Este documento presenta los resultados del estudio hidrológico realizado para la construcción de captaciones de agua en las qochas Tturoqocha y Taraqocha en Paucartambo, Cusco. El estudio evaluó la hidrología de las microcuencas para determinar la disponibilidad hídrica y caudales máximos de diseño. Se analizaron las características físicas y climáticas de las cuencas y se determinó la oferta hídrica mediante un modelo precipitación-escorrentía. Adicionalmente, se
Como de produjo la penicilina de manera masiva en plena guerra mundial Biotec...
Estudio hidrológico captación agua
1. ESTUDIO HIDROLÓGICO
Informe Final
CONSTRUCCIÓN DE CAPTACIÓN DE AGUA; EN EL(LA) RECARGA HÍDRICA
PARA 02 UNIDADES PRODUCTORAS DE LOS SISTEMAS DE RIEGO
KCACHUPATA Y COLLPAPATA DEL DISTRITO DE PAUCARTAMBO, PROVINCIA
PAUCARTAMBO, DEPARTAMENTO CUSCO.
Octubre del 2020
2. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 1
ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE GENERAL ................................................................................................................................1
ÍNDICE DE TABLAS .............................................................................................................................3
ÍNDICE DE FIGURAS............................................................................................................................3
I. ASPECTOS GENERALES ............................................................................................................4
1.1. INTRODUCCIÓN.......................................................................................................................4
1.2. ANTECEDENTES ......................................................................................................................4
1.3. OBJETIVOS................................................................................................................................5
1.3.1. Objetivo General ...................................................................................................... 5
1.3.2. Objetivos Específicos............................................................................................... 5
1.4. METODOLOGÍA E INFORMACIÓN BÁSICA.....................................................................5
1.4.1. Metodología de trabajo............................................................................................. 5
1.4.2. Información Básica................................................................................................... 6
a) Información Hidrometeorológica............................................................................. 6
b) Información Cartográfica: ........................................................................................ 6
1.5. MARCO LEGAL ........................................................................................................................6
1.5.1. Ley de Siembra y Cosecha de Agua “Ley Nro 30989”............................................ 6
1.5.2. Ley de Recursos Hídricos “Ley Nro 29338”............................................................ 6
1.5.3. Reglamento de seguridad de presas en el Perú (ANA) ............................................ 7
II. EVALUACIÓN HIDROLÓGICA .................................................................................................8
2.1. UBICACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO.................................................................................8
2.1.1. Ubicación Geográfica............................................................................................... 8
2.1.2. Ubicación Política .................................................................................................... 8
2.1.3. Ubicación Hidrográfica............................................................................................ 8
2.1.4. Ubicación de Qochas................................................................................................ 9
2.1.5. Accesos y Vías de Comunicación ............................................................................ 9
2.2. CARACTERIZACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO................................................................9
2.2.1. Características Geomorfológicas de las Microcuencas ............................................ 9
a) Área de las Microcuencas (A)................................................................................ 10
b) Perímetro de las Microcuencas (P)......................................................................... 10
c) Longitud del Cauce Principal (L)........................................................................... 11
d) Coeficiente de Compacidad o índice de Gravelius (Kc) ........................................ 11
e) Factor de Forma (Ff) .............................................................................................. 11
f) Tiempo de Concentración (Tc)............................................................................... 12
2.3. ANÁLISIS DE PARÁMETROS CLIMATICOS ...................................................................12
2.3.1. Temperatura media................................................................................................. 13
2.3.2. Humedad relativa ................................................................................................... 13
2.3.3. Evaporación............................................................................................................ 13
2.3.4. Velocidad de viento................................................................................................ 14
2.3.5. Precipitación total promedio .................................................................................. 14
III. ESTIMACIÓN DEL VOLUMEN DE ESCURRIMIENTO......................................................15
3.1. MODELO PRECIPITACIÓN – ESCORRENTÍA ................................................................15
3.1.1. Modelo WEAP ....................................................................................................... 15
3.1.2. Transposición de Caudales..................................................................................... 16
a) Relación Precipitación – Área - Caudal ................................................................. 16
b) Determinación de caudales mensuales................................................................... 17
c) Determinación de la oferta hídrica total................................................................. 19
3. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 2
IV. ANALISIS DE EVENTOS EXTREMOS....................................................................................20
4.1. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE FRECUENCIAS..................................................................20
4.1.1. Leyes de distribución de probabilidad.................................................................... 20
4.1.2. Ajuste a la función Gumbel (Método Momentos).................................................. 21
4.1.3. Selección del Período de Retorno .......................................................................... 22
4.1.4. Determinación del tiempo de concentración, TC................................................... 23
d) Tiempo de concentración propuesto por Kirpich................................................... 23
e) Tiempo de concentración propuesto por California............................................... 24
f) Tiempo de concentración propuesto por Giandotti ................................................ 24
g) Tiempo de concentración propuesto por Témez .................................................... 24
h) Tiempo de concentración propuesto por Bransby Williams .................................. 24
4.1.5. Construcción de las Curvas IDF............................................................................. 25
4.1.6. Cálculo de caudal de diseño para (Tr: 100 años) ................................................... 26
V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES...........................................................................28
5.1. CONCLUSIONES.....................................................................................................................28
5.1.1. Sobre los aspectos de caracterización de las Microcuencas................................... 28
5.1.2. Sobre el comportamiento de las variables hidrológicas ......................................... 28
5.1.3. Sobre el volumen de escurrimiento en las Microcuencas ...................................... 28
5.1.4. Sobre el análisis de máximas avenidas................................................................... 28
5.2. RECOMENDACIONES...........................................................................................................29
VI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.........................................................................................30
VII. ANEXOS ........................................................................................................................................31
7.1. ANEXO A: Curva de Almacenamiento del Vaso de la Qocha ..............................................31
7.1.1. Curva Altitud – Volumen – Área del vaso (TTUROQOCHA).............................. 32
7.1.2. Curva Altitud – Volumen – Área del vaso (TARAQOCHA) ................................ 33
7.2. ANEXO B: Precipitación Media Mensual...............................................................................34
7.3. ANEXO C: Precipitación Máxima en 24 Horas .....................................................................37
7.4. ANEXO D: Temperatura Mensual Multianual......................................................................38
7.5. ANEXO E: Caudales medios Yavero en E.A.P. (m3/s) 1965-2013........................................39
7.6. ANEXO F: Mapas Temáticos...................................................................................................40
4. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 3
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: Coordenadas de ubicación y Altitud de las Qochas............................................................. 9
Tabla 2: Vías de acceso Lima – Cusco – Tturoqocha........................................................................ 9
Tabla 3: Vías de acceso Lima – Cusco – Taraqocha.......................................................................... 9
Tabla 4: Área de las Microcuencas (A)............................................................................................ 10
Tabla 5: Perímetros de las microcuencas (P). .................................................................................. 10
Tabla 6: Longitud del Cauce Principal (L)....................................................................................... 11
Tabla 7: Valores de Coeficiente de Compacidad (Kc)..................................................................... 11
Tabla 8: Valores de Factor de Forma (Ff)........................................................................................ 12
Tabla 9: Valores de tiempo de concentración por diferentes métodos............................................. 12
Tabla 9: Estaciones Pluviométricas.................................................................................................. 13
Tabla 10: Temperatura media mensual en °C. ................................................................................. 13
Tabla 11: Distribución de humedad relativa en %. .......................................................................... 13
Tabla 12: Evaporación total media mensual en mm. ....................................................................... 14
Tabla 13: Velocidad de Viento en m/s............................................................................................. 14
Tabla 14: Pp media mensual en la estación Paucartambo................................................................ 14
Tabla 15: Caudal propio en régimen natural de la SC. Yavero en E.A. Paucartambo..................... 16
Tabla 17: Calculo de caudales medios mensuales generadas en la microcuenca............................. 18
Tabla 18: Oferta hídrica total del proyecto. ..................................................................................... 19
Tabla 19: Distribución de probabilidades Pluviométricas................................................................ 21
Tabla 20: Intensidad de la lluvia (mm/hr) según el periodo de retorno ........................................... 26
Tabla 21: Caudales Máximos de Diseño para Tr=100 años............................................................. 27
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura. 1: Ubicación del área de estudio........................................................................................... 8
Figura. 2: Componentes de la Microcuenca.................................................................................... 10
Figura. 3: Serie de precipitación media mensual de la estación Paucartambo................................ 14
Figura. 4: Esquema de transformación de precipitación a caudal................................................... 15
Figura. 5: Serie de precipitación areal de la subcuenca Yavero E.A.P. .......................................... 16
Figura. 6: Criterio de comparación de la función de distribución teórica....................................... 22
Figura. 7: Ajuste a la probabilidad de no excedencia (papel normal/Cunnane).............................. 22
Figura. 8: Riesgo de excedencia del evento de diseño durante la vida útil..................................... 23
Figura. 9: Curvas intensidad-duración-frecuencia (IDF). ............................................................... 26
5. Estudio hidrológico
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I. ASPECTOS GENERALES
1.1. INTRODUCCIÓN
El afianzamiento hídrico en las cuencas del Perú es un aspecto prioritario, cuyo desarrollo
sostenible se ve limitado por la acentuada escasez de los recursos hídricos y la disminución
de las fuentes de agua como; lagunas, bofedales, acuíferos y manantiales. Los efectos del
cambio climático y el mal manejo local del agua son factores que ocasionan escenarios que
afectan el uso y consumo del agua, por lo que se desarrollan estrategias como reservorios
naturales de almacenamiento (QOCHAS), las cuales nos permita captar, almacena e infiltrar
las aguas de lluvia y disponerlo en épocas de estiaje.
A través de la siembra y cosecha de agua, se tiene proyectado incrementar la producción
agropecuaria, por lo que se plantea conservar, potenciar la capacidad de retención y el
almacenamiento de las reservas naturales de agua en las cabeceras de la cuenca, con el
propósito de aumentar la oferta hídrica durante el periodo de avenidas, para esto el Estado
Peruano a través de la Unidad Ejecutora 036 – 001634 “Fondo Sierra Azul”, tiene como
finalidad incrementar la seguridad hídrica agraria contribuyendo a la prosperidad del agro
peruano.
Por tal razón se desarrolla el presente estudio hidrológico para la elaboración del expediente
técnico “Construcción de Captación de Agua; en el(la) Recarga Hídrica Para 02 Unidades
Productoras de los Sistemas de Riego Kcachupata y Collpapata del Distrito de
Paucartambo, Provincia Paucartambo, Departamento Cusco”.
1.2. ANTECEDENTES
Los antecedentes para el presente estudio constituyen los siguientes:
Las Qochas de infiltración son depósitos o reservorios naturales de agua, que el hombre
utiliza aprovechando la depresión natural del suelo (hondonadas) o las lagunas
naturales, construyendo para ello un dique que permite captar y almacenar el agua
proveniente de las lluvias, para ser utilizada en los meses de mayor escasez.
La municipalidad Distrital de Paucartambo, como política frente al cambio climático
viene impulsando la siembra y cosecha de agua en los ámbitos de sus localidades, tal
es así que en coordinación con la Unidad ejecutora 036 – 001634 “Fondo Sierra Azul”,
vienen impulsando la interceptación y retención de las aguas de lluvia, su
almacenamiento y regulación, con lo cual incrementará la disponibilidad de agua para
sus actividades agropecuarias.
6. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 5
1.3. OBJETIVOS
1.3.1. Objetivo General
Evaluar la hidrología con fines de diseño hidráulico en los puntos de interés de las Qochas
de infiltración: Tturoqocha, Taraqocha y de las estructuras conexas para la
implementación de siembra y cosecha de agua en el distrito de Paucartambo.
1.3.2. Objetivos Específicos
Determinar las características físicas y climáticas de la microcuenca
Analizar del comportamiento de las variables Meteorológicas
Determinar la disponibilidad hídrica superficial de las microcuencas de las Qochas
Determinar los caudales máximos de diseño en los puntos de interés (ejes de dique
Qochas).
1.4. METODOLOGÍA E INFORMACIÓN BÁSICA
1.4.1. Metodología de trabajo
Para el desarrollo de la disponibilidad hídrica se ha utilizado como referencia los
resultados del estudio “Evaluación de Recursos Hídricos en la Cuenca Urubamba”,
elaborado por la Autoridad Nacional del Agua en el año 2015, y para determinar el caudal
de máximas avenidas se utilizado el método de regionalización de precipitaciones
máximas. Por tanto, el estudio hidrológico comprenderá las siguientes fases:
Fase 1: Recopilación de información disponible y revisión bibliográfica
Comprende la compilación de información necesaria para el desarrollo del presente
estudio de trabajos similares que fueron elaborados a nivel nacional, la información
recopilada es del tipo cartográfico, imágenes satelitales, datos meteorológicos e
hidrológicos, de acuerdo con la influencia de estos a nuestra área de estudio.
Fase 2: Trabajo de reconocimiento de la zona de estudio
En esta etapa se realiza un análisis de la zona de estudio, lo cual nos ha permitido entender
el funcionamiento hidrológico de la microcuenca como un sistema natural, de igual
manera se determina las principales características geomorfológicas para ver la reacción
que tienen ante la presencia de una precipitación, al igual que la cobertura vegetal y el tipo
de suelo, estas características serán de utilidad para la validación de diferentes parámetros
como el coeficiente de escorrentía.
Fase 3: Análisis exploratorio de datos
Para el análisis exploratorio de datos (AED), primero es necesario realizar un análisis
visual previo mediante gráficos, con el fin de evaluar las tendencias y cambios en la serie
de tiempo, segundo se someterá la información a un análisis estadístico para comprobar
7. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 6
su calidad y fiabilidad. Dentro de este análisis AED se utilizará gráficas de serie de tiempo,
diagrama de cajas, grafica de doble masa y la gráfica de normalidad.
1.4.2. Información Básica
La información básica y necesaria utilizada proviene de registros de estaciones climáticas
del SENAMHI, ANA y para realizar los mapas temáticos necesarios se utilizarán las
Cartas Nacionales de IGN.
a) Información Hidrometeorológica
La información hidrometeorológica básica utilizada en el presente estudio es concerniente
a: Precipitación diaria, Temperatura máxima, Temperatura mínima, Evaporación y
Humedad relativa, de acuerdo la disponibilidad de información de las estaciones
climáticas que influencian a nuestra zona de estudio.
b) Información Cartográfica:
La información cartográfica utilizada para el presente estudio es:
Cartas nacionales a escala 1/100,000 elaborado por el Instituto Geográfico Nacional
Para la demarcación de las microcuencas en los puntos de interés, y la caracterización
de los parámetros geomorfológicos, se determinó en base a la información cartográfica
del INGEMMET, ANA, Imágenes del Radar ALOS PALSAR con una resolución de
12.5 m. y la topografía de la Qocha, a escala 1: 1,000 con curvas de nivel a cada 0.5 m.
1.5. MARCO LEGAL
1.5.1. Ley de Siembra y Cosecha de Agua “Ley Nro 30989”
Ley que declara de Interés Nacional y Necesidad Pública la Implementación de la Siembra
y Cosecha de Agua, herencia ancestral que permitió a los antiguos peruanos garantizar la
sostenibilidad agrícola en áreas de cultivo altoandinas, lugar en el que desarrollan sus
actividades los pequeños productores que desarrollan la Agricultura Familiar.
1.5.2. Ley de Recursos Hídricos “Ley Nro 29338”
Actualmente la gestión de los recursos hídricos esta normada por la nueva Ley, que
establece:
El agua es un recurso natural renovable, indispensable para la vida, vulnerable y
estratégico para el desarrollo sostenible, el mantenimiento de los sistemas y ciclos
naturales que la sustentan, y la seguridad de la Nación.
El agua constituye patrimonio de la Nación. El dominio sobre ella es inalienable e
imprescriptible. Es un bien de uso público y su administración solo puede ser otorgada
y ejercida en armonía con el bien común, la protección ambiental y el interés de la
Nación. No hay propiedad privada sobre el agua.
8. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 7
Declárase de interés nacional y necesidad pública la gestión integrada de los recursos
hídricos con el propósito de lograr eficiencia y sostenibilidad en el manejo de las
cuencas hidrográficas y los acuíferos para la conservación e incremento del agua, así
como asegurar su calidad fomentando una nueva cultura del agua, para garantizar la
satisfacción de la demanda de las actuales y futuras generaciones.
Basado en el Principio de predictibilidad o de confianza legítima, el marco legal para
realizar la acreditación de disponibilidad hídrica se sustenta en el Decreto Supremo
023-2014-MINAGRI, que modifica el Reglamento de la Ley de Recursos Hídricos, en
cuyo numeral 81.3 del artículo 81 establece: “se puede prescindir de la presentación
del estudio hidrológico o hidrogeológico, cuando la disponibilidad del recurso esté
debidamente acreditada por la Autoridad Nacional del Agua”.
1.5.3. Reglamento de seguridad de presas en el Perú (ANA)
El presente reglamento es de aplicación en el ámbito nacional y sus disposiciones de
cumplimiento obligatorio por los titulares u operadores de presas de embalses, cuya
capacidad de almacenamiento sea mayor de 0.5 hm3 y no menor de 5 metros de altura;
ejecutadas con fondos públicos o privados, para múltiples fines.
Clasificación de las presas
Grandes presas: aquellas que cumplan cualquiera de las condiciones siguientes:
a) Altura superior a 15 metros, medida desde la parte más baja de su cimentación hasta su
coronamiento.
b) Altura comprendida entre 10 y 15 metros, medida desde la parte más baja de su
cimentación, siempre y cuando, tengan una capacidad de embalse que no sea inferior a los
3 MMC o de lo contrario, una longitud de coronamiento superior a los 400 metros.
Pequeñas presas: aquellas que cumplan cualquiera de las condiciones siguientes:
a) Altura comprendida entre 5 y 10 metros, medida desde la parte más baja de su
cimentación y tengan una capacidad de embalse no menor de 500,000 metros cúbicos.
b) Altura medida desde la parte más baja de su cimentación que este comprendida entre 2
y 5 metros, incluyendo el borde libre mínimo respectivo.
En función del riesgo potencial
Categoría A: cuando corresponde al caso de las presas cuya rotura o pésimo
funcionamiento pueda afectar muy gravemente a núcleos urbanos o a servicios esenciales.
Categoría B: cuando corresponde al caso de presas cuya rotura o funcionamiento
incorrecto pueda ocasionar daños materiales o medio ambientales importantes, pero no
catastróficos. Categoría C: cuando corresponde al caso de presas cuya rotura o
funcionamiento incorrecto puede ocasionar daños materiales de moderada importancia y
de ninguna manera, la pérdida de vidas humanas.
9. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 8
II. EVALUACIÓN HIDROLÓGICA
2.1. UBICACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO
2.1.1. Ubicación Geográfica
ESTE : 232024.57 m– 233960.68 m E
NORTE : 8527657.55 m – 8522737.74 m N
Altitud : 3708 m.s.n.m.
2.1.2. Ubicación Política
Región : Cusco
Provincia : Paucartambo
Distrito : Paucartambo
2.1.3. Ubicación Hidrográfica
Vertiente : Amazonas
Intercuenca : Alto Madre de Dios
Subcuenca : Rio Cachupata
Microcuenca : Tturoqocha, Taraqocha.
Figura. 1: Ubicación del área de estudio
10. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 9
2.1.4. Ubicación de Qochas
Como ya se mencionó las Qochas se encuentran ubicadas hidrológicamente en la
subcuenca del Rio Cachupata, en la Tabla 1, se describe el nombre, coordenadas UTM y
la altitud de cada Qocha.
Tabla 1: Coordenadas de ubicación y Altitud de las Qochas.
COD. Nombre de Qochas
Coordenadas Geográficas (UTM)
Zona
Este Norte Elevación
1 Tturoqocha 232024.57 8527657.55 3686 19L
2 Taraqocha 233960.68 8522737.74 3730 19L
Fuente: Elaboración Propia.
2.1.5. Accesos y Vías de Comunicación
Las principales vías de comunicación terrestre de Lima a Cusco, Ver Tabla 2.
Tabla 2: Vías de acceso Lima – Cusco – Tturoqocha.
Tramo Distancia Tiempo Carretera/vía
Inicio Final (km) (hr) Nombre Tipo Estado
Total qochas bloque I 1236.01 25:21
Lima Cusco 1117.00 21:00 Nacional Asfaltado Regular
Cusco Huacarpay 27.50 00:30 Nacional Asfaltado Regular
Huacarpay Paucartambo 72.70 01:30 Departamental Asfaltado Regular
Paucartambo Espinguni 17.40 01:06 Trocha Afirmado Regular
Espinguni Tallacqocha 1.41 01:15 Vecinal Camino Empinado
Tabla 3: Vías de acceso Lima – Cusco – Taraqocha.
Tramo Distancia Tiempo Carretera/vía
Inicio Final (km) (hr) Nombre Tipo Estado
Total qochas bloque II 1239.80 44:32
Lima
Cusco
1117.00 21:00 Nacional Asfaltado
Regular
Cusco
Huacarpay 27.50 00:30 Nacional Asfaltado
Regular
Huacarpay
Paucartambo 72.70 01:30 Departamental Asfaltado
Regular
Paucartambo
Desvio 01 17.50 20:10 Trocha Afirmado
Regular
Desvio 01
Totorani 3.80 00:16 Trocha Afirmado
Regular
Totorani
Hatunsoraqocha 1.30 01:06 Vecinal Camino Empinado
2.2. CARACTERIZACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO
2.2.1. Características Geomorfológicas de las Microcuencas
Las Microcuencas como unidad dinámica y natural, refleja las acciones recíprocas entre
el suelo, factores geológicos, el agua y la vegetación, proporcionando un resultado de
11. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 10
efecto común: escurrimiento por medio del cual los efectos netos pueden ser apreciadas y
valoradas en los resultados. Para ello se determinó los principales parámetros
geomorfológicos de las microcuencas, tales como: Área de la Microcuenca, Longitud del
Cauce Principal, Pendiente Media, tiempo de concentración y otros que se detallan a
continuación.
Figura. 2: Componentes de la Microcuenca.
a) Área de las Microcuencas (A)
Área de la microcuenca o área de drenaje, quizás la característica de la microcuenca más
importante para determina el potencial del volumen de escorrentía. La microcuenca es
delimitada por la unión de puntos altos que separan las microcuencas de drenaje en salidas
diferentes. Por tanto, fue calculada a partir del punto de interés de cada Qocha que se
especifica a continuación, Ver Tabla 3.
Tabla 4: Área de las Microcuencas (A).
COD. Nombre de Qochas
Área de la
Microcuenca
(ha) (Km2)
1 Tturoqocha 2.652 0.027
2 Taraqocha 3.667 0.037
Fuente: Elaboración Propia.
b) Perímetro de las Microcuencas (P)
Es la extensión de la línea divisoria de aguas y conforma el perímetro del área de la
microcuenca. Cuando se coteja las microcuencas de la misma área, este parámetro es útil
para diferenciar la forma de la microcuenca. Es decir, si es alargada o redondeada.
Tabla 5: Perímetros de las microcuencas (P).
COD. Nombre de Qochas
Área de la
Microcuenca
(ha) (Km2)
1 Tturoqocha 28.220 0.282
2 Taraqocha 1.006 0.010
Fuente: Elaboración Propia.
12. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 11
c) Longitud del Cauce Principal (L)
Llamado también longitud de la cuenca, comprende la medida del largo del curso principal
de agua, la única que traslada la escorrentía generada por la cuenca desde las zonas más
altas hasta el punto de salida que es la zona más baja de la cuenca. Para este tipo de estudios
en donde las dimensiones de las microcuencas de análisis son pequeñas, se utilizará el
máximo recorrido de la escorrentía, en la Tabla 5, se presenta la longitud del cauce
principal, sus cotas máximas, mínimas y pendiente.
Tabla 6: Longitud del Cauce Principal (L).
COD. Nombre de Qochas
Long. Del Cauce Principal Cota (msnm) Pendiente
(m/m)
(m) (Km) Máxima Mínima
1 Tturoqocha 503.15 0.503 3730 3682 0.095
2 Taraqocha 147.60 0.148 3733 3703 0.203
Fuente: Elaboración Propia.
d) Coeficiente de Compacidad o índice de Gravelius (Kc)
Es la relación entre el perímetro de la microcuenca y el perímetro de una circunferencia
de área equivalente a la superficie de la microcuenca correspondiente. Este índice
representa la forma de la superficie de la microcuenca, según su delimitación, y su
influencia sobre los escurrimientos y el hidrograma resultante de una precipitación. Se
expresa mediante la siguiente ecuación:
𝐾𝑐 =
𝑃
2√𝜋𝐴
Dónde:
Kc; coeficiente de compacidad,
P; perímetro de la cuenca en km,
A; área de la cuenca en km2.
Tabla 7: Valores de Coeficiente de Compacidad (Kc).
COD. Nombre de Qochas
Área de la Microcuenca Perímetro
(ha) (Km2) (m) (km)
1 Tturoqocha 28.220 0.282 2209.620 2.210 1.174
2 Taraqocha 1.006 0.010 459.149 0.459 1.292
Fuente: Elaboración Propia.
e) Factor de Forma (Ff)
Es uno de los parámetros que explica la elongación de una cuenca. Se expresa como la
relación entre el área de la cuenca y la longitud de la misma. El parámetro está definido
por la siguiente expresión:
𝐾𝑐 =
𝑃
2 ∗ √𝜋𝐴
13. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 12
𝐹𝐹 =
𝐴
𝐿2
Dónde:
Ff; factor de forma
A; área de la cuenca en km2
L; Longitud de la cuenca en km.
Tabla 8: Valores de Factor de Forma (Ff).
COD. Nombre de Qochas
Área de la Microcuenca Longitud de Cauce
(ha) (Km2) (m) (km)
1 Tturoqocha 28.220 0.282 503.148 0.503 1.115
2 Taraqocha 1.006 0.010 147.605 0.148 0.462
Fuente: Elaboración Propia.
f) Tiempo de Concentración (Tc)
Es el tiempo necesario para que una gota de agua que cae en el punto “hidrológicamente”
más alejado de la cuenca hasta la salida de esta que es el punto más bajo. Para las cuencas
de las cochas se ha determinado este parámetro con diferentes métodos y ecuación, tal
como se muestra en la Tabla 8.
Tabla 9: Valores de tiempo de concentración por diferentes métodos.
COD. Nombre de Qochas
Tiempo de Concentración (horas)
Kirpich Californiana Giandotti Témez
Bransby
Williams
Promedio
1 Tturoqocha 0.097 0.096 0.520 0.278 0.140 0.399
2 Taraqocha 0.028 0.028 0.142 0.095 0.050 0.050
Fuente: Elaboración Propia.
2.3. ANÁLISIS DE PARÁMETROS CLIMATICOS
La mayoría de las cuencas del Perú carecen de estaciones meteorológicas que abarquen
toda la extensión de su área, una de ella es la cuenca del rio Urubamba que cuenta con una
baja densidad de estaciones climáticas, con registros cortos e incompletos, sin embargo
para suplir este déficit de información es posible optar por otras alternativas que nos
permita obtener registros históricos de variables meteorológicas, como son la temperatura,
humedad relativa, velocidad de viento y ETP, para este estudio se utilizó la información
de estaciones vecinas tal como se muestra en la Tabla 9.
𝐹𝑓 =
𝐴
𝐿2
14. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 13
Tabla 10: Estaciones Pluviométricas.
N° Estación
Coordenadas Geográficas Altitud
(m.s.n.m.)
Latitud Longitud
1 Ccatcca 13° 36' 35.6'' 71° 33' 36.4'' 3681
2 Paucartambo 13º 18' 12.49" 71º 35' 48.05" 2931
3 Acjanaco 13º 11' 48.2" 71º 37' 9.86" 3466
4 Cay Cay 13º 35' 59.96" 71º 42' 1.00" 3117
5 Colquepata 13° 21' 47.27'' 71° 40' 24.1'' 3696
6 Granja Kcayra 13º 33' 24.3" 71º 52' 30.4" 3214
Fuente: Elaboración Propia.
2.3.1. Temperatura media
Se tomará como referencia los registros de la estación Paucartambo que tiene influencia y
es la única que presenta datos sobre las microcuencas de las Qochas, la estación presenta
valores altos de 14.53 °C en el mes de enero y un valor mínimo de 12.47 °C en el mes de
julio por lo que se evidencia una clara tendencia de la variación de temperatura con
respecto a la altitud.
Tabla 11: Temperatura media mensual en °C.
EST.
Temperatura Media Mensual en °C. Periodo (1990 -2019)
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic Pro.
Paucartambo 14.53 14.45 14.38 14.17 13.61 13.01 12.47 12.63 13.46 14.29 14.92 14.84 13.90
Fuente: SENAMHI.
2.3.2. Humedad relativa
La humedad relativa fluctúa entre 78.04 y 80.90 % a lo largo del año. Los máximo valores
se presenta en los meses de diciembre a abril y los mínimos en los meses de julio a
noviembre. Así mismo, recalcar que es la única estación con datos representativos para el
área de estudio.
Tabla 12: Distribución de humedad relativa en %.
EST.
Variabilidad Mensual de la Humedad Relativa en (%)
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic Pro.
Paucartambo 80.25 80.90 80.72 79.95 79.23 78.04 78.97 79.14 79.72 79.80 79.98 80.36 79.76
Fuente: SENAMHI.
2.3.3. Evaporación
El rango de evaporación media anual en la cual se sitúa entre 899 mm (Est. Paucartambo).
Los máximos valores se registran entre los meses de setiembre a febrero mientras que los
valores mínimos de evaporación se sitúan en los meses de abril y agosto.
15. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 14
Tabla 13: Evaporación total media mensual en mm.
EST.
Evaporación Total Media Mensual (mm)
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic Total
Paucartambo 88 83 71 65 54 58 61 77 86 85 87 84 899.0
Fuente: ERH-Cuenca Urubamba
2.3.4. Velocidad de viento
La velocidad del viento es estable a lo largo del año con pequeñas variaciones inferiores
en promedio de 7.46 m/s. La velocidad mínima promedio media anual se registra en
noviembre con 5.53 m/s, y la máxima promedio en el mes de Julio con 10.00 m/s.
Tabla 14: Velocidad de Viento en m/s.
EST.
Velocidad del Viento Media Mensual (m/s)
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic Pro.
Paucartambo 7.04 7.31 7.32 7.53 7.53 7.46 7.64 7.45 7.69 7.68 7.61 7.22 7.46
Fuente: SENAMHI.
2.3.5. Precipitación total promedio
La variabilidad anual de la precipitación más representativa para el área de estudio es la
estación Paucartambo, que registro valores más elevados en los meses de octubre a abril
y los más reducidos en mayo a setiembre. La precipitación promedio anual registrada
según fuente SENAMHI es de 620.5 mm. Para el periodo de 1990 a 2019.
Tabla 15: Pp media mensual en la estación Paucartambo.
EST.
Variabilidad Mensual de la Precipitación Media (mm)
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic Pro.
Paucartambo 126.8 126.5 99.1 40.5 12.1 8.4 10.1 16.8 14.4 43.7 46.8 93.6 620.5
Fuente: SENAMHI.
Figura. 3: Serie de precipitación media mensual de la estación Paucartambo.
Fuente: Elaboración Propia.
16. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 15
III. ESTIMACIÓN DEL VOLUMEN DE ESCURRIMIENTO
El objetivo del estudio “Evaluación de Recursos Hídricos en la Cuenca Urubamba” es
determinar la disponibilidad hídrica o volumen mensualizado de los recursos hídricos en
la cuenca, que la Autoridad Nacional del Agua (ANA) dispone a nombre de la Nación,
desde el punto de vista legal, para otorgar los derechos en sus distintas modalidades
establecidas en el Reglamento de la Ley Nº 29338.
Para la calibración hidrológica de la cuenca del Río Urubamba se han incluido en el
modelo las estaciones hidrométricas siguientes: Estación Pisac, Estación CH
Machupicchu y la Estación Paucartambo. Es necesario precisar, en base a esta información
base se determinará el volumen de escorrentía para la Qocha proyectada: Tturoqocha,
Taraqocha; localizándose como subcuenca vecina Yavero en E.A. Paucartambo. Cabe
mencionar que se aplicó el método de transporte y similitud de cuencas y métodos basados
en parámetros físicos de la cuenca e información climatológica a escala temporal anual y
mensual para el cálculo de la disponibilidad hídrica.
3.1. MODELO PRECIPITACIÓN – ESCORRENTÍA
3.1.1. Modelo WEAP
El análisis lluvia - escorrentía se ha realizado con la herramienta WEAP del Stockholm
Environment Institute (2013) a partir de los datos climáticos, con el objetivo de conocer
el volumen de escurrimiento de las subcuencas. Para ello se emplean catchments o
elementos de precipitación – escorrentía - evapotranspiración. Estos catchments pueden
funcionar como elementos de lluvia escorrentía directa, en suelos poco retentivos o
teniendo en cuenta la parte de flujo subterráneo en suelos con mayor capacidad de
retención. El método empleado para la estimación de la escorrentía y flujo subterráneo es
Rainfall Runoff Method (Soil Moisture Method).
Construcción y calibración de modelo, los puntos clave de un modelo son las variables y
los parámetros.
Figura. 4: Esquema de transformación de precipitación a caudal.
Fuente: ERH Cuenca Urubamba - ANA.
17. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 16
Calibración, comparación de valores simulados y los caudales reales.
Validación, comprobar la capacidad productiva del modelo.
Obteniedo el resultado del modelo hidrológico que describe el comportamiento de la
cuenca de manera semidistribuida en las 27 subcuencas, constituyendo éstas unidades de
análisis hidrológico a las que se denominan catchments, .
Tabla 16: Caudal propio en régimen natural de la SC. Yavero en E.A. Paucartambo.
Serie de Caudales Propios en Régimen Natural en (m3/s)
AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC MEDIA
MEDIA 45.1 49.9 41.5 22.4 11.2 8.7 7.2 6.7 7.2 11.1 16.8 30.7 21.5
DES. EST. 18.4 17.1 12.7 8.2 3.7 2.6 2.6 3.2 2.7 5.1 6.8 12.5 5.6
MÁX. 127.0 93.9 84.8 51.6 29.0 22.4 17.3 22.1 17.6 26.4 34.6 66.8 45.1
MÍN. 18.7 15.1 15.7 7.3 5.9 4.3 3.5 3.5 3.2 4.2 5.7 10.8 8.5
Fuente: Evaluación de recursos hídricos en la cuenca Urubamba.
Figura. 5: Serie de precipitación areal de la subcuenca Yavero E.A.P.
3.1.2. Transposición de Caudales
Sin embargo, este método transfiere información y genera una relación entre el área,
caudal y precipitación de la cuenca. Se aplica en cuencas donde se tenga información
conocida y en zonas donde no se tenga datos de caudal y precipitación.
a) Relación Precipitación – Área - Caudal
Si bien las Qochas se ubican en la subcuenca Yavero en E.A. Paucartambo, se utilizaron
datos de la evaluación de recursos hídricos en la Cuenca Urubamba, para aplicar la
trasposición de información de caudales a las microcuencas, Ver Tabla 16.
La relación de transposición se basa en el cumplimiento de la igualdad, para las siguientes
relaciones entre dos cuencas:
Qi
Ai ∗ Pi
=
Qi+1
Ai+1 ∗ Pi+1
18. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 17
Donde:
𝑄𝑖 = caudal de la cuenca con información (m3/s).
𝐴𝑖 = área de la cuenca con información (km2).
𝑃𝑖 = precipitación media de la cuenca con información (mm).
𝑄𝑖+1 = caudal de la cuenca sin información (m3/s).
𝐴𝑖+1 = área de la cuenca sin información (km2).
𝑃𝑖+1 = precipitación media de la cuenca sin información (mm).
Conociendo el caudal en un punto de partida (i), con los datos de áreas y precipitaciones
de la propia cuenca i, y de la subsiguiente (i+1) se puede obtener el caudal en el cierre de
la cuenca i+1 de la forma:
𝑄𝑖+1 =
𝐴𝑖+1 ∗ 𝑃𝑖+1
𝐴𝑖 ∗ 𝑃𝑖
∗ 𝑄𝑖
Al considerar que las precipitaciones son homogéneas dentro de la misma cuenca se tiene:
Los parámetros considerados son: precipitación media anual de la subcuenca Yavero en
E.A. Paucartambo con información, caudales medios mensuales de la subcuenca Yavero
en E.A. Paucartambo con información, área de la subcuenca Yavero en E.A. Paucartambo
con información y área de la microcuenca sin información.
𝑄𝑖+1 = 𝑄𝑖 ∗ (
𝐴𝑖+1
𝐴𝑖
)
𝑛
n = coeficiente de calibración para el caso general corresponde a 1.
b) Determinación de caudales mensuales
La ubicación espacial de las áreas de aporte hídrico para las Qochas en estudio nos muestra
que se localizan en la Cuenca Urubamba, subcuenca Yavero en E.A. Paucartambo de
acuerdo a la denominación empleada por la ANA.
Los caudales medios mensuales obtenidos por relación Área – Precipitación - Caudal con
la subcuenca Yavero en E.A. Paucartambo, se muestran en la siguiente Tabla 16.
19. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 18
Tabla 17: Calculo de caudales medios mensuales generadas en la microcuenca.
1734.6 km2 3347.9
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic Total Und
31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31 365 días
45.05 49.85 41.54 22.38 11.23 8.65 7.16 6.75 7.21 11.11 16.80 30.66 21.53 m3/s
123.40 113.38 100.64 38.76 8.62 5.64 7.49 11.09 17.49 37.93 54.78 97.36 616.58 mm
123.40 113.38 100.64 38.76 8.62 5.64 7.49 11.09 17.49 37.93 54.78 97.36 616.58 mm
Fuente: Evaluación de recursos hídricos en la cuenca Urubamba.
Qocha Area (km2) Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic Total Und
Tturoqocha 0.282 0.0073 0.0081 0.0068 0.0036 0.0018 0.0014 0.0012 0.0011 0.0012 0.0018 0.0027 0.0050 0.04204 m3/s
Taraqocha 0.010 0.0003 0.0003 0.0002 0.0001 0.0001 0.0001 0.0000 0.0000 0.0000 0.0001 0.0001 0.0002 0.00150 m3/s
Qocha Area (ha) Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic Total Und
Tturoqocha 28.2 19631.4 19620.9 18099.5 9436.1 4895.0 3647.8 3119.2 2940.0 3038.4 4842.7 7084.3 13358.1 109,713.51 m3
Taraqocha 1.0 699.7 699.4 645.1 336.3 174.5 130.0 111.2 104.8 108.3 172.6 252.5 476.1 4,096.83 m3
Fuente: Elaboración Propia
Qbase - Yavero en EA Paucartambo
Ppareal - Yavero en EA Paucartambo
Ppbase - Yavero en EA Paucartambo
msnm
Datos
Área de la Subcuenca Urubamba con información: Subcuenca: Yavero en EA Paucartambo Altitud Media:
N° de dias/mes
20. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 19
c) Determinación de la oferta hídrica total
La oferta hídrica de una microcuenca, corresponde también al volumen disponible para
almacenar en el vaso colector de la Qocha. Al cuantificar la escorrentía superficial a partir
del balance hídrico de la microcuenca, se estimó la oferta de agua superficial de la misma.
Para la estimación o cálculo de la Oferta en las microcuencas Tturoqocha y Taraqocha, se
tuvo en cuenta la “Evaluación de Recursos Hídricos en la cuenca Urubamba”. A
continuación, se presenta la oferta hídrica total del proyecto de 113,810.34 m3.
Tabla 18: Oferta hídrica total del proyecto.
OFERTA HIDRICA ANUAL (M3)
N° Qocha
Área Recarga Área Esp. Agua Vol. Almac. del Vaso Oferta Hídrica
(ha) (m2) (m3) (m3)
1 Tturoqocha 28.22 14,806.32 30,116.98 109,713.51
2 Taraqocha 1.01 2,095.18 3,909.27 4,096.83
Oferta Hídrica Total 113,810.34
Fuente: Elaboración Propia.
Cuando en una cuenca hidrológica los registros de hidrometría están incompletos o
simplemente no existen, se puede recurrir a modelos hidrológicos (lluvia-
escurrimiento), métodos estadísticos (TNRCC, 1997) y a métodos indirectos para
determinar la disponibilidad hídrica. En este último caso, un grupo de estos métodos se
basan el transporte de información hidrométrica de una estación de aforo cercana al
sitio de interés; a estos procedimientos también se les conoce como de similitud de
cuencas. En ese contexto se llegó a realizar la similitud de cuencas ya que los puntos
de interés se encuentran solo son separado por la línea divisoras de aguas.
21. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 20
IV. ANALISIS DE EVENTOS EXTREMOS
En este ítem se desarrolla el Análisis de los caudales y las precipitaciones máximas, de
acuerdo a la información disponible, se aplicará diferentes métodos estadísticos y
probabilísticos, estimando su probabilidad de ocurrencia en el tiempo y determinar y/o
pronosticar mediante un análisis estadístico de frecuencias eventos para diferentes periodos
de retorno, también se aplicara el Método Racional, para calcular los caudales máximos de
diseño en base a precipitaciones máximas, tanto para el dique de la Qocha y el
dimensionamiento del aliviadero del tipo cresta ancha. Para el dimensionamiento de los
Aliviaderos del tipo Cresta Ancha, los caudales serán calculados para un periodo de retorno
de (100 años). Para este análisis se utilizó la precipitación máxima en 24 horas de la Estación
Ccatcca correspondiente al periodo de (1990 - 2019), luego se efectuó el análisis de
frecuencias por diferentes leyes de probabilidad.
4.1. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE FRECUENCIAS
Un sistema hidrológico es afectado eventualmente por eventos extremos, tales como
tormentas severas, crecientes, etc. La magnitud de este evento extremo está relacionada con
su frecuencia de ocurrencia mediante una distribución de probabilidades. Esto implica
efectuar el ajuste de varias distribuciones teóricas a una determinada muestra, para
comparar y concluir cuál de ellas se aproxima mejor a la distribución empírica.
4.1.1. Leyes de distribución de probabilidad
Las distribuciones teóricas más utilizadas para el análisis de máximas avenidas son:
a) Distribución Gamma (Método de Momentos y Máxima Verosimilitud)
b) Distribución Gumbel (Método de Momentos)
c) Distribución Log Normal (Método de Máxima Verosimilitud)
d) Distribución Log-Pearson Tipo III (Método de Momentos)
e) Distribución Normal (Método de Máxima Verosimilitud)
f) Distribución Weibull (Método de Momentos y Máxima Verosimilitud)
g) Distribución Exponencial (Método de Máxima Verosimilitud)
h) Distribución GEV (Método de Máxima Verosimilitud)
i) Distribución Weibull (Método de Momentos y Máxima Verosimilitud)
j) Distribución GEV (Método de Momentos y Máxima Verosimilitud).
22. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 21
4.1.2. Ajuste a la función Gumbel (Método Momentos)
De acuerdo con la prueba de bondad de ajuste de Chi-Cuadrado, la distribución de Gumbel
(Método de Momentos) la que mejor se ajusta a los datos, por lo que se utilizara los valores
de esta distribución para un periodo de retorno de 100 años
Se debe tener en cuenta que el ajuste de distribución teórica se ha considerado los
siguientes criterios de comparación:
BIC: Criterio de Información Bayesiano
AIC: Criterio de Información de Akaike
Se entiende por bondad de ajuste, la asimilación de los datos observados de una variable,
a una función matemática previamente establecida y reconocida. A través de ésta es
posible interpolar y extrapolar información.
Tabla 19: Distribución de probabilidades Pluviométricas.
Nº AÑO MES Pp
1 1990 DIC 21.3
2 1991 FEB 27.2 1. GEV 1. Exponencial
3 1992 ENE 33.6 2. Gumbel 2. GEV
4 1993 DIC 29.5 3. Weibull 3. Weibull
5 1994 FEB 42.1 4. Log-normal (3 parametros) 4. Normal
6 1995 MAR 27.5 5. Gamma 5. Log Normal
7 1996 DIC 20.9 6. Pearson tipo III 6. Gamma
8 1997 MAR 25.0 Conclusión:
9 1998 FEB 34.0
10 1999 MAR 18.3
11 2000 MAR 32.8
12 2001 OCT 31.8
13 2002 OCT 33.7 Periodo Variable Precip. Prob. de Corrección
14 2003 MAR 34.0 Retorno Reducida (mm) ocurrencia inter. fijo
15 2004 ENE 40.2 Años YT XT'(mm) F(xT) XT (mm)
16 2005 ABR 21.6 2 0.367 30.4 0.500 34.352
17 2006 MAR 22.0 5 1.500 35.3 0.800 39.889
18 2007 ENE 19.1 10 2.250 37.6 0.900 42.488
19 2008 FEB 34.1 25 3.199 39.9 0.960 45.087
20 2009 ENE 29.2 50 3.902 41.4 0.980 46.782
21 2010 ENE 28.3 100 4.600 42.6 0.990 48.138
22 2011 FEB 36.8 500 6.214 44.9 0.998 50.737
23 2012 DIC 31.6
24 2013 DIC 30.0
25 2014 ENE 29.5
26 2015 DIC 30.5
27 2016 FEB 27.8
28 2017 MAR 31.0
29 2018 FEB 37.7
30 2019 FEB 38.0
30 704.6
Suma
AJUSTE DE LA DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDADES
MAXIMA VEROSIMILITUD
PRECIPITACIÓN MÁX. EN 24 Hr
MÉTODO
MOMENTOS
CÁLCULO DE LAS PRECIPITACIONES DIARIAS MÁXIMAS PROBABLES PARA
DISTINTAS FRECUENCIAS (Tr)
Acceptamos H0, a un nivel de significancia de 5%.
DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDADES PLUVIOMÉTRICAS
23. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 22
Figura. 6: Criterio de comparación de la función de distribución teórica.
Figura. 7: Ajuste a la probabilidad de no excedencia (papel normal/Cunnane).
4.1.3. Selección del Período de Retorno
Para adoptar el período de retorno a utilizar en el diseño de una obra, es necesario
considerar la relación existente entre la probabilidad de excedencia de un evento, la vida
útil de la estructura y el riesgo de falla admisible, dependiendo este último, de factores
económicos, sociales, técnicos y otros.
El criterio de riesgo es la fijación, a priori, del riesgo que se desea asumir por el caso de
que la obra llegase a fallar dentro de su tiempo de vida útil, lo cual implica que no ocurra
un evento de magnitud superior a la utilizada en el diseño durante el primer año, durante
el segundo, y así sucesivamente para cada uno de los años de vida útil de la obra.
24. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 23
El riesgo de falla admisible en función del período de retorno y vida útil de la obra está
dado por:
𝑅 = 1 − (1 −
1
𝑇
)
𝑛
; 𝑇 =
1
1 − (1 − 𝑅)1/𝑛
Si la obra tiene una vida útil de n años, la fórmula anterior permite calcular el período de
retorno T, fijando el riesgo de falla admisible R, el cual es la probabilidad de ocurrencia
del pico de la creciente estudiada, durante la vida útil de la obra.
Figura. 8: Riesgo de excedencia del evento de diseño durante la vida útil.
Fuente: Hidrología Aplicada (Ven te Chow).
El periodo de retorno considerado para el diseño de nuestra estructura es de 100 años, y la
vida útil de la obra 30 años.
𝑅 = 1 − (1 −
1
100
)
30
= 26%
Por lo tanto, hay una probabilidad de 26 % y 5% de que el caudal con un periodo de retorno
de 100 años alance en alguno de los próximos 100 años.
4.1.4. Determinación del tiempo de concentración, TC
Se determina el tiempo de concentración (Tc) de la subcuenca que aporta, las nacientes,
hasta el punto de interés del dique.
d) Tiempo de concentración propuesto por Kirpich
Tc = 0.00325 ∗ (
L0.77
S0.385
)
Dónde:
T= tiempo de concentración (Horas)
25. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 24
L= longitud máxima a la salida (m)
S= pendiente media del lecho (m/m)
e) Tiempo de concentración propuesto por California
Fórmula utilizada para cuencas pequeñas y situadas en zonas agrícolas. Es muy utilizada
en la aplicación del Método Racional.
𝑡𝑐 = (
0.871 ∗ 𝐿3
𝐻
)
0.385
Donde:
L: longitud del cauce más largo en Km
H: desnivel máximo de la cuenca en m
tc: tiempo de concentración expresado en horas
f) Tiempo de concentración propuesto por Giandotti
Válido para un rango de longitudes de cauce principal igual a L/3.600 ≥ tc ≥ (L/3.600
+1,5). Se basa en la siguiente fórmula:
𝑇𝐶 =
4 ∗ √𝑆 + 1.5 ∗ 𝐿
0.8√𝐻
Donde:
L = Longitud del cauce más largo en km
H = Desnivel máximo de la cuenca en m
S = Superficie de la cuenca en km2
Tc = Tiempo de concentración expresada en horas
g) Tiempo de concentración propuesto por Témez
Tc = 0.3 ∗ (
L
1000
)
0.76/S0.19
Donde:
T= tiempo de concentración (Horas)
L= longitud máxima a la salida (m)
S= pendiente media del lecho (m/m)
h) Tiempo de concentración propuesto por Bransby Williams
Tc = 0.2433 ∗ (
L
1000
) /A0.1∗s0.2
Donde:
T= tiempo de concentración (Horas)
L= longitud máxima a la salida (m)
A= Área de la recarga hídrica (ha)
S= pendiente media del lecho (m/m)
26. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 25
4.1.5. Construcción de las Curvas IDF
La construcción de las curvas Intensidad – Duración - Frecuencia (IDF), según diversos
autores, plantean distintas formas o métodos para su construcción. Para Aparicio (1997)
existen dos métodos; el primero, llamado de intensidad - período de retorno, relaciona
estas dos variables para cada duración por separado, mediante alguna de las funciones de
distribución de probabilidad usadas en hidrología.
Para la elaboración de las ecuaciones matemáticas y con el fin de representar la relación
entre la intensidad, la duración y la frecuencia de las precipitaciones, se optó por la
expresión propuesta por Bernard (1932) y validada por Aparicio (1997), definida de la
siguiente manera.
I =
K ∗ Tm
tn
Donde:
I = intensidad de precipitación (mm/h)
T = período de retorno (años)
t = duración (min)
k, m, n = parámetros a estimar a través de un análisis de regresión lineal múltiple.
Aparicio (1997) señala que esta expresión permite generar las curvas IDF través de un
modelo de regresión lineal, pudiéndose extrapolar la ecuación generada, a zonas que
carecen de registros meteorológicos y que se encuentran relativamente cerca. Para obtener
una expresión con la forma de un modelo de regresión lineal múltiple, se aplicaron
logaritmos a la ecuación anterior, quedando de la siguiente manera:
Log I = Log K + m LogT − n LogD
O de otra manera.
Y = a0 + a1X1 + a2X2
Donde:
Y = Log I a0 = Log K
X1 = Log T a1 = m
X2 = Log t a2 = −n
27. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 26
Tabla 20: Intensidad de la lluvia (mm/hr) según el periodo de retorno
A partir de las intensidades de la lluvia y según duración de precipitación y frecuencia se
encontraron los parámetros k, m y n. para construir la ecuación de intensidad dada a
continuación:
I =
K ∗ Tm
tn
A partir de la ecuación obtenida calculamos la intensidad en los puntos de interés para un
periodo de retorno de 100 años a partir del tiempo de concentración calculada.
Figura. 9: Curvas intensidad-duración-frecuencia (IDF).
4.1.6. Cálculo de caudal de diseño para (Tr: 100 años)
Debido a que la microcuenca no cuenta con estaciones Hidrológicas en el rio, se considera
en los diseños el cálculo de caudal máximo determinado mediante el método racional para
Tiempo de
Duración 2 años 5 años 10 años 25 años 50 años 100 años 500 años Prob. Ocu.
24 hr X24 38.87 44.30 47.35 50.74 53.00 55.14 59.44 49.83
18 hr X18 = 91% 35.37 40.31 43.09 40.59 48.23 50.18 54.09 44.55
12 hr X12 = 80% 31.10 35.44 37.88 40.59 42.40 44.12 47.55 39.87
8 hr X8 = 68% 26.43 30.12 32.20 34.50 36.04 37.50 40.42 33.89
6 hr X6 = 61% 23.71 27.02 28.88 30.95 32.33 33.64 36.26 30.40
5 hr X5 = 57% 22.16 25.25 26.99 28.92 30.21 31.43 33.88 28.40
4 hr X4 = 52% 20.21 23.03 24.62 26.38 27.56 28.67 30.91 25.91
3 hr X3 = 46% 17.88 20.38 21.78 23.34 24.38 25.37 27.34 22.92
2 hr X2 = 39% 15.16 17.28 18.47 19.79 20.67 21.51 23.18 19.43
1 hr X1 = 30% 11.66 13.29 14.20 15.22 15.90 16.54 17.83 14.95
Cociente
Precipitación máxima Pd (mm) por tiempos de duración
Donde:
134.735 * T I = intensidad de precipitación (mm/hr)
0.619 T = Periodo de Retorno (años)
t = Tiempo de duración de precipitación (min)
I =
t
0.067
28. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 27
periodo de retorno de 100 años, para una vida útil de la estructura de 30 años y el
porcentaje de riesgo de fallo de un 26 %.
En realidad, este límite está dado por las características de las lluvias intensas en la zona
y debe ser tal que la lluvia puntual se pueda considerar uniformemente distribuida en el
área. La fórmula es:
Q =
C ∗ I ∗ A
360
Donde:
Q: Caudal en m3/s
C: Coeficiente de escorrentía adimensional
I: Intensidad de la lluvia en mm/hora
A: es el área en hectáreas.
Tabla 21: Caudales Máximos de Diseño para Tr=100 años.
N°
Nombre de la
Qocha
Microcuenca Cauce Principal Pendiente T. C.
C
Intensidad Qmáx
(ha) (m) (m/m) (hr) (mm/hr) (m3/s)
1 Tturoqocha 28.220 503.148 0.095 0.399 0.43 25.652 0.855
2 Taraqocha 1.006 147.605 0.203 0.050 0.45 92.730 0.117
Fuente: Elaboración Propia.
29. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 28
V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1. CONCLUSIONES
5.1.1. Sobre los aspectos de caracterización de las Microcuencas
Las microcuencas se han caracterizado a través de las hojas cartográficas y la base de datos
del sistema de información geográfica (SIG), obteniendo las siguientes características
geomorfológicas a nivel de microcuenca: área, perímetro, longitud de cauce principal,
altitud, pendiente, coeficiente de compacidad, factor de forma y tiempos de concentración,
Ver Tabla 8; con los cuales se han caracterizado las superficies de aporte hídrico de la
Qocha: Tturoqocha, Taraqocha. Así mismo, la ubicación de las Qochas en estudio se
encuentra en la subcuenca Rio Cachupata.
5.1.2. Sobre el comportamiento de las variables hidrológicas
Los resultados obtenidos en el presente estudio corresponden al análisis de las variables
registradas en la estación pluviométrica seleccionada (Paucartambo y Ccatcca) ver Tabla
9, ubicadas en el área interna y contorno exterior del ámbito de estudio, con registro
histórico disponible de 29 años de 1990 - 2019, con información de: Precipitación media
mensual de 620.5 mm, Temperatura media de 13.90 °C, Humedad relativa de 79.76 % y
Velocidad de Viento de 7.46 m/s.
5.1.3. Sobre el volumen de escurrimiento en las Microcuencas
Se procedió a la adecuación del estudio “Evaluación de los Recursos Hídricos en la Cuenca
Urubamba” elaborado por la ANA, para obtener, por transposición de información,
mediante la similitud de cuencas desarrollando el método basado en parámetros físicos de
las dos cuencas utilizadas. Los caudales medios multianuales para las Qochas: Tturoqocha
y Taraqocha. La oferta hídrica total para las qochas es de 113,810.34 m3.
5.1.4. Sobre el análisis de máximas avenidas
Se ha llevado a cabo el ajuste a función de distribución teórica la estación Ccatcca, con
precipitación máxima en 24 horas de una serie de 30 años de 1990 a 2019, obteniendo
precipitaciones de diseño para diferentes periodos de retorno.
Mediante el Método Racional, y en base a los parámetros geomorfológicos de las
microcuencas, se estimaron los caudales máximos para un periodo de retorno de 100 años
con fines de diseño de los aliviaderos para la Qocha: Tturoqocha y Taraqocha. El caudal
resultante varia de 0.117 a 0.855 m3/s. Ver Tabla 21.
30. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 29
5.2. RECOMENDACIONES
En base a los resultados del estudio hidrológico para las Qochas: Tturoqocha y Taraqocha.
Se recomienda dimensionar las obras proyectadas con el volumen de escurrimiento
determinado y los caudales máximos de diseño obtenidos para un periodo de retorno de 100
años.
31. Estudio hidrológico
Unidad Ejecutora Fondo Sierra Azul 30
VI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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4. Aranda, F. 1987. Procesos del ciclo hidrológico. Universidad Autónoma san Luis de
Potosí. México.
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Universidad Católica del Perú. Lima, Perú.
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Desaguadero, lago Poopó y lago Salar de Coipasa (Sistema TDPS).
8. Dal Ré, R. 2003. Pequeños embalses de uso agrícola. Ediciones Mundi – Prensa. Madrid,
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Recursos Hídricos. Oficina de Proyectos de Afianzamiento Hídrico. Lima, Perú.
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14. Organización Meteorológica Mundial – OMM. 1994. Guía de prácticas hidrológicas Nº
168. Quinta edición.
15. Obando, W. 1996. Informe final: Actualización y complementación de los aspectos
climatológicos, hidrológicos y sedimentológicos de los embalses Ccaracocha y
Choclococha. Proyecto Especial Tambo Ccaracocha. Ica, Perú.
16. Villón, M. 2002. Hidrología estadística. Escuela de Ingeniería Agrícola, Instituto
Tecnológico de Costa Rica. Segunda Edición. Editorial Villón. Lima, Perú.
17. Villón, M. 2002. Hidrología. Escuela de Ingeniería Agrícola. Instituto Tecnológico de
Costa Rica. Segunda Edición. Editorial Villón. Lima, Perú.
18. ANA. 2015. Evaluación de Recursos Hídricos en la Cuenca Urubamba. Lima, Perú.