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Estudio hidrológico de una cuenca ubicada en el estado de veraceuz de Mexico
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1
ESTUDIO HIDROLÓGICO DE LA CUENCA UBICADA EN LA REGIÓN
HIDROGRÁFICA TUXPAN-NAUTLA
“ÚRSULO GALVÁN”
CUBIDES MORA JEFFERSON ANTONIO
FIERRO PÉREZ LUIS ALEJANDRO
HUELGAS QUITIAN LAURA MARÍA
PRESENTADO A:
Ing. ALCANTAR GARCIA ANTONIO
BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA
FACULTAD DE INGENIERÍA
HIDROLOGÍA
2015
2
CONTENIDO
INTRODUCCION ........................................................................................................................ 3
OBJETIVOS ................................................................................................................................ 4
OBJETIVO GENERAL .......................................................................................................... 4
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................................ 4
1. ESTUDIO HIDROLÓGICO ............................................................................................... 5
1.1. CONDICIONES NATURALES DE LA CUENA ..................................................... 5
1.1.1. Hidrografía.......................................................................................................... 5
1.1.2. Fisiografía ........................................................................................................... 5
Provincia Eje Volcánico .................................................................................................. 6
Subprovincia Sierra de Chiconquiaca ............................................................................. 6
1.1.3. Geología .............................................................................................................. 6
1.2. PARAMETROS FISICOS Y RED DE DRENAJE DE LA CUENCA .................. 7
1.3. USO SUELO DE LA CUENCA ................................................................................ 9
1.4. ELEVACION MEDIA DE LA CUENCA ................................................................ 10
1.5. PENDIENTE DEL CAUCE PRINCIPAL ............................................................... 10
1.6. ANALISIS DE LA INFORMACION DISPONIBLE .............................................. 11
1.6.1. Información climatológica ........................................................................... 11
1.7. ANALISIS DE FRECUENCIAS .............................................................................. 14
1.8. PRECIPITACION MEDIA ........................................................................................ 16
1.9. CÁLCULO DE PARÁMETROS HIDROLÓGICOS ............................................. 17
1.9.1. Número de escurrimiento “N” y Coeficiente de escurrimiento “Ce” 17
Número de escurrimiento “N” .................................................................................... 17
Coeficiente de escurrimiento “Ce” ............................................................................ 18
1.9.2. Duración de la tormenta ............................................................................... 18
Tiempo de concentración ............................................................................................ 18
1.11. Curvas Intensidad – duración – Periodo de retorno ( I – d – Tr)............ 21
1.12. Lluvia de diseño y lluvia en exceso. ............................................................. 22
1.13. Cálculo de gasto de diseño para diversos periodos de retorno (Qp). . 22
1.14. Gasto del hidrograma unitario adimensional asociado a diversos
periodos de retorno ........................................................................................................... 24
1.15. Resumen de gastos para diferentes periodos de retorno ....................... 25
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................................................... 26
ANEXOS .................................................................................................................................... 27
3
INTRODUCCION
La fuente de agua superficial representa el elemento vital para la supervivencia del
hombre, más aun cuando este lo utiliza para los distintos usos, entre los de mayor
importancia están los de abastecimiento para uso poblacional, agrícola, pecuario,
minero, energético y otros de menor envergadura como para el uso y mantenimiento de
las especies silvestres de flora y fauna existentes, por lo tanto es necesario definir, su
ubicación, cantidad, calidad, y distribución dentro de la cuenca.
Para ello, en este trabajo se efectúa la caracterización de la cuenca URSULO GALVAN
desde el punto de vista hidrológico, generando de esta manera un Estudio Hidrológico
y un análisis hidráulico en condiciones naturales.
Mediante el Estudio Hidrológico podemos conocer y valuar sus características físicas y
geomorfológicas de la cuenca, analizar y tratar la información hidrometeorológica
existente de la cuenca, analizar y evaluar la escorrentía mediante registros históricos y
obtener caudales sintéticos asociados a periodos de retorno de 5, 10, 20, 50, 100, 500
y 1000 años, este estudio se complementara con apoyo logístico de Sistemas de
Información Geográfica.
En el análisis hidráulico en condiciones naturales, se encontrara las simulaciones
hidráulicas que se generan a partir de una relación entre la topografía del cauce del río
que atraviesa a la población (el Ciervo; Veracruz) y los volúmenes de agua para
diferentes períodos de retorno. Esto haciendo uso del software HEC-RAS.
4
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Determinar los gastos de diseño hidrológicos asociados a periodos de retorno de 5, 10,
20, 50, 100, 500 y 1000 años, a partir de las teorías aprendidas en clase, con el fin de
evaluar el comportamiento de la cuenca comparándola con las disposiciones expuestas
por CONAGUA.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Calcular los parámetros físicos característicos de la cuenca.
Determinar los parámetros de red de drenaje.
Calcular los gastos para los diferentes periodos de retorno.
5
1. ESTUDIO HIDROLÓGICO
1.1. CONDICIONES NATURALES DE LA CUENA
1.1.1. Hidrografía
Si bien es cierto el estado de Veracruz alberga una tercera parte del agua que escurre
por todo el país1, siendo el rio Nautla uno de los drenajes por donde fluye parte de este
tercio, por ende, el estudio de la cuenca hidrográfica que desemboca a este rio toma
importancia al observar que abarca un 5.1 % del área total del estado2. El rio en la
trayectoria de su cauce atraviesa o visita diversos poblados, el recorrido comprende
desde el Monte Real, pasando por Salvador Díaz Mirón, Manuel Gutiérrez, Misantla
hasta llegar a la zona de Úrsula Galván.
Este rio se encuentra ubicado dentro de la región hidrográfica TUXPAN-NAUTLA.
Figura 1.1.1.1 Recorrido del rio Nautla y área de la cuenca hidrográfica
1.1.2. Fisiografía
Una región que presenta un un origen geológico unitario sobre la mayor parte de su área
dentro del estudio de las ciencia de la tierra se le conoce como provincia fisiográfica que
a su vez se divide en subprovincias. El estado de Veracruz en su área total acoge
alrededor de 8 provincias fisiogracias de la 15 totales y 12 subprovincias.
1 RODRÍGUEZ, Sergio R. and MORALES, Wendy V. Geología, Universidad Veracruzana, Veracruz, México [internet] http://cdigital.uv.mx/bitstream/123456789/9648/1/02GEOLOGIA.pdf Fecha de consulta 16/04/2015. 2 Siendo el área de Veracruz de 72,420 Km2 y el área de la cuenca en estudio de aproximadamente 3,692.6 Km2, siendo la relación entra las dos de 0.051.
RIO NAUTLA
6
La cuanca hidrográfica en estudio se encuentra ubicada en la provincia de Eje volcánico
y el subprovincia Sierra de Chiconquiaco.
Provincia Eje Volcánico
Se caracteriza por una acumulación estructural volcánica de diversos tipos, esta zona
es resultado de divrsos episodios de explosiones que se iniciaron a mediados del
cuaternario y se mantiene hasta el día de hoy. De lo cual se destaca una franja de
volcanes que se estiende de oeste a este casi en línea recta.
Figura 1.1.2.1 Subprovincias Fisiográficas Estado de Veracruz
Subprovincia Sierra de Chiconquiaca
Esta subprovincia ocupa un área de 6,699.21 Km2 del área total del estado y abarca 24
municipios completamente y parte de otros. Su territorio consta de laderas abruptas y
tendidas que se van alternando, además de lomerios de colinas redondeadas. Hacia la
costa presenta mesetas lávicas y prominencias de basaltos. Se caracteriza por una
hidrografia de drenaje radial devido a la fisiografia pronunciada.
1.1.3. Geología
Esta zona estuvo sumergida durante el cretácico, lo que explica que se encuenteren
depositos de sedimentos calcáreos. Para el paleoceno se generaron subsidencia de la
plataforma cretácica, por ende la zona se caracteriza por depositos de sedimentos
arcillo-arenosos.
7
En el terciario se desplegó una actividad ígnea regional, dando origen a rocas volcánicas
piroclasticas que por procesos erosivos dieron origen a la geología actual.
La cuenca estudiada se encuentra ubicada dentro de la provincia geológica 18 llamada
Macizo Igneo de Palma Sola.
Figura 1.1.3.1 Provincias Geológicas Estado de Veracruz
1.2. PARAMETROS FISICOS Y RED DE DRENAJE DE LA CUENCA
Figura 1.2.1 Cuenca obtenida con Google Earth con base a las cartas
topográficas
8
Para determinar los parámetros físicos y red de drenaje de la cuenca (Área, Perímetro,
orden de corriente, etc.) se trazó el parteaguas con base en las cartas topográficas
escala 1:50000 de la zona de interés, obtenidas en la página del INEGI, apoyándonos
de programas de Google Earth para el trazo y el Simulador de Agua en cuencas
Hidrográficas SIATL para comparar el trazado de la cuenca.
Figura Cuenca obtenida de AutoCAD, orden de corriente 5
5
9
Tabla 1.2.1 Parámetros físicos y red de drenaje de la cuenca Ursulo Galván
PARAMETROS FISICOS
Área (Km2) 3692,6
Perímetro (Km) 362,49
Elevación media de la cuenca (msnm) 853,18
Orden de corriente 5
Longitud Cauce principal (Km) 50,02
Pendiente del cauce principal 0,5
Longitud máxima de la cuenca (Lm) (km) 37
Índice de compacidad 1,682205334
Relación de elongación
1,853189319
1.3. USO SUELO DE LA CUENCA
Basándonos en la información obtenida en el programa SIATL y a partir de la
delimitación de la cuenca, se determinó que el área de la cuenca es de 3692,598
km^2, se partir de esto se calculó el área superficial que corresponde a cada uso
de suelo.
Figura 1.3.1 Distribución Vegetal
10
Tabla 1.3.1 - cobertura vegetal y uso del suelo
Tipo o uso de terreno
Área
m^2 km^2 %
Agrícola pecuaria 2323382662 2323,382662 62,92 %
Bosque de montaña 1182369880 1182,36988 32,02 %
vegetación hidrófila 104537449,4 104,5374494 2,831 %
vegetación inducida 47819144,1 47,8191441 1,295 %
zona urbana 24925036,5 24,9250365 0,675 %
selva perennifolia 9009939,12 9,00993912 0,244 %
1.4. ELEVACION MEDIA DE LA CUENCA
Este parámetro nos sirve para conocer la posición de la cuenca con respecto al nivel del
mar. La elevación de la cuenca se determina tomando por lo menos 100 puntos que
estén dentro de la cuenca, en nuestro caso se tomaron 433 puntos con ayuda de Google
Earth y con el programa TCX obtuvimos el valor de elevación de cada punto y así se
determinó un valor promedio de la elevación de la cuenca.
Tabla 1.4.1 – Elevación media de la cuenca
ALTITUD
MEDIA
853,18
m
1.5. PENDIENTE DEL CAUCE PRINCIPAL
Se obtuvo mediante el método de Taylor y Schwartz:
L Es la longitud total del cauce.
li. Es la longitud del tramo i.
Si Es la pendiente del tramo i
11
Figura 1.5.1 Pendiente media del cauce principal
Tabla1.5.1- Pendiente del cauce principal
PENDIENTE
0,50
1.6. ANALISIS DE LA INFORMACION DISPONIBLE
1.6.1. Información climatológica
Las estaciones climatológicas activas que se identificaron cerca de la cuenca son las
siguientes:
030073 JUCHIQUE DE FERRERO
030191 VEGA DE ALATORRE
030114 NAOLICO DE VICTORIA
030089 LAS MINAS, LAS MINAS
030108 MISANTLA, MISANTLA
A continuación se presenta las precipitaciones máximas de cada estación:
030073 JUCHIQUE DE FERRERO
Precipitación
máxima
295,2
Año Precipitación Año Precipitación Año Precipitación
1 1948 44 8 1955 295,2 15 1962 175
2 1949 44,5 9 1956 105,5 16 1963 148
3 1950 45,5 10 1957 104 17 1964 75
12
4 1951 45,5 11 1958 109,5 18 1965 212
5 1952 45,5 12 1959 151,5 19 1966 107,5
6 1953 45,5 13 1960 191 20 1967 145,5
7 1954 45 14 1961 180
030089 LAS MINAS, LAS MINAS
Precipitación
máxima
366,8
N
°
Año Precipitació
n
N
°
Año Precipitació
n
N° Año Precipitació
n
1 1984 159 6 1989 84,2 11 1994 71,9
2 1985 162,6 7 1990 85,3 12 1995 271,2
3 1986 100,1 8 1991 111,3 13 1996 131,5
4 1987 67,4 9 1992 130 14 1997 116,7
5 1988 153,9 1
0
1993 94,5 15 1998 126,2
16 1999 366,8
030108 MISANTLA, MISANTLA
Precipitación
máxima
320,5
N° Año Precipitación N° Año Precipitación N° Año Precipitación
1 1942 86 11 1952 165 21 1962 84,5
2 1943 124 12 1953 138,2 22 1963 80,5
3 1944 157 13 1954 160,5 23 1964 65,5
4 1945 116 14 1955 320,5 24 1965 61,1
5 1946 187 15 1956 120,5 25 1966 128,5
6 1947 141 16 1957 128,5 26 1967 145,5
7 1948 162 17 1958 101,5 27 1968 80,1
13
8 1949 123,5 18 1959 105,1 28 1969 80,5
9 1950 221 19 1960 80,5 29 1970 81,2
10 1951 175,5 20 1961 129,2 30 1971 81,5
030114 NAOLICO DE VICTORIA
Precipitación
máxima
221
N° Año Precipitación N° Año Precipitación N° Año Precipitación
1 1959 76 9 1967 129 17 1975 112
2 1960 100 10 1968 167 18 1976 87,1
3 1961 144 11 1969 111 19 1977 70,5
4 1962 100 12 1970 115,5 20 1978 116
5 1963 84 13 1971 97,5 21 1979 169,2
6 1964 98,5 14 1972 120 22 1980 64,6
7 1965 100 15 1973 88 23 1981 39,5
8 1966 116,5 16 1974 188 24 1982 221
030191 VEGA DE ALATORRE
Precipitación
máxima
300
N° Año Precipitación N° Año Precipitación N° Año Precipitación
1 1990 9,1 7 1996 140 13 2002 130
2 1991 109 8 1997 124 14 2003 81
3 1992 127 9 1998 220 15 2004 140
4 1993 200 10 1999 191 16 2005 300
5 1994 105 11 2000 140,5 17 2006 210,5
6 1995 192 12 2001 137 18 2007 153
Tablas 1.6.1.1 precipitaciones máximas anuales por estación
14
1.7. ANALISIS DE FRECUENCIAS
A partir de las precipitaciones máximas anuales de cada estación para un intervalo, de
datos, mayor a 15 años y con la ayuda de conocimiento estadísticos, como lo son las
distribuciones de frecuencia, se pudo determinar la función que mejor se acomoda a la
curva de Precipitación (P) contra Periodo de retorno en años (Tr) para cada estación,
con el fin de conocer las precipitaciones que se esperan para Tr mayores a los
conocidos.
Teniendo en cuenta el error cuadrático que se obtiene entre la curva original y la función
de distribución se determinaron cual era la que mejor se ajustaba para cada estación
obteniendo los siguientes resultados:
a) Para la estación Vega de Alatorre (30191) la función que mejor se acomoda es
Pearson III
b) Para la estación Juchique de Ferrer (30073) la función que mejor se acomoda
es Gumbel
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
300,00
350,00
400,00
450,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
P, m
m
Tr, años
VEGA DE ALATORRE - 30191
Observados
Normal
LogNormal
Pearson III
Gumbel
0,0020,0040,0060,0080,00
100,00120,00140,00160,00180,00200,00220,00240,00260,00280,00300,00320,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
P, m
m
Tr, años
JUCHIQUE DE FERRER 30073
Observados
Normal
LogNormal
Pearson III
Gumbel
15
c) Para la estación Naolico Victoria (30114) la función que mejor se acomoda es
Gumbel
d) Para la estación Las Minas, Las Minas (30089) la función que mejor se acomoda
es Pearson III
0,0010,0020,0030,0040,0050,0060,0070,0080,0090,00
100,00110,00120,00130,00140,00150,00160,00170,00180,00190,00200,00210,00220,00230,00240,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324252627
P, m
m
Tr, años
NAOLICO VICTORIA 30114
Observados
Normal
LogNormal
Pearson III
Gumbel
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
300,00
350,00
400,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
P, m
m
Tr, años
LAS MINAS, LAS MINAS 30089
Observados
Normal
LogNormal
Pearson III
Gumbel
16
e) Para la estación Misantla, Misantla (30108) la función que mejor se acomoda es
Pearson III
1.8. PRECIPITACION MEDIA
Para el cálculo de la precipitación media de la cuenca en estudio se utilizó el método de
los Polígonos de Thiessen y como dato principalmente la precipitación anual máxima
para cada estación climatológica que tiene área de influencia en la cuenca.
Tabla 1.8.1 Precipitación Media de la Cuenca
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
300,00
350,00
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
P, m
m
Tr, años
MISANTLA, MISANTLA - 30108
Observados
Normal
LogNormal
Pearson III
Gumbel
17
Figura 1.8.1 áreas de influencia para cada estación
1.9. CÁLCULO DE PARÁMETROS HIDROLÓGICOS
1.9.1. Número de escurrimiento “N” y Coeficiente de escurrimiento “Ce”
Número de escurrimiento “N”
El U.S. Soil Conservation Service propone el método de los números de escurrimiento
para usar en cuencas no aforadas. A continuación se muestran los valores adoptados
para N de acuerdo al tipo de vegetación y uso de suelo, así como del tipo de suelo en
la cuenca.
Tabla 1.9.1.1 Uso de suelo
Tipo de terreno Tipo de
suelo
Número N
N*A%
%
Agrícola-Pecuaria-Forestal
63,52% A 72 45,73
Bosque Mesofilo de Montana
31,31% A 45 14,09
Vegetación Hidrófila 2,77% A 39 1,08
Vegetación Inducida 1,27% A 49 0,62
Zona Urbana 0,66% A 51 0,34
Selva Perennifolia 0,5% A 45 0,21
Área Total 1,00 - 62,07
18
N= 62,07
ll5= 2,00 cm
Como ll5 es menor a 2,5 es necesario hacer la corrección a al valor de N,
Interpolamos :
60 40
62,07 X
70 51
Encontramos los siguientes valores:
Nc= 42,277
P= 2,00
Coeficiente de escurrimiento “Ce”
Para el respectivo cálculo de Ce :
𝐶𝑒 =𝑃𝑒
𝑃
Donde el valor de Pe es:
Pe= 0,819124146
Calculamos el valor de Ce.
Ce= 0,409562073
1.9.2. Duración de la tormenta
Tiempo de concentración
Para calcular este tiempo se usan relaciones empíricas, en ellas intervienen
características fisiográficas de la cuenca, siendo las más utilizadas las propuestas por
Kirpich (1940), la cual se define como:
Ecuación de kirpich
“Proyecto ejecutivo de la reconstrucción de la margen izquierda del Río Blanco, a la altura de la
Col. Nueva rosita de ciudad Mendoza, Municipio de Ciudad Mendoza, Veracruz. Reconstrucción
de la margen izquierda del río Blanco, a la altura de la Col. Reforma (calle 7 de Enero) y Col.
Modelo, reconstrucción de la margen natural derecha del Río Blanco, a la altura de la Col
Reforma (puente la Ceiba) y reconstrucción de la margen izquierda del río la Carbonera, a la
altura de la localidad y cabecera municipal de Río Blanco, Veracruz”
Contrato No: SGIH-OCGC-VER-14-116-FN-13 26 www .mav .mx F-MAV-SGC-12 Ver. 01
Tabla 1.7 Tabla de cálculo del número “N”
El valor calculado deberá modificarse para considerar las condiciones iniciales de humedad del suelo según
la altura de precipitación acumulada cinco días antes de la fecha en cuestión.
Para realizar el ajuste se analizó estadísticamente la serie de precipitaciones máximas acumuladas en 5 días
para la estación Maltrata en los años en los que el registro de precipitaciones está completo. A partir de
esto se determinó que el menor registro es de 20 mm que al ser menor del límite de 25 mm planteado por
la metodología, se debe aplicar la corrección en A al número de escurrimiento.
Tabla 1.8 Valores de corrección del número “N”
1.9.2. Duración de la tormenta
Tiempo de concentración
El tiempo de concentración se define como el tiempo que tarda una partícula de agua en viajar desde un
punto dado de la cuenca hasta la salida de la misma. Para calcular este tiempo se usan relaciones empíricas,
en ellas intervienen características fisiográficas de la cuenca, siendo las más utilizadas las propuestas por
Kirpich (1940), la cual se define como:
Ecuación de Kirpich
𝑡𝑐 = 0.0003245 𝐿0.77
𝑆0.385
Donde:
72 0.8
ÁREA TOTAL 522.99 100% -- -- 67.1
3.2
Área s in vegetación 6,037,901.32 6.04 1% B
Área Urbana 20,276,710.00 20.28 4% B 82
22.9
Área Agricola 241,272,500.00 241.27 46% B 79 36.4
Bosque 230,753,898.68 230.75 44% B 52
Selva 24,648,990.00 24.65 5% B 79 3.7
Tipo de terrenoÁrea Tipo de
suelo
Número
"N"N * A%
m2
km2
%
N N con corrección A N con corrección B
0 0 0
10 4 22
20 9 37
30 15 50
40 22 60
50 31 70
60 40 78
70 51 85
80 63 91
90 78 96
100 100 100
19
Tabla 1.9.2.1 Tiempo de concentración
tiempo de concentración
L(m) 49905,33
s 0,141307322
tc (hr) 2,857422379
1.10. Curvas precipitación – duración – Periodo de retorno (P – d – Tr).
A partir de los parametros obtenidos para cada una de las estaciones , se escoge el
modelo que menor error presento y de esta manera se calculó la lluvia máxima diaria
asociada a un período de retorno de 2 años.
Tabla 1.10.1 P2 por estaciones
Estacion P2 (mm)
vega de alatorre
149,36
juchique de ferrer
104,98
naolico de victoria
106,88
las minas 119,89
misantla 118,89
Promedio 120,00
Teniendo en cuenta que para nuestra cuenca el valor de p es de 287,83 mm, no se
puede usar la gráfica U.S. Weather Bureu ya que en esta grafica el valor maximo es
de 130 mm.
En base a los valores calculados anteriormente se decide utilizar como precipitación de
una hora y periodo de retorno de 2 años, se decide adoptar como valor el
correspondiente a Método de D.M. Hershfield.
𝑃260 = 72 𝑚𝑚
Con dichos valores, y aplicando la fórmula de Bell, se construyen las curvas para
diferentes duraciones y períodos de retorno:
𝑃𝑑 = (0.35 𝐿𝑛 𝑇 + 0.76)(0.54 𝑡0.25 − 0.50) ∗ 72mm
20
Tabla 1.10.1 Valores de P-d-Tr
VALORES P-d-Tr
periodo de
retorno tr
duración en minutos
años 5 10 20 40 60 100 120 1440
2 22,20 33,23 46,34 61,94 72,40 87,17 92,92 204,03
5 29,30 43,85 61,16 81,75 95,55 115,06 122,65 269,30
10 34,67 51,89 72,38 96,74 113,07 136,15 145,13 318,67
25 41,77 62,52 87,20 116,55 136,23 164,04 174,85 383,93
50 47,14 70,56 98,41 131,54 153,75 185,13 197,34 433,30
100 52,51 78,60 109,63 146,52 171,26 206,23 219,82 482,67
200 57,88 86,64 120,84 161,51 188,78 227,32 242,31 532,04
500 64,98 97,27 135,66 181,32 211,94 255,20 272,03 597,31
1000 70,35 105,31 146,88 196,31 229,46 276,30 294,52 646,68
20,00
40,00
80,00
160,00
320,00
640,00
1 10 100 1000 10000
Pre
cip
itac
ion
, P
(m
m)
Duracion , d (min)
Curvas P-d-Tr
Tr2
Tr5
Tr10
Tr25
Tr50
Tr100
Tr200
Tr500
Tr1000
21
1.11. Curvas Intensidad – duración – Periodo de retorno ( I – d – Tr).
A partir de los resultados para obtener las curvas P-d-Tr, las precipitaciones calculadas
fueron divididas entre su respectiva duración para obtener la intensidad, y de esta
manera contar con información para construir las curvas I-d-Tr.
VALORES I-d-Tr
periodo de retorno
tr duración en minutos
años 5 10 20 40 60 100 120 1440
2 266,36 199,35 139,02 92,91 72,40 52,30 46,46 8,50
5 351,56 263,12 183,49 122,63 95,55 69,04 61,32 11,22
10 416,01 311,36 217,13 145,11 113,07 81,69 72,57 13,28
25 501,21 375,12 261,60 174,82 136,23 98,42 87,43 16,00
50 565,66 423,36 295,24 197,31 153,75 111,08 98,67 18,05
100 630,11 471,60 328,88 219,79 171,26 123,74 109,91 20,11
200 694,56 519,84 362,52 242,27 188,78 136,39 121,15 22,17
500 779,76 583,60 406,99 271,99 211,94 153,12 136,02 24,89
1000 844,22 631,84 440,63 294,47 229,46 165,78 147,26 26,94
6,00
36,00
216,00
1296,00
1 10 100 1000 10000
Pre
cip
itac
ion
, P
(m
m)
Duracion , d (min)
Curvas i-d-Tr
Tr2
Tr5
Tr10
Tr25
Tr50
Tr100
Tr200
Tr500
Tr1000
22
1.12. Lluvia de diseño y lluvia en exceso.
De acuerdo al método de los números de escurrimiento, propuesto por el U.S. Soil
Conservatios Service.
Los valores para P se obtienen de las curvas P-d-Tr, para cada periodo de retorno y una
duración igual al tiempo de concentración de la Cuenca.
1.13. Cálculo de gasto de diseño para diversos periodos de retorno (Qp).
Método Racional
Este metodo se desarollo siguiendo la siguiente formula :
donde :
o Q gasto maximo (m^3/s) . o Ce coeficiente de escurrimiento . o i intensidad de lluvia(mm/hr). o Ac Area de la Cuenca (km^2).
Area de la Cuenca:3692,6 km ^2
“Proyecto ejecutivo de la reconstrucción de la margen izquierda del Río Blanco, a la altura de la
Col. Nueva rosita de ciudad Mendoza, Municipio de Ciudad Mendoza, Veracruz. Reconstrucción
de la margen izquierda del río Blanco, a la altura de la Col. Reforma (calle 7 de Enero) y Col.
Modelo, reconstrucción de la margen natural derecha del Río Blanco, a la altura de la Col
Reforma (puente la Ceiba) y reconstrucción de la margen izquierda del río la Carbonera, a la
altura de la localidad y cabecera municipal de Río Blanco, Veracruz”
Contrato No: SGIH-OCGC-VER-14-116-FN-13 32 www .mav .mx F-MAV-SGC-12 Ver. 01
1.13. Lluvia de diseño y lluvia en exceso.
La lluvia de diseño y la lluvia en exceso están asociadas a un periodo de retorno y una duración. La duración
es función del tiempo de concentración de la cuenca. En general, para cuencas se considera que la duración
efectiva de la precipitación es igual al tiempo de concentración de la cuenca. De acuerdo a la fórmula de
Kirpich
De acuerdo al método de los números de escurrimiento, propuesto por el U.S. Soil Conservatios Service, la
precipitación en exceso se define como:
𝑃𝑒 =[𝑃 −
508𝑁
+ 5.08]2
𝑃 +2032
𝑁− 20.32
Donde:
P Altura de lluvia total (mm).
N Número de escurrimiento.
Los valores para P se obtienen de las curvas P-d-Tr, para cada periodo de retorno y una duración igual al
tiempo de concentración de la cuenca. Por tanto los valores de la precipitación efectiva son:
Tabla 1.11 Precipitación efectiva o en exceso (Pe) para diversos periodos de retorno (Tr)
Periodo de retorno (Tr)
Tiempo de concentración
(tc)
Precipitación (P)
Precipitación en exceso (Pe)
(años) (min) (mm) (mm)
5 679 70.13 0.44
10 679 92.57 3.56
25 679 109.54 7.56
50 679 131.97 14.71
100 679 148.94 21.32
200 679 165.91 28.80
500 679 182.88 37.05
1,000 679 205.32 48.99
1.14. Cálculo de gasto de diseño para diversos periodos de retorno (Qp).
1.14.1. Método Racional
La fórmula racional probablemente sea el modelo más antiguo para la relación lluvia-escurrimiento. En ella
se involucran la intensidad de lluvia, el área de la cuenca y un coeficiente de escurrimiento que depende del
uso del suelo. La intensidad de lluvia debe estar asociada al periodo de retorno seleccionado y a una
duración que será igual al tiempo de concentración de la cuenca.
Esta fórmula se expresa como:
Q = 0.278 Ce i Ac
periodo de retorno
tr
tiempo de concentracion
tc
precipitacion p
precipitacion en exceso
pe
años min cm cm
5 364,14 13,42 1,26
10 364,14 17,71 2,91
25 364,14 20,96 4,46
50 364,14 25,25 6,84
100 364,14 28,50 8,83
200 364,14 31,74 10,96
500 364,14 34,99 13,20
1000 364,14 39,28 16,31
23
Método Racional
periodo de retorno
tr
tiempo de concentración
tc
coeficiente de
escurrimiento
intensidad I
gasto maximo(Qp)
años min Ce mm/hr m^3/s
5 171,6 0,094 29,18 2813,80
10 171,6 0,164 34,53 5818,48
25 171,6 0,213 41,61 9093,82
50 171,6 0,271 46,96 13051,00
100 171,6 0,310 52,31 16632,17
200 171,6 0,345 57,66 20425,23
500 171,6 0,377 64,73 25063,33
1000 171,6 0,415 70,08 29874,54
Hidrograma Unitarios Adimensional del Servicio de Conservación de Suelos (SCS)
Para este metodo es necesario conocer las características fisiográficas de la
cuenca.El gasto pico se obtiene:
area 3692,59892 km^2
tc 6,069 hr
tp 6,104934047 hr
qp 125,8098072 m^3/s/mm
24
1.14. Gasto del hidrograma unitario adimensional asociado a diversos periodos
de retorno
Método de Chow
El método de Chow nos permite calcular el gasto pico de hidrogramas de diseño.
Es aplicable a cuencas no urbanas menores a 25 km2, para este caso por el
tamaño de nuestra Cuenca es necesario hacer un ajuste a este modelo.
L 163,23 km
S 14 porcentaje
tc 6,069 hr
0
500
1000
1500
2000
2500
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00
Gas
to, e
n m
^3/s
Tiempo , en horas
Hidrogramas unitarios adimensionales para diversos Tr
Tr5
Tr10
Tr25
Tr50
Tr100
Tr200
Tr500
Tr1000
25
Ac 3692,599 km^2
de 6,069
tr 4,660162068
de/tr 1,302315223
periodo de
retorno tr
P Pe de=tc de/tc Z qp Qp
años mm mm hrs . m^3/s
5 134,19 1,26 6,07 1,00 0,79 133,6247475 168,42
10 177,11 2,91 6,07 1,00 0,79 133,6247475 388,45
25 209,58 4,46 6,07 1,00 0,79 133,6247475 596,29
50 252,50 6,84 6,07 1,00 0,79 133,6247475 913,55
100 284,97 8,83 6,07 1,00 0,79 133,6247475 1179,54
200 317,44 10,96 6,07 1,00 0,79 133,6247475 1463,86
500 349,91 13,20 6,07 1,00 0,79 133,6247475 1763,66
1000 392,84 16,31 6,07 1,00 0,79 133,6247475 2179,91
1.15. Resumen de gastos para diferentes periodos de retorno
En la tabla siguiente se muestran los gastos para diferentes periodos de retorno de
acuerdo a los tres métodos de cálculo empleados:
periodo de retorno Tr
gasto maximo (Qp) m^3/s
Racional HUA Chow años
5 2813,80 158,57 168,42
10 5818,48 365,73 388,45
25 9093,82 561,42 596,29
50 13051,00 860,13 913,55
100 16632,17 1110,56 1179,54
200 20425,23 1378,25 1463,86
500 25063,33 1660,51 1763,66
1000 29874,54 2052,42 2179,91
26
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Al desarrollar el estudio hidrológico para la cuenca del rio “Nautla” ubicada cerca de la
población de Ursulo Galvan ,en el estado de Veracruz, fue necesario hacer uso de
programa Eric en el cual pudimos obtener las tablas de precipitaciones máximas
mensuales y a partir de estas calcular el valor de la precipitacion máxima anual .
Teniendo en cuenta la longitud y el valor de la pendiente del colector principal se calculo
el valor del tiempo de concentracion de 6,60 hr , este valor es relativamente pequeño
en mayor parte debido a la pendiente del colector ,ya que el agua escurre con mayor
facilidad y se concentra mas rápido.
Es importante destacar que los valores obtenidos por el método racional de calculo de
gastos fue rechazado en este estudio ya que a la hora de calcular los gastos según
esta metodología se observo un incremento excesivo , esto se debe a que el valor de
N puede que no sea exacto, ya que conocer la geología regional fue algo complejo.
La modelación del análisis hidráulico en condiciones naturales se efectuó con los valores
de gastos obtenidos según el método de chow , teniendo en cuenta que estos fueron
los valores mas altos con respecto al método HUA.
27
ANEXOS