Determinación de los parámetros físicos de la cuenca

Entre la lluvia y el caudal escurrido a la salida de la cuenca ocurren varios fenómenos que condicionan la relación entre ambos y que básicamente están controlados por las características geomorfológicas de la cuenca y su cobertura. Dichas características se clasifican en dos tipos: las que condicionan el volumen de escurrimiento, como el área y tipo de suelo; y las que determinan la velocidad de respuesta, como son las pendientes de la cuenca, la cubierta, etc.

 Área de la cuenca.

El área de la cuenca es un parámetro fundamental que condiciona el volumen de escurrimiento pluvial y se define como la superficie en proyección horizontal delimitada

por las calles antes mencionadas. Dicha cuenca cuenta con un área de 148 Ha aproximadamente.

 Longitud del cauce

Al no tener un cauce principal bien definido, se toma como longitud la máxima longitud que recorre el agua de lluvia desde el punto más alto hasta la salida de la cuenca (donde se registra el máximo caudal). La longitud adoptada es de 3,1 Km.

 Pendiente del cauce principal

Uno de los indicadores más importantes del grado de respuesta de una cuenca ante una tormenta es la pendiente del cauce principal. Dado que la misma varía a lo largo del cauce, es necesario definir una pendiente media; para lo cual existen varios métodos. Sin embargo para el presente trabajo se empleó uno de los más sencillos, sino el más. El mismo establece que la pendiente media del cauce principal es igual al desnivel entre los extremos de la corriente dividido por su longitud medida en planta.

𝑠 =∆𝐻 𝐿

Donde s: pendiente media del cauce principal (m/m), ΔH: desnivel entre los extremos del cauce principal (m), L: longitud en planta del cauce principal (m).

Se adopta una pendiente media del 5‰ obtenida a partir del desnivel existente entre los extremos de la corriente y su longitud medida en planta.

 Tormenta de diseño

La tormenta de diseño es la secuencia de precipitaciones capaz de provocar el caudal de diseño de la cuenca analizada. Su determinación implica definir el periodo de recurrencia, la duración de la lluvia, la intensidad y la lámina total precipitada.

La Provincia de Córdoba cuenta actualmente con valiosos estudios sobre tormentas de diseño realizados por el Instituto Nacional del Agua - Centro de la Región Semiárida (INA - CIRSA). Esta repartición elaboró el trabajo “Regionalización de Precipitaciones Máximas para la Provincia de Córdoba” (Caamaño Nelly, 1993), a partir de los registros de 141 estaciones pluviométricas y 7 pluviográficas, 6 en toda la provincia de Córdoba y una en la provincia de Santa Fe.

Los datos de un pluviógrafo se pueden suponer representativos de otros sitios (aledaños o no), en particular de estaciones pluviométricas, si se cumplen las siguientes condiciones, que habilitan el traslado directo de las intensidades medidas:

a) La distancia entre la región de análisis y la estación no debe superar los 150 Km;

b) La diferencia de lluvia media anual entre ambas zonas no supere los 100 mm;

c) La diferencia de cota sea inferior a 200 m;

d) Las características fisiográficas deben ser similares;

Según este análisis del CIRSA, el área en estudio queda comprendida en la Zona Centro (Figura 5-3), la cual tiene como pluviógrafo base la estación Córdoba Observatorio. Este será empleado verificando todas las condiciones de aplicabilidad.

Figura 5-3. Regiones Pluviográficas Provincia de Córdoba (Caamaño Nelly, 1993).

 Periodo de Retorno (TR)

Los sistemas hidrológicos son afectados por eventos extremos, cuya magnitud está inversamente relacionada con la frecuencia de ocurrencia. Por definición, el periodo de retorno o recurrencia T es el tiempo promedio durante el cual se espera que la magnitud analizada sea en promedio igualada o superada, al menos, una vez.

Se han adoptado diferentes periodos de retorno según el riesgo de fallo R de la obra el cual se define como la probabilidad de que se produzca un suceso con un periodo de retorno T en alguno de los próximos n años, matemáticamente se expresa como:

𝑅 = 1 − (1 −1 𝑇)

𝑛

Para el estudio preliminar se determinaron los caudales para recurrencias de 5, 10, 15 y 25 años.

 Duración (d)

La duración de una tormenta de diseño se adopta igual o levemente superior al tiempo de concentración (tc) de la cuenca. Este criterio permite que el caudal máximo se origine por la contribución de toda el área de aporte. El tiempo de concentración se define como el máximo tiempo de traslado que una gota de lluvia efectiva necesita para poder alcanzar la sección de salida de la cuenca.

Para el cálculo del tiempo de concentración se consideraron dos métodos: el Método Racional Generalizado (MRG) y el método de Kirpich:

Método Racional Generalizado (MRG):

𝑡𝑐 =

60 · 𝐿 𝐻0,3

Donde L = longitud del cauce principal (Km), H = diferencia de nivel de la cuenca (m).

Método de Kirpich:

𝑡𝑐 = 3,9756 · 𝐿0,77· 𝑠−0,385

Donde L = longitud del cauce principal (Km), s = es la pendiente media en m/m.

Ambas ecuaciones dan el tiempo de concentración en minutos adoptando las unidades antes mencionadas de las variables intervinientes.

Reemplazando los valores se encuentra para el MRG un tiempo de 82 minutos, mientras que para el método de Kirpich un tiempo de 73 minutos. Para el sistema estudiado la duración de la lluvia de diseño se adoptó en 80 minutos.

 Intensidad de precipitación puntual

La intensidad de lluvia i es la tasa promedio de lluvia en milímetros por hora para una cuenca o subcuencas de drenaje particular. La intensidad se selecciona con base en la duración de lluvia de diseño y el periodo de retorno.

La intensidad de la lluvia se obtuvo a partir de las curvas i-d-F (Figura 5-4) desarrolladas por el CIRSA (Centro de la Región Semiárida del Instituto Nacional del Agua) para la Zona Centro de la Provincia de Córdoba; esta zona tiene como como pluviógrafo base el instalado en el Observatorio Córdoba. Así, para periodos de recurrencia de 5, 10, 15 y 25 años y una duración de tormenta (d) de 80 minutos, se obtuvieron las intensidades de lluvia necesarias.

Figura 5-4. Curvas i-d-F (Zona Centro) obtenidas por el método DIT.

 Coeficiente de escorrentía

El coeficiente de escorrentía C es la variable menos precisa del método racional. Su uso en la formula implica una relación fija entre la tasa de escorrentía pico y la tasa de lluvia para la cuenca de drenaje, lo cual no es cierto en la realidad. La proporción de la lluvia total que alcanzarán los drenajes de tormenta depende del porcentaje de permeabilidad, de la pendiente y de las características de encharcamiento de la superficie. Superficies impermeables, tales como los pavimentos o techos de las naves industriales de la fábrica, producirán una escorrentía de casi el cien por ciento después de que la superficie haya sido completamente mojada, independientemente de la pendiente. Inspecciones de campo e imágenes satelitales son útiles para la estimación de este parámetro.

El coeficiente de escorrentía también depende de las características y las condiciones de humedad del suelo. La tasa e infiltración disminuye a medida que la lluvia continúa y también es influenciada por las condiciones de humedad antecedentes en el suelo. Otros factores que influyen en el coeficiente de escorrentía son la intensidad de lluvia, la proximidad del nivel freático, el grado de compactación del suelo, la porosidad del subsuelo, la vegetación, la pendiente del suelo y el almacenamiento por depresión.

El área en estudio es heterogénea ya que cuenta con una zona en donde la lluvia caída escurre en casi su totalidad, esto es la Escuela de Aviación Militar y la fábrica FAdeA S.A. y una parte de vegetación con pasto en condiciones medias donde parte escurre y parte es retenido por dicha vegetación e infiltrada por el suelo. A su vez se observa de imágenes satelitales y por las curvas de nivel que dicha zona carece de encharcamientos.

Por todas estas consideraciones, se utilizó un coeficiente de escorrentía ponderado e igual a 0.54.