Esta ponencia la realice como parte del diplomado "Obras Hidráulicas - Aplicado al Diseño, Cálculo, Construcción y Supervisión" , del tema de "Hidrología, Cantidad y Calidad del Agua", que es el primer módulo del Diplomado, realizado en la cuidad de Huaraz
2. CONTENIDO
2
1. Marco teórico.
2. Manejo del software Hidroesta.
3. Desarrollo de un ejemplo de aplicación.
4. Evaluación.
5. Conclusiones finales
6. Fin de la conferencia.
3. 1. INTRODUCCION
3
A través de esta conferencia, daré una breve
explicación de los conceptos mas importantes para el
desarrollo del tema, como disponibilidad de
agua, ciclo hidrológico, cambio climático, calculo de
las demanda de abastecimiento, recopilación de la
información de datos en el campo, características
importantes análisis de la calidad del agua, y el
modelamiento de cuencas: HEC- HMS.
A continuación realizare una breve explicación sobre
el manejo del software Hidroesta, y desarrollaremos
ejemplos de aplicación; concluyendo con una
evaluación de la sesión de aprendizaje.
5. 2.1 Disponibilidad de agua
La disponibilidad de agua en el mundo se ha reducido a
la mitad en los últimos treinta años.
Un 70% de la superficie de la tierra es agua, pero la
mayor parte de ésta es oceánica. En volumen, sólo 3%
de toda el agua del mundo es agua dulce, y en su
mayor parte no se halla generalmente disponible (39,
57).
Unas tres cuartas partes de toda el agua dulce se halla
inaccesible, en forma de casquetes de hielo y glaciares
situados en zonas polares muy alejadas de la mayor
parte de los centros de población; sólo un 1% es agua
dulce superficial fácilmente accesible.
6. Ésta es primordialmente el agua que se encuentra
en los lagos y ríos y a poca profundidad en el
suelo, de donde puede extraerse sin mayor costo.
Sólo esa cantidad de agua se renueva
habitualmente con la lluvia y las nevadas y es, por
tanto, un recurso sostenible.
Mientras que el agua cada vez es más escasa, la
población sigue aumentando
7.
8. AUTORIDAD NACIONAL DEL AGUA
DIRECCIÓN DE CONSERVACIÓNY PLANEAMIENTODE RECURSOS HÍDRICOS – DCPRH
Disponibilidad de agua en el Perú
17% PBI
1.8%
97.7%
0.5%
65%
80% PBI
30%
5%
3% PBI
VERTIENTE DISPONIBILIDAD POBLACION PBI
PACIFICO 1.8% 65% 80%
ATLANTICO 97.7% 30% 17%
TITICACA 0.5% 5% 3%
11. Disponibilidad Hídrica Per Cápita m3/hab/año
DISPONIBILIDAD HÍDRICA PER CÁPITA
(m3/hab/año)
DISPONIBILIDAD HÍDRICA PER CÁPITA (m3/hab/año)
UNIVERSIDAD CESAR VALLEJO
FACULTAD DE INGENIERIA
16. 16
o Circulación del agua en cualquiera de sus estados físicos
(líquido, sólido o gaseoso).
o Conjunto de procesos que ocurren en forma continua, no
tiene principio ni fin.
o Sol es fuente de energía.
Ciclo hidrológico
Ecuación del ciclo hidrológico:
Precipitación = escurrimiento +
infiltración + evaporación +
transpiración + almacenaje
19. 19
Hombre intenta adaptar o modificar ciclo hidrológico para hacerlo más útil a
sus necesidades.
Ejemplos: Lluvia artificial, desalinización del agua de mar o
construcción de embalses para controlar flujo de ríos.
¿Ciclo del agua puede ser modificado por hombre?
20. Kravèík describe el ciclo
hidrológico de una gota de
agua. Se evapora de una planta,
de la superficie terrestre, de un
pantano, de un río, de un lago o
del mar para acabar volviendo a
la tierra en forma de precipitación.
Si la gota de agua vuelve a caer
en un bosque, lago, hierba, prado
o campo, puede cooperar con la
naturaleza, para iniciar un nuevo
ciclo hidrológico. "El derecho de
domicilio de una gota forma
parte de los derechos
fundamentales, y es un
derecho infinitamente más
importante que los derechos
humanos", afirma Kravèík.
25. Fenómeno observado en las medidas de la
temperatura que muestra en promedio un
aumento en la temperatura de la atmósfera
terrestre y de los océanos en las últimas décadas.
26.
27. La convencion marco de las naciones unidas, sobre
el cambio climatico; usa el término «cambio climático»
solo para referirse al cambio por causas humanas:
Por "cambio climático" se entiende un cambio de clima
atribuido directa o indirectamente a la actividad
humana que altera la composición de la atmósfera
mundial y que se suma a la variabilidad natural del clima
observada durante períodos comparables.
Artículo 1, párrafo 2
28. El calentamiento ocurre por el efecto
invernadero, debido a que la luz solar penetra
desde el espacio exterior, choca contra la superficie
del planeta, se convierte en calor y luego es
irradiada de regreso hacia el espacio exterior.
34. 2.4 Demanda de sistemas de
abastecimiento.
Para el calculo de la demanda de agua se
requiere analizar cuatro variables que son:
• Periodo de diseño
• Población actual y futura
• Dotación de agua
• Calculo de caudales
35. Según DIGESA.
Debe entenderse que para todos los casos la red de
tuberías debe diseñarse para 20 años
Sistemas Periodo de retorno( años)
Gravedad 20(*)
Bombeo 10
Tratamiento 10
36. Población actual y futura
Se obtendrá de las autoridades locales, relacionando
con los censos y con el conteo de viviendas.
La población futura se obtendrá de la siguiente
manera:
37. de donde:
Pf= población futura
Pa=Poblacion actual
r=tasa de crecimiento anual por mil
t=numero de años
39. Dotación de agua: se expresa en litros por persona al
día(lppd) y DIGESA recomienda para el medio rural,
los siguientes parámetros:
Zona Modulo (lppd)
Sierra 50
Costa 60
Selva 70
40. La OMS recomienda los parámetros siguientes:
Población
Clima
Frio Calido
Rural 100 100
2000-10000 120 150
10000-50000 150 200
50000 200 250
41. En el fondo Perú- Alemania, se ha considerado las
dotaciones siguientes:
Tipo de proyecto Dotacion(lppd)
Agua potable domiciliaria con alcantarillado 100
Agua potable domiciliaria con letrinas 50
Agua potable con piletas 30
42. La tendencia a mediano plazo es que las letrinas
cambien a alcantarillado y las piletas a
instalaciones domiciliarias, se recomienda diseñar
con instalaciones a futuro con dotaciones de 100
lppd.
44. Caudales de diseño:
Los parámetros para un proyecto de agua potable son
los siguientes:
Caudal medio diario (Qm)
Caudal máximo diario (Qmax.d)
Caudal máximo horario(Qmax.h)
Para el calculo se recomienda las relaciones
siguientes:
46. El caudal Q Max d, servirá para el diseño de la
captación y línea de conducción y reservorio.
En Q máx. h, para el diseño del aductor y sistema
de distribución.
En caso se pueda y decida captar el caudal
máximo horario, se puede prescindir del reservorio
en el sistema.
48. 2.5.1Medida de la precipitación:
Se puede medir a través de:
Pluviómetros y pluviógrafos.
Rádares y satélites.
Análisis del manto de nieve.
Condensaciones ocultas.
49. 2.5.1 Caracterización de las
precipitaciones:
Altura
Duración e intensidad
Frecuencia
Periodo de retorno
50. Las principales fuentes de error que surgen al
usar instrumentos para evaluar la precipitación
de una cuenca son:
Deficiencias en el instrumento.
Falta de representatividad o exposición de la
estación en la cuenca.
Redes de estaciones planeadas pobre o
insuficientemente.
51.
52.
53.
54.
55. Precipitación promedio en una cuenca:
Método de la media aritmética.
Método de Thiessen.
Método de las isoyetas.
64. Tratamiento de la información
Análisis de saltos. Los saltos son formas determinísticas
transitorias que permiten a una serie hidrológica periódica
pasar desde un estado a otro, como respuesta a cambios
hechos por el hombre debido al continuo aprovechamiento
de los recursos hídricos en la cuenca o a cambios naturales
continuos que puedan ocurrir. Los saltos se presentan
principalmente en los parámetros media y desviación
estándar.
Procedimiento de análisis:
i. Identificación.
ii. Evaluación y/o cuantificación.
iii. Corrección y/o eliminación.
65. UNIVERSIDAD CESAR VALLEJO
FACULTAD DE INGENIERIA
Consistencia en la media (prueba de medias).
Prueba T
Consistencia de la desviación estándar (pruebas de
variancias)
Prueba F
66. UNIVERSIDAD CESAR VALLEJO
FACULTAD DE INGENIERIA
Corrección de la información:
Completación de datos hidrológicos
Completación de datos mediante un promedio simple
Completación de datos mediante el método de razones
normales.
Completación de datos mediante regresión simple
Regresión lineal simple
Completación de datos mediante generación aleatoria
Generación de números aleatorios con distribución
uniforme
Generación de números aleatorios con distribución
normal.
Generación de números aleatorios con distribución Log –
Normal.
Generación de números aleatorios con distribución
Ganma.
69. - Diagrama de doble masa entre el promedio acumulado de las
estaciones Condorcerro, Huacapongo y Quirihuac y cada una de
ellas
70. 0
50
100
150
200
250
300
350
400
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
50% 75% 90%
Período de Estiaje
m3/s
Descargas promedio mensuales del río Santa 1956
– 2012, para diversos percentiles
74. 2.6 Análisis y calidad del agua
La calidad de agua se determina por 3 parámetros
que son:
Físicos
Químicos
Bacteriológicos
75. Calidad de agua por salinidad: Determinada por
la conductividad eléctrica(CE), que se expresa en
mhos/cm
Tipo de agua CE(micromhos/cm)
Excelente a buena hasta 1000
Regular a perjudicial 1000-3000
Perjudicial a dañina Mayor a 3000
76. Requerimientos de salinidad del agua potable:
Físico Químico Bacteriológico
Turbiedad Alcalinidad Contaje total de bacterias
Sólidos totales Dureza NMP de coli/100 ml de muestra
Color Hierro
Sabor Manganeso
Olor Sulfatos
Cloruros
Amoniaco
Nitritos
Nitratos
Oxigeno disuelto
82. 2.7 Análisis y modelamiento de cuencas
El proceso de modelizada de cuencas cuenta con dos
posibilidades. Modelos matemáticos y modelos físicos.
Modelo: Un modelo matemático representando un
proceso estocástico se llama modelo estocástico o
modelo de la serie de tiempo.
Para modelizar una cuenca se debe de conocer tanto
el propio modelo matemático como la cuenca a tratar.
83.
84. Modelaje de series de tiempo: Los pasos en el
modelaje son:
Selección del tipo de tiempo
Identificación de la forma o el orden del modelo
(numero de parámetros).
Estimación de los parámetros del modelo
Comprobación de la bondad del modelo.
El modelaje es por eso en un proceso iterativo.
85. Se debe contemplar el calibrado del modelo y el
análisis de sensibilidad.
El proceso de calibrado exige el conocimiento de
datos de avenida, de datos de lluvia y de la
situación de la cuenca al momento de producirse.
Los modelos hidrológicos tienen una clasificación
basada en su utilización.
Modelos de avenidas: Modelo HEC-HMS.
Modelos de recursos.
86. HEC-HMS
El modelo permite:
Modelización de cuencas complejas por medio de
la división en subcuencas.
Inclusión de lluvia, con la creación de tormenta de
lluvia del proyecto.
Calculo de hidrogramas y superposición de
hidrogramas.
Transito de hidrogramas.
Laminación del embalse y otros efectos de obras en
el cauce ( tomas, bombas, rotura de presas, etc.).
87.
88. El programa, puede simular la respuesta que tendrá
la cuenca de un rio en su escurrimiento superficial
como producto de la precipitación, mediante la
representación de la cuenca como un sistema
interconectado de componentes hidrológicos e
hidráulicos.
Un componente puede representar una identidad
de escurrimiento superficial, un canal de flujo o un
embalse.
89.
90. Los resultados de los estudios se pueden aplicar
para :
Disponibilidad de agua.
Drenaje urbano.
Predicción de flujo.
Reducción de los daños de las avenidas.
Operación de sistemas.
91. Diseño Hidrológico:
Es el proceso de evaluación del impacto de
los eventos hidrológicos en un sistema de
recursos hidráulicos y de escoger valores para
las variables importantes del sistema para que
este se comporte adecuadamente.
92. La principal preocupación es el flujo de agua a
través de un sistema.
Escala del diseño hidrológico: Se pueden
clasificar en dos categorías:
El control del agua: El drenaje, el control de
crecientes, la disminución de contaminación,
el control de sedimentación y el control de
salinidad.
El uso de agua y su manejo: El suministro
de agua domestica e industrial, la irrigación,
la generación hidroeléctrica, etc.
93.
94. Diseño de uso de agua: El diseño para el uso de
agua se maneja en forma similar, excepto que el
problema es de agua insuficiente en lugar de agua
en exceso.
Es mas difícil determinar los niveles de diseño de
sequías a través de análisis de frecuencias,
especialmente si el evento de diseño dura varios
años, como es el caso de diseño de suministros de
agua. Una base para el diseño de sistemas de
suministro de agua, es la sequia critica de registro.
Es decir la peor sequia presentada.
95.
96. El diseño hidrológico para el uso del agua
esta estrictamente regulado por los aspectos
de derecho de agua, especialmente en
regiones áridas. La ley específicamente que
usuarios deben reducir sus consumos de
agua en el evento de una sequia ( LRH).
.
97. Selección del nivel de diseño:
Existen tres formas de uso común para
determinar el valor de diseño hidrológico:
Aproximación empírica
Análisis de riesgo
Análisis hidroeconomico.
113. 4.1 Definición:
Es una herramienta que facilita y simplifica los
cálculos laboriosos y el proceso del análisis
de la abundante información que se debe
procesar en los estudios hidrológicos.
114.
115. Este software permite:
• El calculo de los parámetros estadísticos, para
datos agrupados y no agrupados, tanto con los
momentos tradicionales como son momentos
lineales.
• Cálculos de regresión lineal, no lineal, simple y
múltiple así como regresión polinomial.
116.
117. • Evaluar si una serie de datos se ajustan a una
serie de distribuciones: Normal, log, Normal,
gamma, log Pearson, tipo III, Gumbel y Log
Gumbel, tanto con momentos ordinarios, como
con momentos lineales. Si la serie de datos se
ajusta a una distribución, permite calcular por
ejemplo caudales o precipitaciones de diseño,
con un periodo de retorno dado o con una
determinada probabilidad de ocurrencia.
118. • Calcular a partir de la curva de variación estacional
o la curva de duración, eventos de diseño con
determina probabilidad de ocurrencia.
• Realizar el análisis de una tormenta y calcular
intensidades máximas, a partir de datos de
pluviogramas, así como intensidad máxima de
diseño para una duración y periodo de retorno
dado, a partir del periodo de intensidades
máximas.
119.
120. Permite el calculo de la precipitación
promedio por los métodos promedio
aritmético, polígono de Thiessen e Isoyetas.
Los cálculos de los aforos realizados con
molinetes o correntometros.
121.
122. El calculo de caudales máximos, con
métodos empíricos( racional, y Mac math) y
estadísticos( Gumbel y Nash).
Cálculos de la evapotranspiración con los
métodos de Thorhwaite, Blaney – Criddle,
Penman, Hargreves y calculo del balance
hídrico.
123.
124. 4.2 Importancia
Proporciona de fácil utilización para el ingeniero
civil, hidrólogos y otros especialistas que trabajen
en el campo de la hidrología.
Permite cálculos estadísticos con mucha
información para el uso en hidrología y cálculos
hidrológicos en general.
125. Permite calcular los parámetros estadísticos, para
los datos agrupados y no agrupados, tanto con los
momentos ordinarios como con momentos lineales
( L- Moments).
Permite calcular la regresión lineal, no lineal
simple y múltiple así como regresión polinomial.
126. Permite evaluar si una serie de datos se ajustan
a una serie de distribuciones: normal, Log
normal con 2 y 3 para metros, gamma con 2 y 3
parámetros, Log pearson tipo III, Gumbel y Log
Gumbel, tanto con momentos ordinarios, como
con momentos lineales.
Si la serie de datos, se ajusta a una
distribución, permite calcular por ejemplo
caudales o precipitaciones de diseño, con un
periodo de retorno dado o con una determinada
probabilidad de ocurrencia.
127.
128. Permite calcular a partir de la curva de variación
estacional o la curva de duración, eventos de
diseño con determinada probabilidad de
ocurrencia.
Permite realizar el análisis de tormentas y
calcular las intensidades máximas, a partir de
datos de pluviogramas , así como la intensidad
máxima de diseño para una duración y periodo
de retorno dado, a partir de registro de
intensidades máximas.
129.
130. Permite el calculo de la precipitación promedio
por los métodos promedio por los métodos
promedio aritmético, polígono de Thiessen e
isoyetas.
Permite los cálculos de aforos realizados con
molinetes o correntometros.
131. Permite los cálculos de aforos realizados con
molinetes o correntometros.
Permite el calculo de caudales máximos, con
métodos empíricos ( racional y Mac Math) y
estadístico( Gumbel y Nash).
Permite cálculos de la evapotranspiración con los
métodos de Thorthwaite, Blaney–
Criddle, Penman, Hargreaves y calculo del
balance hídrico.
132.
133. Permite reducir enormente el tiempo de calculo,
por que en todos los casos, se tiene que trabajar
con el procesamiento de mucha información.
Permite realizar simulaciones rápidas, variando
cualquier parámetro en las formulas de las
diferentes opciones ofrecidas en la aplicación.
134. Es posible almacenar la información de entrada
en archivos , a fin de repetir los cálculos las
veces que se desee.
Los datos procesados y resultados obtenidos, se
almacenan en archivos de textos en formato .
RTF, de donde se puede agregar a un
documento . DOC cuando se quiera elaborar un
informe.
139. 5. CONCLUSIONES FINALES
Es necesario trabajar mas y de manera conjunta, con
todos los integrantes de la cuenca, para cuidarla, poder
tener buena información, planificarla, y hacer un buen
uso de sus aguas.
Es importante el manejo de software que nos facilitan
el trabajo en el procesamiento de datos hidrológicos.
140. 140
FIN DE LA EXPOSICION
EMAIL: gpcampomanes@gmail.com
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