Analisis De Tormentas

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de ingenieria Escuela academico profesional de ing. civil

HIDROLOGIA SUPERFICIAL ANÁLISIS DE TORMENTAS

DOCENTE: ING. FRECIA SEMINARIO CADENILLAS

ALUMNOS:  MENDOZA COTRINA ALYN GIESBERT  MENDOZA PIZARRO BRYAN ALONSO  NARVAJO GOICOCHEA KATERINE  NUÑEZ BUSTAMANTE NELVE  NEYRA CASTAÑEDA PIERO

CONTENIDO I.

INTRODUCCIÓN:.....................................................................................................................2

HIDROLOGÍA SUPERFICIAL | 26 DE JULIO DE 2018

HIDROLOGIA SUPERFICIAL NGENIERIA CIVIL II.

OBJETIVOS:.............................................................................................................................3

III. DESARROLLO DEL TEMA:........................................................................................................3 1. REVISIÓN DE LITERATURA:.............................................................................................7 IV.

MATERIALES Y METODOLOGÍA:..............................................................................................7

V. RESULTADOS Y DISCUSIÓN:......................................................................................................7 VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIÓNES:...............................................................................15 VII. BIBLIOGRAFIA:......................................................................................................................16 VIII. ANEXOS:..............................................................................................................................17

ANÁLISIS DE TORMENTAS I.

INTRODUCCIÓN

HIDROLOGIA SUPERFICIAL

1

HIDROLOGIA SUPERFICIAL NGENIERIA CIVIL Como sabemos el estudio las precipitaciones y conocer su distribución temporal es un gran motivo de interés para diversos fines, tales como meteorológicos y edafológicos, así también hidrológicos, al tiempo de lo cual se pueden proporcionar índices para realizar estudios de crecidas o permitir la alimentación de modelos precipitaciónescorrentía que permitan mejorar la información disponible, para un adecuado diseño y dimensionamiento de las obras civiles La precipitación es uno de los factores más importantes en cuanto al balance hídrico de una cuenca debido a que es un fenómeno meteorológico muy variable, debe ser cuantificada por estaciones hidrometeorológicas de manera constante para poder determinar la cantidad, la intensidad y la duración de dichas precipitaciones con la finalidad de predecir eventos máximos que pueden contribuir a procesos de inundación, pérdida de suelos, entre otros, por otro lado a prevenir estos fenómenos, o aprovechar de estos para solucionas problemas de estrés hídricos futuros. Como sabemos las dimensiones de una cuenca hidrográfica son muy variadas y las precipitaciones también varían en el tiempo y en el espacio, es por ello que para tomar en cuenta estas diversidades y conocer el comportamiento de las lluvias, así como su magnitud en tales condiciones, es frecuente que en la misma se instalen varias estaciones pluviométricas. El presente documento pretende realizar el análisis de tormentas registrados en un pluviograma, al igual que la construcción del hietograma, curvas de masa y analizar el diseño y construcción de las curvas Intensidad-Duración-Frecuencia (IDF). Para ello, se contará de una banda pluviográficas, de la cual se obtendrá los datos requeridos para hacer el análisis de tormentas

II. OBJETIVOS:  OBJETIVO GENERAL: -

Realizar un Análisis de Tormentas.

 OBJETIVOS ESPECIFICOS: -

Analizar la banda pluviométrica y obtener los datos de tiempo y precipitación de ésta.

HIDROLOGIA SUPERFICIAL

2

HIDROLOGIA SUPERFICIAL NGENIERIA CIVIL -

Graficar el hietograma, curva IDF, curva PDF y curvas de masa. Analizar cada resultado obtenido.

III.

DESARROLLO DEL TEMA: 1. REVISIÓN DE LA LITERATURA:

ANÁLISIS DE TORMENTAS El análisis de tormentas tiene por finalidad generar las curvas intensidad duración frecuencia. Para esto daremos algunas definiciones.

1. Tormenta . Se define tormenta al conjunto de lluvias que obedecen a una misma perturbación meteorológica y de características bien definidas: una tormenta puede durar desde unos pocos minutos hasta varias horas y aun días y puede abarcar desde una pequeña zona hasta una gran región. Según algunos estudiosos una tormenta es una lluvia fuerte que tiene una intensidad mayor de 7.6mm/hr. Las tormentas dan origen a unas curvas las cuales se pueden estudiar o analizar contando con datos pluviográficos o bandas pluviográficas.

2. Elementos de Una Tormenta Los detalles de la variabilidad de una tormenta con el tiempo quedan registrados en las bandas pluviográficas, de esas graficas se puede establecer, para diversas duraciones, las máximas intensidades ocurrida durante una lluvia dada. Las duraciones usuales son: 5,10,15,30,45 minutos y 1,2,3,6,12,24 horas. Los limites duración son fijados usualmente en 5 minutos y en 24 horas, porque 5 minutos representa el menor intervalo que se puede leer con la precisión adecuada, y 24 horas porque para duraciones mayores se puede utilizar los datos observados en pluviómetros. Los elementos de análisis son:

a) Intensidad: Es la lámina precipitada en la unidad de tiempo. Tiene especial importancia la intensidad que es la máxima lámina precipitada por unidad de tiempo durante todo el transcurso de la tormenta. Matemáticamente se expresa mediante

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3

HIDROLOGIA SUPERFICIAL NGENIERIA CIVIL

b) Duración. Es el tiempo transcurrido desde el inicio de la tormenta hasta la finalización de la misma. Es de especial interés el periodo de duración, que viene hacer una fracción del tiempo total que dura la tormenta y es empleado para la determinación de las intensidades máximas. Tanto la duración de la tormenta como los periodos de duración se obtienen de la banda pluviográfica.

c) Frecuencia. Es el número de veces que una tormenta de similares características se presenta en un periodo de tiempo más o menos largo que se mide en años. La similitud en características se refiere a la intensidad y duración.

ESTUDIO DE INTENSIDADES Para el estudio de intensidades utilizamos los hietogramas:

a) Hietogramas: . Es la representación en forma de barras de la intensidad (mm/hr) en el eje de las ordenadas, versus, el tiempo en horas en el eje de las abscisas. Permite la visualización de la intensidad máxima y la hora en que se produjo.

b). Gráfico de la curva IDF: Luego con estos valores se graficará la curva IDF que es la gráfica de duración en minutos Vs intensidad en mm/h.

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4

HIDROLOGIA SUPERFICIAL NGENIERIA CIVIL

c) Hidrogramas: El hidrograma es un gráfico que muestra la variación en el tiempo de alguna información hidrológica tal como: nivel de agua, caudal, carga de sedimentos,

entre

otros.

para

un río, arroyo, rambla o canal,

si

bien

típicamente representa el caudal frente al tiempo; esto es equivalente a decir que es el gráfico de la descarga (L3/T) de un flujo en función del tiempo. Estos pueden ser hidrogramas de tormenta e hidrogramas anuales, los que a su vez se dividen en perennes y en intermitentes.

Hidrograma de tormenta debido a la lluvia recibida en la cuenca. Permite observar: •

Las variaciones en la descarga a través de una tormenta, o a través del año hidrológico

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5

HIDROLOGIA SUPERFICIAL NGENIERIA CIVIL •

El pico de escorrentía (caudal máximo de la avenida)

•

El flujo de base o aporte de las aguas subterráneas al flujo

•

Las variaciones estacionales de los caudales si se grafica un período de uno o varios años

b) MATERIALES Y METODOLOGÍA: 

Para el presente trabajo se nos agrupo de manera alfabética de 5 compañeros cada grupo con la finalidad de realizar en esta ocasión el análisis de tormenta de una banda pluviografica dada por el docente y de nuestra cuenca de Ayacucho.

c) RESULTADOS Y DISCUSIÓN: ANÁLISIS DE TORMENTAS 1. PROCESO PARA EL ANÁLISIS DE UNA TORMENTA REGISTRADA POR EL PLUVIOGRAMA: CONSTRUCCION DE TABLA: 1. En la columna 1, se consigna la hora en que se observa que existe un cambio de pendiente del pluviograma. 2. En la columna 2 se anota el intervalo de tiempo que transcurre entre los cambios de pendiente. 3. En la columna 3 se acumula los intervalos de tiempo de la columna 2. 4. En la columna 4 se anota la precipitación parcial correspondiente a cada periodo de tiempo correspondiente a la columna 2. 5. En la columna 5 acumulamos la lámina parcial de la columna 4. 6. En la columna 6 calculamos nuestras intensidades dividiendo nuestra lamina parcial con su respectivo periodo de duración es decir C4/C2. En donde: HIDROLOGIA SUPERFICIAL

6

HIDROLOGIA SUPERFICIAL NGENIERIA CIVIL

 

Pi es la precipitación puntual en la estación i n el número de estaciones dentro de los límites de la cuenca en estudio.

Como vemos es simplemente un promedio de las precipitaciones registradas en las distintas estaciones consideradas dentro de la cuenca. 7. Finalmente obtenemos la siguiente tabla:

HORA

MI N

7 9 9 11 12 12 13 13 14 14 15 15 19 19 20 20 21 7

0 0 2 58 5 25 42 57 5 30 44 56 0 18 15 55 40 0

INTERVAL O DE TIEMPO (min)

TIEMPO ACUMULAD O (min)

LLUVIA PARCIA L (mm)

LLUVIA ACUMULAD A (mm)

INTENSIDAD (mm/h)

120 2 176 7 20 77 15 8 25 74 12 184 18 57 30 45 570

120 122 298 305 325 402 417 425 450 524 536 720 738 795 825 870 1440

0 0.4 0 0.6 0.5 0 0.2 3.1 0.2 0 0.2 0 0.3 2.5 0.3 1.1 0

0 0.4 0.4 1 1.5 1.5 1.7 4.8 5 5 5.2 5.2 5.5 8 8.3 9.4 9.4

0.000 12.000 0.000 5.143 1.500 0.000 0.800 23.250 0.480 0.000 1.000 0.000 1.000 2.632 0.600 1.467 0.000

A. HIETOGRAMA Es un gráfico de forma escalonada como un histograma, que representa la validación de la intensidad expresada en mm/h, en el transcurso de la misma, expresada en minutos u horas. Se lo esquematiza con barras. Se lo diagrama el tiempo acumulado vs la intensidad.

HIDROLOGIA SUPERFICIAL

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HIDROLOGIA SUPERFICIAL NGENIERIA CIVIL

TIEMPO INTENSID ACUMULA AD DO (min) (mm/h) 120 122 298 305 325 402 417 425 450 524 536 720 738 795 825 870 1440

0.000 12.000 0.000 5.143 1.500 0.000 0.800 23.250 0.480 0.000 1.000 0.000 1.000 2.632 0.600 1.467 0.000

HIETOGRAMA 25

Intensidad (mm/h)

20

15

10

5

0

120 122 298 305 325 402 417 425 450 524 536 720 738 795 825 870 1440

Tiempo (min)

HIDROLOGIA SUPERFICIAL

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HIDROLOGIA SUPERFICIAL NGENIERIA CIVIL

B. CURVA DE MASA Es la representación de precipitación acumulada vs el tiempo. Se extrae directamente del pluviograma. Es una curva no decreciente, la pendiente de la tangente en cualquier punto representa la intensidad instantánea en ese tiempo. INTERVALO LLUVIA DE TIEMPO PARCIAL (min) (mm) 120 2 176 7 20 77 15 8 25 74 12 184 18 57 30 45 570

HIDROLOGIA SUPERFICIAL

0 0.4 0 0.6 0.5 0 0.2 3.1 0.2 0 0.2 0 0.3 2.5 0.3 1.1 0

9

HIDROLOGIA SUPERFICIAL NGENIERIA CIVIL

Curva de masa 10

Preci pi taci on Acumul a da (mm)

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Ti empo (mi n)

C. CURVA DE PRECIPITACION-DURACION-FRECUENCIA (PDF) Las curvas P-D-F se grafican en un plano cartesiano: la duración en el eje de las abscisas y la precipitación en el eje de las ordenadas. Las precipitaciones de diferentes duraciones y para un mismo periodo de retorno forman una curva. Para el cálculo de esta curva usaremos los datos hidrológicos de la estación Lircay, usado en el informe anterior: Intensidades de lluvia a partir de Precipitacion, según Duración de precipitación y Frecuencia de la misma

HIDROLOGIA SUPERFICIAL

10

HIDROLOGIA SUPERFICIAL NGENIERIA CIVIL

Curva de Precipitacion-Duración-Frecuencia (PDF) 120

Intensidad (mm/h)

100 80 60 40 20 0 0 años 50 años 100 años 150 años 200 años 250 años 300 años 350 años 400 años 450 años 500 años

Tiempo de recurrencia (Años) 1 hora 6 hora s

2 horas 8 horas

3 hora s 12 hora s

4 horas 18 horas

5 horas 24 horas

D. CURVA DE INTENSIDAD-DURACION-FRECUENCIA (IDF) Las curvas I-D-F se grafican en un plano cartesiano en el cual se ubica la duración en el eje de las abscisas y la Intensidad (mm./h) en el eje de las ordenadas.

a. Curva IDF de la banda pluviografica Calculo de intensidades máximas para distintos periodos de duración: 1. Para 5 minutos Imax=23.25 mm/h HIDROLOGIA SUPERFICIAL

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HIDROLOGIA SUPERFICIAL NGENIERIA CIVIL

2. Para 10 minutos Imax=

8 2 ∗23.25+ ∗5.143 =19.629 mm/h 10 10

3. Para 30 minutos Imax=

8 7 15 ∗23.25+ ∗5.143+ ∗2.632 =8.716 mm/h 30 30 30

4. Para 60 minutos

Imax=

8 7 45 ∗23.25+ ∗5.143+ ∗2.632 =5.674 mm/h 60 60 60

5. Para 120 minutos

Imax=

8 7 57 20 28 ∗23.25+ ∗5.143+ ∗2.632+ ∗1.5+ ∗1.467 =3.69 120 120 120 120 120

3 mm/h 6. Para 240 minutos Imax=

8 7 57 20 45 30 15 30 ∗23.25+ ∗5.143+ ∗2.632+ ∗1.5+ ∗1.467+ ∗1+ ∗0.8+ ∗0.6+ 240 240 240 240 240 240 240 240 =2.202 mm/h

Periodo Intensidad Duración Maxima (min) (mm/h) 5 10 30 HIDROLOGIA SUPERFICIAL

23.25 19.629 8.716 12

HIDROLOGIA SUPERFICIAL NGENIERIA CIVIL

60 120 240

5.674 3.693 2.202

Curva Intensidad-Duración-Frecuencia 25

Intens i dad (mm/h)

20

15

10

5

0

0

50

100

150

200

250

300

Ti empo (mi n)

b.

Curva IDF de la cuenca Usando la misma estación Lircay, determinamos la tabla de intensidades usando una tabla de Excel. Tabla de intensidades - Tiempo de duración Duración en minutos

Frecuencia años 2 5

5 296.61

10 193.15

15 150.29

20 125.78

25 109.55

30 97.87

35 88.96

40 81.91

45 76.15

50 71.34

55 67.25

60 63.73

325.87

212.21

165.11

138.19

120.36

107.52

97.74

89.99

83.66

78.38

73.89

70.02

HIDROLOGIA SUPERFICIAL

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HIDROLOGIA SUPERFICIAL NGENIERIA CIVIL 10 25 50 100 500

349.91

227.86

177.29

148.38

129.24

115.45

104.95

96.62

89.83

84.16

79.34

75.18

384.43

250.34

194.79

163.02

141.99

126.84

115.30

106.16

98.69

92.46

87.17

82.60

412.79

268.81

209.15

175.04

152.47

136.20

123.81

113.99

105.97

99.28

93.60

88.69

443.24

288.64

224.58

187.96

163.71

146.25

132.94

122.40

113.79

106.61

100.50

95.23

522.90

340.50

264.94

221.73

193.13

172.53

156.83

144.39

134.24

125.77

118.56

112.35

45

50

55

60

Curvas IDF de la cuenca 550.00 525.00 500.00 475.00 450.00 425.00 400.00 375.00 350.00 325.00 300.00 275.00 250.00 225.00 200.00 175.00 150.00 125.00 100.00 75.00 50.00 25.00 0.00

0

5

10

15

T2

20

T5

25

T10

30

T25

35

T50

40

T100

T500

d) CONCLUSIONES Y RECOMENDACIÓNES: Conclusiones: 

Se graficó el Hietograma de Precipitación según la banda dada por el docente.



La curva de masa no presento decrecimientos y está correctamente graficado, donde se indica el aumento de la precipitación durante el dia 6/04/11, se observa dos saltos resaltantes, uno a las 13 horas y el otro a las 19 horas.

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HIDROLOGIA SUPERFICIAL NGENIERIA CIVIL



Se dibujó la curva de precipitación-duración-frecuencia usando una hoja de cálculo y una estación (Lircay) dentro de la cuenca hidrográfica del anterior informe, y se determina la magnitud de la tormenta.



Se dibujó la curva de intensidad-duración-frecuencia tanto para la banda pluviografica como para la cuenca.



Determinamos las intensidades máximas para distintos periodos de duración en la banda pluviografica.

Recomendaciones: 

En lo posible usar softwares para realizar los cálculos ya que nos facilitan el trabajo además que nos ayudan a tener más precisión.

e) BIBLIOGRAFIA: 

Apuntes de clase de hidrología superficial UNC.



http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/oguerre/4_Geomorf ologia



Principios y Fundamentos de BREÑA

PUYOL,

Agustín.

Hidrologia

superficial,

Universidad

Autónoma

Metropolitana.

HIDROLOGIA SUPERFICIAL

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HIDROLOGIA SUPERFICIAL NGENIERIA CIVIL



Villon Bejar Maximo, Hidrologia, editorial Villon 2º edición, Lima, 2002

f)

ANEXOS

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