Hidrologia General

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Cuenca Mazamari-Hidrologia General

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<p>Universidad Nacional de IngenieraHidrologa GeneralFacultad de Ingeniera Civil</p> <p>INDICERESUME EJECUTIVOCAPITULO I1.1 INTRODUCCION 31.2 OBJETIVO 31.3 GENERALIDADES 3UBICACIN Y DESCRIPCIN DEL REA DE TRABAJOVAS DE ACCESO1.4. DESCRIPCIN DEL PROYECTO 4PRINCIPALES CARACTERISTICAS ECONOMICAS DE LA ZONALA AGRICULTURAEL TURISMO1.5 JUSTIFICACION DEL PROYECTO 5CAPITULO II: ESTUDIO HIDROLOGICO2.1. ESTUDIO DE CUENCA 62.2. ANALISIS DE PRECIPITACIONES 72.2.1. ANALISIS DE DATOS DUDOSOS 82.2.2. ANLISIS DE FRECUENCIAS 11PRUEBA DE BONDAD DE AJUSTE 2.2.3. SELECCIN DE LA FUNCIN DE DISTRIBUCIN DE PROBABILIDAD 132.4. DETERMINACION DE LA CURVA INTENSIDAD DURACION-PERIODO DE RETORNO 15</p> <p>ANEXOSANEXO 1: PRECIPITACIONES MAX DE 24 HORAS PROPORCIONADA POR EL SENHAMIANEXO 2: PRUEBAS DE BONDAD DE AJUSTE CHI-CUADRADO</p> <p>RESUME EJECUTIVOEl presente trabajo es un estudio hidrolgico, para el diseo de un Puente, ubicado en el cruce del Rio mazamari , con la carretera central de la selva, distrito de Mazamari, Provincia de Satipo, Junn.La cuenca principal del Estudio es la del ro Mazamari, en la vertiente del Atlntico ,aguas abajo, al unirse con el ro Satipo forman el ro Pangoa, para finalmente desembocar en el ro Peren, cuya ubicacin en la carta geogrfica nacional es 23N y 24N.</p> <p>Sobre aspectos econmicos tiene alta variabilidad de suelos, bosques, climas y recursos hdricos que permiten el desarrollo de actividades econmicas relacionadas con la agricultura, turismo, acuicultura (cultivo de peces), helicultura (Crianza de caracoles) y ganadera.Luego del anlisis de precipitacin, informacin obtenida de la nica estacin pluviomtrica de Satipo, proporcionada por el SENHAMI, podemos determinar la precipitacin mxima de diseo, para cualquier periodo de retorno.Obteniendo finalmente a partir de nuestra curva Intensidad-Duracion-Frecuencia, caudales de diseo, para nuestro puente.</p> <p>CAPITULO I1.1. INTRODUCCIONEl presente trabajo tiene por objeto mostrar la metodologa, los datos y los resultados en el estudio hidrolgico y la evaluacin Hidrulica de la cuenca Rio LLaylla Mazamari ubicada en la provincia de Satipo, departamento de Junn ,y su incidencia en el proyecto de construccin del puente Mazamari,y para tal efecto el presente los captulos estn organizados de la siguiente manera: En el primer captulo veremos aspectos generales de la zona de trabajo, ubicacin, las principales vas de acceso y la justificacin del proyecto, relacionados a sus principales caractersticas econmicas.Luego trataremos estrictamente el estudio hidrolgicos, iniciando pr las caractersticas de nuestra cuenca, y mediante los datos proporcionados por el SENHAMI, procedemos a elaborar nuestro anlisis de precipitaciones, con el objetivo de determinar, cual es la funcin de distribucin probabilstica adecuada a usar. Y a partir de esta, se podr hallar las precipitaciones de diseo para distintos periodos de retornoYa determinado nuestra funcin probabilstica, procedemos a calcular la curva de INTENSIDAD-DURACION-FRECUENCIA, que se utilizara para determinar los caudales de diseo, se tendr un formula final que relaciona la intensidad para distintas duraciones con respectivo periodo de retorno.1.2. OBJETIVORealizar el estudio hidrolgico de la cuenca Rio LLayla-Mazamari, para el diseo del puente Mazamari.OBJETIVO ESPECIFICODeterminacin del caudal de diseo, para su factibilidad</p> <p>1.3. GENERALIDADESUBICACIN Y DESCRIPCIN DEL REA DE TRABAJOEl proyecto a trabajar se encuentra entre el cruce del cauce principal del rio Mazamari y la carretera central de la selva, polticamente est en el distrito de Mazamari, provincia de Satipo, departamento de Junn. Geogrficamente se encuentra ubicada 1120'01'' de Latitud Sur y 7431'46'' de Longitud Oeste.Tienes sus lmites sern los siguientes: Por el Norte, con el Distrito de Satipo; por el Este con el Distrito de Ro Tambo hasta el Ro Ene; por el Sur con el Distrito de Pangoa,VAS DE ACCESOEl acceso a la zona del proyecto, se realiza a travs de la Carretera Central, asfaltada en el tramo Lima-La Oroya-Tarma-La Merced, para seguir por la carretera afirmada que une a los pueblos de Santa Ana-Pichanaki-Satipo, y continuar hacia el sur por la Carretera Marginal de la Selva, afirmada hasta llegar a Mazamari.Huancayo Mazamaricon un recorrido de 320 Km. de la cual 297 Km. se encuentra asfaltada en el tramo Huancayo Satipo y afirmada 23 Km. en el tramo Satipo Mazamari, el recorrido se hace aproximadamente en 8 horas en los buses interprovinciales.</p> <p>Rutas de acceso a mazamari1.4. DESCRIPCIN DEL PROYECTOPRINCIPALES CARACTERISTICAS ECONOMICAS DE LA ZONAPOTENCIALIDADES: AGRICULTURA Y TURISMO. El territorio del mbito distrital contiene tres pisos ecolgicos bien diferenciados y cada una de ellas con sus caractersticas propias en calidad de suelos, bosques, climas y recursos hdricos que permiten el desarrollo de actividades econmicas relacionadas con la agricultura, turismo, acuicultura (cultivo de peces), helicultura(Crianza de caracoles) y ganadera.LA AGRICULTURALa principal actividad econmica en la jurisdiccin distrital es la extractiva destacando la agricultura que aprovecha las tierras para cultivos temporales y permanentes. En el caso de los cultivos temporales y permanentes se aprovecha la estacionalidad por falta de infraestructura de riego, las mejores zonas con aptitud agrcola se ubican en los valles formados por los ros Mazamari, Capirushari, Sonomoro, Pang, Anapati y el Ene: Destacan en orden de importancia para la economa local los cultivos de caf, pltano, naranjo, tangelo, pia, yuca, cacao, arroz cscara, maz amarillo, papaya, palto, tabaco, mandarina, pastos: kudzu, brachiaria y elefante. De las 8,403 has que en la actualidad se hace uso para actividades agrcolas y pecuaria, solamente 328 has.EL TURISMOEl mbito distrital se encuentra favorecido por la abundancia de recursos naturales, hdricos y paisajsticos; el distrito bsicamente se halla baado por una red de riachuelos, quebradas y ros profundos por lo que ostenta el ttulo: Puerta de Oro Hacia los Grandes Ros.El distrito de mazamari tiene un potencial muy grande para promover y desarrollar el turismo por que cuenta con recursos a lo largo y ancho de su territorio, como son: ros navegables, cataratas, vistas panormicas, ruinas arqueolgicas, fiestas costumbristas, gastronoma variada.1.5. JUSTIFICACION DEL PROYECTOEl distrito de Mazamari, zona donde se ubica el estudio, es uno de los distritos ms deprimidos del departamento de Junn, no slo por el estancamiento de su estructura productiva y econmica, sino tambin por el alto ndice de desocupacin. La actividad econmica de sus habitantes esta sujeta principalmente a la baja produccin y productividad de sus suelos, la cual es baja debido a varios factores. Nuestra zona de trabajo,el Puente Mazamari, se ve muy afectado las fuertes lluvias y crecidas de ros, principalmente en los meses de enero y febrero.Y esto requiere de un estudio hidrolgico adecuado, para el buen funcionamiento de las vas de comunicacin entre mazamari y los pueblos aledaos.Es indispensable que el puente principal de mazamari, que cruza con el Rio LLaylla-mazamari, tenga un adecuado estudio hidrolgico para el diseo de dicho puente. Y esto repercutir en el desarrollo socio econmico de la zona y por ende elevara el nivel de vida de sus pobladores.</p> <p>CAPITULO II: ESTUDIO HIDROLOGICO2.1. ESTUDIO DE CUENCANuestra zona de estudio se encuentras en las ultimas estribaciones orientales de la faja subandina, su morfologa es ondulada y presenta intensa vegetacin. La cuenca principal del Estudio es la del ro Mazamari, en la vertiente del Atlntico,aguas abajo, al unirse con el ro Satipo forman el ro Pangoa, para finalmente desembocar en el ro Peren.</p> <p>El rea de la cuenca es, probablemente, la caracterstica geomorfolgica ms importante para el diseo, est definida como la proyeccin horizontal de toda el rea de drenaje de un sistema de escorrenta dirigido directa o indirectamente a un mismo cauce natural.</p> <p>Para la obtencin de la principales caractersticas de nuestra cuenca nos apoyamos en el software Arcgis, utilizndose la informacin espacial proporcionada del MINEDU,en las zonas 23N-24N.La siguiente tabla muestra las caractersticas morfometricas de nuestra cuenca en estudio.</p> <p>Caractersticas morfolgicas de la cuenca Rio Llaylla-Rio MazamariPARAMETROS MOFOLOGICOS</p> <p>DESCRIPCIONUNDVALOR</p> <p>SUPERFICIE</p> <p>Areakm2311.77</p> <p>Perimetrokm114</p> <p>COTAS</p> <p>Cota maximamsnm4350</p> <p>Cota minimamsnm750</p> <p>CENTROIDE</p> <p>Xm538295.5014</p> <p>Ym8731871.879</p> <p>Zmsnm2529.513</p> <p>ALTITUD</p> <p>Altitud mediamsnm2140.54</p> <p>Altitud mas frecuentemsnm1200</p> <p>Altitud de frecuencia mediamsnm2011.366</p> <p>PENDIENTE</p> <p>Pendiente promedio de la cuenca%19.56</p> <p>RED HIDRICA</p> <p>Longitud del Curso principalkm46.533</p> <p>Orden la la red hdrica5</p> <p>Longitud de la red hdricakm419.84</p> <p>Pendiente de la red hdrica2.045</p> <p>Longitud de la Cuencakm39.72</p> <p>PARAMETROS GENERADOS</p> <p>Tiempo de concentracion(segun kirpich)horas3.42</p> <p>Pendiente del cauce principalm/km77.364</p> <p>2.2. ANALISIS DE PRECIPITACIONESTras consultar al Servicio Nacional de Meteorologa e Hidrologa (SENAMHI), no existe estaciones de aforo en el rio afectado y slo existe la estacin hidromtrica de Satipo cuyas caractersticas se resume en la siguiente tabla que se incluyen en el Anexo N 1.- Datos del SENHAMI</p> <p>Ubicacin de estaciones meteorolgicas, periodo de registro y variables registradasESTACIONLATITUD(S)LONGITUD(W)ALTITUD(MSNM)UBICACIN POLITICAPERIODO DE REGISTRO</p> <p>DptoProv.Dist</p> <p>SATIPO111374 37660JuninSatipoSatipo1989-2013</p> <p>Segn la Gua de prcticas hidrolgicas de la Organizacin Meteorolgica Mundial OMM, se recomienda multiplicar los datos pluviomtricos registrados por un factor de ajuste en funcin del nmero de observaciones al da que se hacen para obtener el valor, que se muestra a continuacin.</p> <p>Factor de ajuste de la frecuencia de observacin diariaN de observaciones diariasFactor de ajuste</p> <p>11.13</p> <p>21.04</p> <p>3-41.03</p> <p>5-81.02</p> <p>9-241.01</p> <p>&gt;241</p> <p>Dado que el nmero de observaciones en la Estacin de Satipo es una diaria, se adopta el valor 1.13, por lo que en la tabla siguiente se muestra la precipitaciones mximas de 24 horas en ese ao, y las precipitaciones corregidas.</p> <p>AOFACTOR DE AJUSTE (B) [(A) * (B)]</p> <p>(A)</p> <p>19891441.13162.7</p> <p>1990106.81.13120.7</p> <p>199162.21.1370.3</p> <p>1992551.1362.2</p> <p>199364.81.1373.2</p> <p>199474.61.1384.3</p> <p>199574.41.1384.1</p> <p>1996297.81.13336.5</p> <p>199751.81.1358.5</p> <p>199860.31.1368.1</p> <p>199998.51.13111.3</p> <p>200045.71.1351.6</p> <p>200189.71.13101.4</p> <p>200263.81.1372.1</p> <p>200371.91.1381.2</p> <p>200481.51.1392.1</p> <p>200582.81.1393.6</p> <p>200668.71.1377.6</p> <p>200783.41.1394.2</p> <p>200869.81.1378.9</p> <p>200963.71.1372</p> <p>201073.21.1382.7</p> <p>201182.81.1393.6</p> <p>201287.91.1399.3</p> <p>201386.81.1398.1</p> <p>2.2.1. ANALISIS DE DATOS DUDOSOSVamos a determinar aquellos datos que se alejan significativamente de la tendencia de la informacin restante.Para detectar los datos dudosos, se calcularon umbrales superiores e inferiores para cada serie de precipitaciones mximas de las estaciones analizadas, de acuerdo a las siguientes ecuaciones de frecuencia:</p> <p>Donde: : Umbral superior para datos dudosos en unidades logartmicas. : Umbral inferior para datos dudosos en unidades logartmicas. : Promedio de los logaritmos de las precipitaciones mximas.: Desviacin estndar de los logaritmos de las precipitaciones mximas.: Valor tabulado para una muestra de tamao n, segn la Tabla 2</p> <p>Tabla 2.Valores de Kn utilizados en el anlisis de datos dudososnnnn</p> <p>102.036242.467382.661602.837</p> <p>112.088252.486392.671652.866</p> <p>122.134262.502402.682702.893</p> <p>132.175272.519412.692752.917</p> <p>142.213282.534422.700802.940</p> <p>152.247292.549432.710852.961</p> <p>162.279302.563442.719902.981</p> <p>172.309312.577452.727953.000</p> <p>182.335322.591462.7361003.017</p> <p>192.361332.604472.7441103.049</p> <p>202.385342.616482.7531203.078</p> <p>212.408352.628492.7601303.104</p> <p>222.429362.639502.7681403.129</p> <p>232.448372.650552.804</p> <p>Hidrologia aplicada: (Ven Te Chow)Resultando mLog()</p> <p>1162.72.21</p> <p>2120.72.0</p> <p>370.31.84</p> <p>462.21.79</p> <p>573.21.86</p> <p>684.31.925</p> <p>784.11.924</p> <p>8336.52.526</p> <p>958.51.767</p> <p>1068.11.833</p> <p>11111.32.046</p> <p>1251.61.712</p> <p>13101.42.006</p> <p>1472.11.857</p> <p>1581.21.909</p> <p>1692.11.964</p> <p>1793.61.971</p> <p>1877.61.889</p> <p>1994.21.974</p> <p>2078.91.897</p> <p>21721.857</p> <p>2282.71.917</p> <p>2393.61.971</p> <p>2499.31.995</p> <p>2598.11.991</p> <p>Promedio(Log)1.94960778</p> <p>Des.Est (Log)0.15939978</p> <p>25 datos k=2.486</p> <p>Siendo el registro del ao 1996 con un valor de 336.5 fuera de serie, luego teniendo un registro depurado y corregido tenemos:AOAO</p> <p>1989162.7200381.2</p> <p>1990120.7200492.1</p> <p>199170.3200593.6</p> <p>199262.2200677.6</p> <p>199373.2200794.2</p> <p>199484.3200878.9</p> <p>199584.1200972</p> <p>199758.5201082.7</p> <p>199868.1201193.6</p> <p>1999111.3201299.3</p> <p>200051.6201398.1</p> <p>2001101.4</p> <p>200272.1</p> <p>Caractersticas estadsticas:Max162.7</p> <p>Min51.6</p> <p>Promedio86.825</p> <p>Desviacion estandar23.1052083</p> <p>Coeficiente de asimetria1.51888507</p> <p>2.2.2. ANLISIS DE FRECUENCIAS El anlisis de frecuencia es una herramienta utilizada para predecir el comportamiento futuro de las descargas y precipitaciones mximas en 24 horas en un sitio de inters, a partir de informacin histrica. Es un mtodo basado en procedimientos estadsticos, que permite calcular la magnitud de las descargas y precipitaciones asociado a un perodo de retorno.</p> <p>PRUEBA DE BONDAD DE AJUSTE </p> <p>Permiten establecer si la serie de precipitaciones o caudales analizadas se ajusta a una determinada funcin de probabilidad. estas pruebas tiene la finalidad de medir la certidumbre que se tiene al obtener resultados a partir de suponer una variable aleatorio, se distribuye segn una cierta funcin de probabilidad, como: Distribucin Normal Distribucin Log Normal. Distribucin Pearson III Distribucin Log Pearson III Distribucin Gumbel</p> <p>Utilizando en el presente trabajo las siguientes pruebas de bondad de ajuste:</p> <p>CHI CUADRADO</p> <p>Para aplicar la prueba, el primer paso es dividir los datos en un nmero k de intervalos de clase. Luego se calcula el parmetro estadstico:</p> <p>Donde: : es el nmero observado de eventos en el intervalo i y i es el nmero esperado de eventos en el mismo intervalo. : se calcula como:</p> <p>i = 1,2,...,kAsimismo; es la funcin de distribucin de probabilidad en el lmite superior del intervalo y, es la misma funcin en el lmite inferior y n es el nmero de eventos. Una vez calculado el parmetro para cada funcin de distribucin considerada, se determina el valor de una variable aleatoria con distribucin para = k-1-m grados de libertad y un nivel de significancia , donde m es el nmero de parmetros estimados a partir de los datos. Para aceptar una funcin de distribucin dada, se debe cumplir:</p> <p>El valor de se obtiene de tablas de la funcin de distribucin 2</p> <p>SMIRNOV-KOLMOGOROV</p> <p>Mtodo por el cual se comprueba la bondad de ajuste de las distribuciones, asimismo permite elegir la ms representativa, es decir la de mejor ajuste. Esta prueba consiste en comparar el mximo valor absoluto de la diferencia D entre la funcin de distribucin de probabilidad observada Fo (xm) y la estimada F (xm):</p> <p>Con un valor crtico d que depende del nmero de datos y el nivel de significancia seleccionado (Tabla N 03). Si D</p>