Estudio hidrológico

MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE GRAU
“INSTALACIÓN DE PISTAS, VEREDAS, MUROS DE CONTENCIÓN Y EVACUACIÓN DE AGUAS
PLUVIALES DE LOS BARRIOS HORCCOPATA, TAHUARAY, HUALLPACANCHA Y PAMPACALLE
DE LA CIUDAD DE CHUQUIBAMBILLA, PROVINCIA DE GRAU - APURIMAC".
ESTUDIO HIDROLÓGICO
1.1. DEFINICIONES
1.1.1. HIDROLOGÍA
La hidrología versa sobre el agua de la tierra, existencia y distribución, de propiedades físicas y
químicas, y la influencia sobre el medio ambiente, incluyendo su relación con los seres vivos. El
dominio de la hidrología abarca la historia completa del agua sobre la tierra.
1.1.2. EL CICLO HIDROLÓGICO
El ciclo hidrológico es la sucesión de etapas que atraviesa el agua al pasar de la atmósfera a la tierra y
volver a la atmósfera: evaporación desde el suelo, mar o aguas continentales, condensación de nubes,
precipitación, acumulación en el suelo de masas de agua y reevaporación.
El ciclo hidrológico involucra el proceso de transporte recirculatorio e indefinido o permanente, este
movimiento permanente del ciclo se debe fundamentalmente a dos causas: la primera, el sol que
proporciona la energía para elevar el agua (evaporación); la segunda, la gravedad terrestre, que hace
que el agua condensada descienda (precipitación y escurrimiento).
1.1.3. PRECIPITACIÓN
La precipitación se define como el fenómeno de la caída del agua de las nubes en forma líquida o
sólida; la cual es precedida por el proceso de condensación o sublimación o de ambos y está asociada,
primariamente con las corrientes convectivas del aire.
1.1.4. TEMPERATURA
Siendo las estaciones de Chuquibambilla las más representativas, la temperatura media mensual es de
12.6 °C, y la media mensual de la máximas diarias de 15.8°C, concerniente a las temperaturas
mínimas mensuales e promedio desciende a 5.4°C en el, en el periodo 2000 al 2013.
1.1.5. OTROS PARÁMETROS METEOROLÓGICOS
En las estaciones antes mencionadas, se ha registrado la insolación y velocidades de viento,
nubosidad
CONSORCIO CONSTRUCCIÓN CHUQUIBAMBILLA

1.1.6. PRECIPITACION MÁXIMA PROBABLE (PMP)
La precipitación máxima probable está definida por la Organización Meteorológica Mundial (1983)
como "la cantidad de precipitación que es cercana al límite físico superior para la duración dada sobre
la cuenca particular".
1.1.7. MÁXIMAS AVENIDAS
Si el período observado es de un año, el caudal de avenidas de ese año es el máximo caudal ordinario
presentado en el cauce durante un año, y si el período es de varios años, entonces es el caudal de
avenidas extraordinario. El valor del caudal de avenidas extraordinario es necesario conocer para
diseñar las obras hidráulicas. La fijación de caudal extraordinario de avenidas se hace con estudios
estadísticos basados en los valores de máximos caudales ordinarios para el período de retorno de: 25,
50, 75, 100 años, etc.
1.1.8. CAUDAL ECOLÓGICO
Se conoce como caudal ecológico al volumen mínimo de agua por unidad de tiempo, necesario en una
fuente o curso fluvial, para mantener el hábitat del ríos el entorno en buenas condiciones, para
preservar la conservación de los ecosistemas fluviales actuales, en atención a los usos de agua
comprometidos, a los requerimientos físicos de la corriente fluvial para mantener la estabilidad y
cumplir las funciones tales como, dilución de contaminantes, conducción de sólidos, recarga de
acuíferos y mantenimiento de las características paisajistas del medio.
1.1.9. PERIODO DE DURACION
Es el tiempo durante el cual se produce, uniformemente, la lluvia de intensidad dada. La intensidad de
la lluvia no es necesariamente constante a lo largo del tiempo, puesto que durante la tormenta se
producen diversas intensidades.
1.1.10. INTENSIDAD
La intensidad es la tasa temporal de precipitación, es decir, la altura de lámina por unidad de tiempo
(mm/h o Pulg/h). Puede ser la intensidad instantánea o la intensidad promedio sobre la duración de la
lluvia.
1.1.11. PERIODO DE RETORNO
El período de retorno del evento con la magnitud dada se definirá como el intervalo de recurrencia
promedio entre eventos que igualan o excede la magnitud especificada. El periodo de retorno T
obedece a criterios relacionados con la vida útil de la obra, el tipo de la estructura, la facilidad de
reparación en caso de daños y el peligro de pérdida de vidas humanas en caso de falla.

En la Tabla Nº 1 se muestra los períodos de retorno utilizados para diseños recomendados.
CUADRO Nº 1. PERÍODOS DE RETORNO DE DISEÑO RECOMENDADOS
Período de
Retorno Medio
Descripción
5 a 10 años
Y aún 20 años para el
dimensionamiento de obras de
protección de canteras, trabajos en
curso de aguas, derivaciones, etc
10 a 20 años
Para el dimensionamiento de desagües
pluviales en zonas urbanas.
20 a 50 años
Y aún 100 años para el
dimensionamiento de obras de defensa
contra avenidas según la importancia de
la zona y de los centros poblados
existentes.
50 a 200 años
Para el dimensionamiento de las obras
de defensa contra avenidas, según la
importancia de la zona y de los centros
poblados existentes.
100 a 250 años
Para el dimensionamiento de las
descargas de obras de represamiento
en concreto de modestas dimensiones
ubicadas sobre zonas poco pobladas.

ESTACIONES METEREOLOGICAS DEL AMBITO DE APURIMAC
Nº Nombre
Coordenadas UTM Ubicación Geográfica
Norte Este Cota Distrito Provincia
(msnm)
1 Tambobamba 8 457 823 806 173 3 275 Tambobamba Cotambambas
2 Pampapuquio 8 439 964 751 931 3 320 Santa Rosa Grau
3 Chuquibambilla 8 439 999 748 330 3 320 Chuquibambilla Grau
4 Antabamba 8 410 676 728 260 3 639 Antabamba Antabamba
5 Chalhuanca 8 409 093 697 680 3 358 Caraybamba Aymaraes
De estas estaciones meteorológicas se ha seleccionado como la más apropiada la estación de
Chuquibambilla porque su ubicación geográfica resulta la más próxima al proyecto y presenta
características similares al área de estudio
1.2. TEMPERATURA MEDIA MENSUAL
Año/Mes ENE FEB MAR ABRIL MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC
Media
Anual
2014 14,1 13,7 13,4 13,5 12,8 12,0 11,9 12,5 13,4 15,7 16,1 14,4 13,6
1.3. PRECIPITACIÓN
Por ser esta una de las variables más importantes a tener en cuenta en el ámbito del proyecto se
considera necesario analizarla durante los años 2008 al 2014, en la que se refleja que la precipitación
promedio acumulado anual varía entre 854 y 1 189,7 mm/año, obteniendo promedios mínimos y máximos,
se observa que el promedio de precipitaciones de los meses de Diciembre a Marzo pasa los 150
mm/mes para luego disminuir sin llegar a perder aportes a la red hídrica tanto superficial como
subterránea lo que indica que los ríos y afluentes no serán afectados.
AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC TOTAL
2008 226,7 162,2 133,6 55,6 4,9 0,0 0,0 38,7 15,8 113,8 90,1 188,1 1 029,5
2009 205,1 204,9 171,0 59,5 10,7 0,0 0,0 21,2 16,9 42,2 120,7 111,8 964,0
2010 163,3 165,9 177,1 84,4 2,3 0,0 0,7 4,3 37,8 21,7 24,6 171,9 854,0
2011 175,6 233,7 122,5 47,4 26,5 5,1 4,9 19,1 29,1 93,8 42,6 202,1 1 002,4
2012 325,6 293,9 181,3 38,7 14,8 3,0 14,8 9,1 17,0 75,9 92,7 78,4 1 145,2
2013 193,5 260,1 214,9 83,8 18,0 7,2 13,4 2,5 40,5 120,5 75,3 160,0 1 189,7
2014 224,3 143,5 152,6 46,3 21,1 1,2 0,0 22,8 26,2 35,1 51,9 200,5 925,5

PRECIPITACION(mm)
VARIACION MENSUAL DE LA P R E C IP IT A C IO N
( m m )
PROMEDIO MAXIMO PROMEDIO PROMEDIO M IN IM O
3 5 0 .0
3 0 0 .0
2 5 0 .0
2 0 0 .0
1 5 0 .0
1 0 0 .0
5 0 .0
0 .0
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov D ic
MESES (1998 a 2 0 1 4 )
Total 1514,1 1464,2 1153,0 415,7 98,3 16,5 33,8 117,7 183,3 503,0 497,9 1112,8 7 110,3
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC TOTAL
Prom.
Máximo
325,6 293,9 214,9 84,4 26,5 7,2 14,8 38,7 40,5 120,5 120,7 202,1 1 489,8
Prom. 226,7 204,9 171,0 59,5 14,8 3,0 4,9 19,1 29,1 75,9 75,3 160,0 1044.2
Prom.
Mínimo
163,3 143,5 122,5 38,7 2,3 0,0 0,0 2,5 15,8 21,7 24,6 78,4 613,3
93.7% de la precipitación total anual se concentra entre los meses de Octubre a Abril
Media
Anual
Total
Anual
1998 31,7 19,6 14,0 13,2 4,7 0,0 0,0 33,1 8,6 35,0 17,0 19,6 16,4 196,5
1999 38,2 26,8 26,1 21,6 8,1 0,0 0,0 16,6 4,7 16,1 21,4 29,2 17,4 208,8
2000 15,8 23,9 25,6 22,0 1,5 0,0 0,7 3,4 18,9 4,7 10,6 18,3 12,1 145,4
2011 22,5 39,0 26,2 13,8 10,0 3,4 3,3 4,8 14,7 18,7 13,0 42,3 17,6 211,7
2012 35,3 52,7 29,9 10,0 6,1 3,0 11,4 5,4 5,6 29,0 17,2 17,1 18,6 222,7
2013 39,0 38,9 20,3 25,0 9,1 6,4 4,4 1,1 20,0 17,3 15,6 30,7 19,0 227,8
2014 48,8 19,5 23,6 20,0 9,2 1,2 0,0 18,4 11,0 12,4 17,0 36,4 18,1 217,5

Total 231,3 220,4 165,7 125,6 48,7 14,0 19,8 82,8 83,5 133,2 111,8 193,6 119,2 1430,4
La lluvia máxima mensual de 24 horas dentro del período de 1998 al 2014 ha
alcanzado 52,7 mm. Esto se observa en la tabla anterior.
1.4. CAUDAL DE DISEÑO - MÉTODO RACIONAL
En el método racional, se supone que la máxima escorrentía ocasionada por una lluvia, se produce
cuando la duración de está es igual al tiempo concentración (tc). Cuando así ocurre, toda la cuenca
contribuye con el caudal en el punto de salida. Si la duración es mayor que el tc, contribuye así mismo
toda la cuenca, pero en ese caso la intensidad de la lluvia es menor, por ser mayor su duración y, por
tanto, también es menor el caudal.
Si la duración de la lluvia es menor que el Tc, la intensidad de la lluvia es mayor, pero en el momento
en el que acaba la lluvia, el agua caída en los puntos mas alejados aún no ha llegado a la salida; sólo
contribuye una parte de la cuenca a la escorrentía, por lo que el caudal será menor.
Aceptando este planteamiento, el caudal máximo se calcula por medio de la siguiente expresión, que
representa la fórmula racional.
Donde:
Q: Caudal máximo, en m3
/s
Ce: Coeficiente de escorrentía.
I: intensidad máxima de la lluvia, para una duración igual al tiempo de concentración, y para un
periodo de retorno dado, en mm/hr
A: área de la cuenca, en ha.
1.4.1. DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE ESCORRENTIA (CE)
La escorrentía, es decir, el agua que llega al cauce de evacuación, representa una fracción de la
precipitación total. A esa fracción se le denomina coeficiente de escorrentía, que no tiene
dimensionamiento y se representa por la letra Ce.
El valor de Ce depende de factores topográficos, edafológicos, cobertura vegetal.etc
En la tabla siguiente se muestran los coeficientes de escorrentía para la zona en estudio.
totaloprecipitadV
totalerficialaescorrentiV
Ce
..
.sup..
:
360
:
CIA
Q

CUADRO Nº 2. COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO
Descripción Ce ÁREA
( KM2)
Ponderado
CALLES RECIENTE
DE GRANDES
MANZANAS,
PATIO DE
RELATIVA
EXTENSIÓN
CERRADA Ó
CONVERTIDO EN
GARAJE, CUYO
TECHO NO TIENE
SALIDA AL
EXTERIOR.
CALLES
PAVIMENTADAS
CON CONCRETO
0.50 0.655 0.329
0.80 0.045 0.0336
0.55

1.4.1. CÁLCULO DE LA INTENSIDAD MÁXIMA:
Dado un registro con datos de intensidades máximas para diferentes duraciones y periodos de retorno,
con esta opción se determina la ecuación para el cálculo de la intensidad máxima, así como su valor,
para una duración dada y un periodo de retorno dado.
Media
Anual
Total
Anual
1998 31,7 19,6 14,0 13,2 4,7 0,0 0,0 33,1 8,6 35,0 17,0 19,6 16,4 196,5
1999 38,2 26,8 26,1 21,6 8,1 0,0 0,0 16,6 4,7 16,1 21,4 29,2 17,4 208,8
2000 15,8 23,9 25,6 22,0 1,5 0,0 0,7 3,4 18,9 4,7 10,6 18,3 12,1 145,4
2011 22,5 39,0 26,2 13,8 10,0 3,4 3,3 4,8 14,7 18,7 13,0 42,3 17,6 211,7
2012 35,3 52,7 29,9 10,0 6,1 3,0 11,4 5,4 5,6 29,0 17,2 17,1 18,6 222,7
2013 39,0 38,9 20,3 25,0 9,1 6,4 4,4 1,1 20,0 17,3 15,6 30,7 19,0 227,8
2014 48,8 19,5 23,6 20,0 9,2 1,2 0,0 18,4 11,0 12,4 17,0 36,4 18,1 217,5
Total 231,3 220,4 165,7 125,6 48,7 14,0 19,8 82,8 83,5 133,2 111,8 193,6 119,2 1430,4

CUADRO Nº 3. LLUVIAS MÁXIMAS .- (MM)
Año P.Max Duración en minutos
24
horas 15 30 60 120 180 240
197
3 22.2 7.1 8.4 10.0 11.9 13.2 14.2
197
4 20.6 6.6 7.8 9.3 11.1 12.2 13.2
197
5 16.4 5.2 6.2 7.4 8.8 9.8 10.5
199
3 39.0 12.5 14.8 17.6 21.0 23.2 24.9
199
4 35.8 11.4 13.6 16.2 19.2 21.3 22.9
199
5 34.2 10.9 13.0 15.5 18.4 20.3 21.9
199
7 37.2 11.9 14.1 16.8 20.0 22.1 23.8
199
8 42.7 13.6 16.2 19.3 22.9 25.4 27.3
199
9 40.4 12.9 15.3 18.3 21.7 24.0 25.8
200
0 31.1 9.9 11.8 14.1 16.7 18.5 19.9
200
1 30.8 9.8 11.7 13.9 16.5 18.3 19.7
200
2 31.0 9.9 11.8 14.0 16.7 18.4 19.8
200
3 32.5 10.4 12.3 14.7 17.5 19.3 20.8

200
4 50.3 16.1 19.1 22.7 27.0 29.9 32.1
200
5 35.6 11.4 13.5 16.1 19.1 21.2 22.7
200
6 43.4 13.9 16.5 19.6 23.3 25.8 27.7
200
7 37.0 11.8 14.1 16.7 19.9 22.0 23.6
200
8 27.6 8.8 10.5 12.5 14.8 16.4 17.6
200
9 46.0 14.7 17.5 20.8 24.7 27.4 29.4
Fuente: SENAMHI

CUADRO Nº 1. INTENSIDADES MÁXIMAS .- (MM/HORA)
Duración en minutos
15 30 60 120 180 240
28.4 16.9 10.0 6.0 4.4 3.5
26.3 15.7 9.3 5.5 4.1 3.3
21.0 12.5 7.4 4.4 3.3 2.6
49.8 29.6 17.6 10.5 7.7 6.2
45.7 27.2 16.2 9.6 7.1 5.7
43.7 26.0 15.5 9.2 6.8 5.5
47.5 28.3 16.8 10.0 7.4 5.9
54.6 32.4 19.3 11.5 8.5 6.8
51.6 30.7 18.3 10.9 8.0 6.5
39.7 23.6 14.1 8.4 6.2 5.0
39.4 23.4 13.9 8.3 6.1 4.9
39.6 23.6 14.0 8.3 6.1 5.0
41.5 24.7 14.7 8.7 6.4 5.2
64.3 38.2 22.7 13.5 10.0 8.0
45.5 27.1 16.1 9.6 7.1 5.7
55.5 33.0 19.6 11.7 8.6 6.9
47.3 28.1 16.7 9.9 7.3 5.9
35.3 21.0 12.5 7.4 5.5 4.4
58.8 35.0 20.8 12.4 9.1 7.3

CUADRO Nº 4. INTENSIDADES MÁXIMAS ORDENADAS (MM/H)
N°
orde
n
T
(años) Duración en minutos
15 30 60 120 180 240
1 20.00 64.30 38.20 22.70 13.50 10.00 8.00
2 10.00 58.80 35.00 20.80 12.40 9.10 7.30
3 6.67 55.50 33.00 19.60 11.70 8.60 6.90
4 5.00 54.60 32.40 19.30 11.50 8.50 6.80
5 4.00 51.60 30.70 18.30 10.90 8.00 6.50
6 3.33 49.80 29.60 17.60 10.50 7.70 6.20
7 2.86 47.50 28.30 16.80 10.00 7.40 5.90
8 2.50 47.30 28.10 16.70 9.90 7.30 5.90
9 2.22 45.70 27.20 16.20 9.60 7.10 5.70
10 2.00 45.50 27.10 16.10 9.60 7.10 5.70

11 1.82 43.70 26.00 15.50 9.20 6.80 5.50
12 1.67 41.50 24.70 14.70 8.70 6.40 5.20
13 1.54 39.70 23.60 14.10 8.40 6.20 5.00
14 1.43 39.60 23.60 14.00 8.30 6.10 5.00
15 1.33 39.40 23.40 13.90 8.30 6.10 4.90
16 1.25 35.30 21.00 12.50 7.40 5.50 4.40
17 1.18 28.40 16.90 10.00 6.00 4.40 3.50
18 1.11 26.30 15.70 9.30 5.50 4.10 3.30
19 1.05 21.00 12.50 7.40 4.40 3.30 2.60
Fuente: SENAMHI
Para los cálculos indicados, utilizando la opción Precipitación/Cálculo intensidad máxima del Software Hidro Esta, se obtiene la siguiente
ecuación:

………… (I)
R: 0.99
Donde:
T: Años
D: Min
1.4.2. CÁLCULO DEL TIEMPO DE CONCENTRACIÓN
El tiempo de concentración fue calculado mediante las fórmulas de kirpch y
Hathaway
Kirpch
Donde:
Tc: Horas
L: Metros
S: m/m
Se aplica a áreas drenaje menores que 80 hectáreas
385.0
77.0
*000325.0:
S
L
Tc
7501.0
2917.0
*2832.247
:Im
D
T
ax

Hatthaway:
Donde:
Tc: Horas
L: Kilómetros
S: m/m
n: factor de seguridad
Remplazando los valores del tiempo de concentración y el periodo de retorno en
la ecuación (I), Se obtiene los valores Imax, para una duración D y para una
período de retorno T: 20 año.; para cada una de las calles.
234.0
467.0
)(606.0
:
S
Ln
Tc
Tipo de superficie valor de n
Suelo liso impermeable 0.02
Suelo desnudo liso 0.10
Grass pobre, cultivos en hilera 0.20
o suelo moderadamente desnudo
Pastos 0.40
Tierras con árboles caducos 0.60
Tierras con coniferas o tierras de 0.80
árboles caducos con grass
Valores del Factor de Rugosidad n

1.4.3. RESULTADOS
CUADRO Nº 5. CALCULO DE INTENSIDAD MÁXIMA

CUADRO Nº 6. CÁLCULO DEL CAUDAL MÁXIMO UTILIZANDO EL
MÉTODO RACIONAL
CUADRO Nº 7. DIMENSIONAMIENTO DE LA CUNETA

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