S y una Longitud de 74°37’ W, el el Distrito de Satipo, provincia de Satipo, Departamento de Junin. Los datos obtenidos se muestran en el Cuadro 5.1. 5.1 5.1.1

RESULTADOS DEL ANALISIS DE FRECUENCIA Distribución Normal

Véase en la Figura 5.1 Resultados por Distribución Normal.

5.1.2

Distribución Log Normal

Véase en la Figura 5.2 Resultados por Distribución Normal.

5.1.3

Distribución Log Normal 2P

Véase en la Figura 5.3 Resultados por Distribución Normal 2P.

5.1.4

Distribución Log Normal 3P

Véase en la Figura 5.4 Resultados por Distribución Normal Tipo 3P.

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5.1. RESULTADOS DEL ANALISIS DE FRECUENCIA UNH-EAPICH

Figura 5.1: Resultados por Distribución Normal

Figura 5.2: Resultados por Distribución Log Normal

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5.1. RESULTADOS DEL ANALISIS DE FRECUENCIA UNH-EAPICH

Figura 5.3: Resultados por Distribución Log Normal 2P

Figura 5.4: Resultados por Distribución Log Normal 3P

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5.1. RESULTADOS DEL ANALISIS DE FRECUENCIA UNH-EAPICH

AO

PRECIPITACION

1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

104.60 41.00 77.40 82.20 62.80 88.60 71.40 70.40 101.00 51.80 144.00 106.80 62.20 55.00 64.80 74.60 74.40 45.50 60.30 98.50 47.70 89.70 63.80 71.90 81.50 82.80 68.70 83.40 69.80

Cuadro 5.1: Datos de Ingreso

5.1.5

Distribución Pearson Tipo 3

Véase en la Figura 5.5 Resultados por Distribución Pearson Tipo 3.

5.1.6

Distribución Gambel

Véase en la Figura 5.6 Resultados por Distribución Gambel.

5.1.7

Distribución Log Gambel

Véase en la Figura 5.7 Resultados por Distribución Log Gambel.

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5.1. RESULTADOS DEL ANALISIS DE FRECUENCIA UNH-EAPICH

Figura 5.5: Resultados por Distribución Pearson Tipo 3

Figura 5.6: Resultados por Distribución Gambel

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5.1. RESULTADOS DEL ANALISIS DE FRECUENCIA UNH-EAPICH

Figura 5.7: Resultados por Distribución Log Gambel 5.1.8

Cuadro de Resumen

En esta tabla se puede apreciar que los valores teóricos de Delta que se hallaron con los distintos tipos de Distribuciones son menores que el Delta Tabular, por o que los datos se ajustan a todos los tipos de distribución que se realiaron. El delta tabulado tiene un nivel de significancia de 0.05.

Figura 5.8: Cuadro de Resumen

Como el Delta teórico 0.0949 es menor que el delta tabular 0.24 los datos se ajustan a esta distrubución, con un nivel de significación del 0.05. Como el Delta teórico 0.0479 es menor que el delta tabular 0.24 los datos se ajustan a esta distrubución, con un nivel de significación del 0.05. Como el Delta teórico 0.0415 es menor que el delta tabular 0.24 los datos se ajustan a esta distrubución, con un nivel de significación del 0.05.

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5.2. INTENSIDAD MAXIMA UNH-EAPICH

Como el Delta teórico 0.0497 es menor que el delta tabular 0.24 los datos se ajustan a esta distrubución, con un nivel de significación del 0.05. Como el Delta teórico 0.0673 es menor que el delta tabular 0.24 los datos se ajustan a esta distrubución, con un nivel de significación del 0.05. Como el Delta teórico 0.0595 es menor que el delta tabular 0.24 los datos se ajustan a esta distrubución, con un nivel de significación del 0.05. Como el Delta teórico 0.1087 es menor que el delta tabular 0.24 los datos se ajustan a esta distrubución, con un nivel de significación del 0.05. 5.2

INTENSIDAD MAXIMA

5.2.1

Formula usada en USA

La fórmula empirica usada en USA que relaciona la intensidad maxima,con la duración y el perioso de retorno, es: Los parámetros m, n, K se optinen de la siguiente manera:

Se calculan las Precipitaciones máximas asi como las Intesidades máximas, est este caso se utilizo el método de Bell y Yance Fueros. Se utizó el ajuste de correlación lineal múltiple para hallar los valores de los parámetros m, n y K, para luego reempazarlos en la ecuación de Bernord.

Figura 5.9: Precipitaciones Máximas

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5.2. INTENSIDAD MAXIMA UNH-EAPICH

Figura 5.10: Intesidades Máximas

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5.2. INTENSIDAD MAXIMA UNH-EAPICH

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5.2. INTENSIDAD MAXIMA UNH-EAPICH

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5.2. INTENSIDAD MAXIMA UNH-EAPICH

Figura 5.11: Correlación Lineal Multiple

Figura 5.12: Fórmula de Intensidad

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5.3. INTENSIDAD-DURACION-FRECUENCIA UNH-EAPICH

5.3

INTENSIDAD-DURACION-FRECUENCIA

Con la fórmula determinada anteriomente para el cálculo de la Intensidad, y tomando valores de duración de 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110 y 120 minutos y Periodos de retorno de 25, 50 y 100 años podemos hacer la tabla I-D-F que se muestra en la Figura 5.13. Asi mismo se podra realizar el gráfico de la curva Intensidad-Duración-Frecuencia.

Figura 5.13: Tabla I-D-F para Tr de 25, 50 y 100 años

Figura 5.14: Curva I-D-F para Tr de 25, 50 y 100 años

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MODELAMIENTO CON HEC-HMS

En este caso como ya esta menionado se usara el programa HEC-HMS para la obtención del Caudal de la cuenca, hietogramas, perdidas, entre otros, para esto usaremos los datos obtenidos anteriormente.

Para el primer paso creamos un nuevo proyecto.

Figura 6.1: Creación de nuevo proyecto

Creamos un medelo de cuenca, para eso entramos a Components/basin model manager que lo llamaremos Basin 1.

Figura 6.2: Creación de nuevo modelo de cuenca

Llevamos los archivos de la Cuenca, Red primaria y Red secundaria que se crearon con el programa Qgis, para ello hacemos un anticlick en la pantalla y hacemos click en Background Layers y buscamos los archivos. Insertamos una sub cuenca y una salida, para lo cual usaremos los iconos Subbasin creation tool y Junction creation tool y los conectamos.

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Figura 6.3

Figura 6.4: Sub cuenca y salida

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Configuramos la subcuenca creada, los metodos de perdida y transformación como se muestran en las figuras 6.5, 6.6 y 6.7

Figura 6.5: configuracion subbasin

Figura 6.6: configuracion perdida

Figura 6.7: configuracion transformación

Ahora introduciremos los datos pluviométricos, para ello ingresamos a Components/Time Serie Data Manager y seguidamente definimos cual va a ser la manera de ingresar los datos. Al desglozar los datos de precipitación podremos llenar los datos del pluviómetro segun los datos que obtivimos anteriormente, como se muestra en las figuras 6.10, 6.11 y 6.12. Ahora le asignaremos los datos de el pluviómetro que ingresamos a la cuenca, para esto creamos un nuevo modelo entrando a Components/Meteorologic Model Manager y seguido incluimos la

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Figura 6.8

Figura 6.9: Definición de los componentes del pluviómetro

Figura 6.10

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Figura 6.11: Datos del pluviómetro

Figura 6.12: Hietograma de diseño

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cuenca en la modelación y los datos del pluviómetro, como se aprecia en las figuras 6.13, 6.14 y 6.15.

Figura 6.13: Creación nuevo modelo metereológico

Figura 6.14: Asignación de cuenca

Figura 6.15: Asignación de datos del pluviómetro

Ahora configuramos el modelo para definir el periodo de tiempo con el que se desea que el programa realice los cálculos, para ello creamos un control de especificaciones entrando a Components/Control Specifications Manager y especificamos el tiempo como se muestra en la figura 6.16 y 6.17. Lo siguiente es hacer correr el programa, donde obtenemos los siguientes resultados:

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Figura 6.16

Figura 6.17: especificaión del tiempo de la precipitación

Figura 6.18: Caudal

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Figura 6.19: Perdidas

Figura 6.20

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Figura 6.21

Figura 6.22: Gráfico en la salida

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Figura 6.23: Resultados salida

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CONCLUSIONES

Podemos concluir que: De la delimitación hecha se determino que la cuenca cuenta con un Area de 26437.367 Km2. Tambien se obtuvo que tiene un Perímetro de 1196.152 Km. La longitud de la Red principal de la cuenca es de 60.018 Km. Los analisis de frecuencia que se hicieron nos dio a conocer que los datos se ajustan a todos los tipos de distribucion que se hicieron, tomando en cuenta que el dato tabulado se asumio con un nivel de significancia de 0.05 y un numero de muestra de 30. El caudal calculado con los parámetros especificados resulto: 68242.5 m3/s.

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Índice general

1

Capítulo 1

2

Capítulo 2

3

Capítulo 3

INTRODUCCION

OBJETIVOS

UBICACION Y DEMARCACION 3.1 3.2 3.3 3.4

4

3 3

Capítulo 4 PROCESO DE DELIMITACION 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12

19

UBICACION GEOGRAFICA 3 DEMARCACION HIDROGRAFICA DEMARCACION POLITICA 3 DEMARCACION ADMINISTRATIVA

PRIMER PASO 4 SEGUNDO PASO 5 TERCER PASO 5 CUARTO PASO 7 QUINTO PASO 7 SEXTO PASO 10 SEPTIMO PASO 12 OCTAVO PASO 12 NOVENO PASO 14 DECIMO PASO 15 DECIMO PRIMER PASO 16 DECIMO SEGUNDO PASO 18

Capítulo 5 ANALISIS DE FRECUENCIA

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ÍNDICE GENERAL UNH-EAPICH

5.1 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.1.4 5.1.5 5.1.6 5.1.7 5.1.8 5.2 5.2.1 5.3

RESULTADOS DEL ANALISIS DE FRECUENCIA Distribución Normal 19 Distribución Log Normal 19 Distribución Log Normal 2P 19 Distribución Log Normal 3P 19 Distribución Pearson Tipo 3 22 Distribución Gambel 22 Distribución Log Gambel 22 Cuadro de Resumen 24 INTENSIDAD MAXIMA 25 Formula usada en USA 25 INTENSIDAD-DURACION-FRECUENCIA 30

31

Capítulo 6

41

Capítulo 7

19

MODELAMIENTO CON HEC-HMS

CONCLUSIONES

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