Para el diseño de las estructuras planteadas en la quebrada Chaupichacahuaycco, es necesario tener como información básica el cálculo de caudales máximos en la Microcuenca involucrada en el proyecto.
Microcuenca de Drenaje
Se seleccionó las microcuenca donde se implementará la construcción de obras de arte que estarán sometidas a un posible riesgo de crecidas, por lo que es importante estimar los caudales para diferentes periodos de retorno, se presenta a continuación las microcuencas estudiadas.
Cuadro N° 26: Estaciones Meteorológicas con Registro de Precipitación Máxima en 24 Horas (Ppmax 24 Hras)
N° Nombre Estructuraexistente (Km2)Area
Longitud del cauce (m) Desnive l (m) Pendien te (m/m) Tiempo Concentración (horas) Temes Bransby Williams Promedio 1 Estructura de cruce del camino
en la quebrada Chaupichacahuay
cco
No existe 0.24 315 237 0.075 0.145
Fuente: Equipo de Consultoría 2015.
Modelo Precipitación – Escorrentía con el HEC-HMS.
Este modelo desarrollado con el programa HEC-HMS 3.4, sirvió para determinar el caudal máximo, estimado para los siguientes periodos de retorno; 20, 50 y 100 años, a partir de una lluvia intensa para ese periodo. El HEC-HMS suministra 10 métodos para calcular las pérdidas de precipitación y 7 métodos para la transformación lluvia-caudal. En este caso se utilizó el método del Soil Conservation Service (SCS) para calcular las perdidas y la transformación lluvia-caudal por el método del hidrograma unitario de Clark.
Las pérdidas fueron calculadas con el método SCS Curve Number y la transformación Lluvia-Caudal se realizó con el método Clark Unit. El intervalo de tiempo utilizado para la simulación fue de 30 minutos y la duración de la lluvia se consideró igual al tiempo de concentración.
Cuadro N° 27: Precipitación Máxima Diaria (mm) para Diferentes Períodos de Retorno
Nº Estación Tiempo de Retorno (años)
10 20 50 100.0 1 Quinua 9.9 11.2 13.0 14.1 2 Allpachaca 11.1 13.5 17.2 20.5 3 Huanta 5.2 5.9 9.8 12.5 4 Luricocha 5.1 5.4 8.9 10.0 5 Cochas 15.1 21.1 31.4 40.6 6 Huamanga 33.0 38.5 45.9 51.5
Fuente: Estudio hidrológico Irrigación Cachi.
Relación Precipitación Máxima en 24 Horas vs. Periodo de Retorno
La estación base para efectos de los cálculos es la de Quinua que se encuentra cerca al área de estudio y que por la similitud hidrológica que presenta con la parte alta de la Microcuenca Chaupichahuaycco y la zona de estudio se utilizará para esta Microcuenca.
Utilizado los valores de precipitación máxima en 24 horas registrados la estación Quinua se ha procedido al cálculo de la relación precipitación máxima en 24 horas registrados vs. Periodo de Retorno. La distribución asumida para el Ajuste de una serie de datos a la distribución lognormal de 3 parámetros, que en la práctica ha demostrado ser la de mejor ajuste.
De acuerdo a las ecuaciones indicadas anteriormente se obtiene los caudales máximos para diferentes periodos de retorno para las Microcuencas del Chuapichacahuaycco cuadro No. 25, para un número de curva 80, tomando como referencia la estación de Quinua.
Cuadro Nº 28-Precipitaciones Máximas en 24 Horas para diferentes Períodos de Retorno. Unidad Hidrográfica
Chaupichacahuayco. Quinua (m.m) Altitud: 3268 msnm PERÍODO DE RETORNO (años) Yi Xi (mm) Xi 5 1.50 39.92 40.0 10 2.25 46.05 46.0
15 2.61 48.99 49.0 20 2.97 51.93 52.0 25 3.18 53.65 54.0 30 3.38 55.28 55.3 50 3.90 59.53 59.5 75 4.25 62.39 62.4 100 4.60 65.25 65.3 150 5.01 68.60 68.6 200 5.30 70.97 71.0 300 5.58 73.25 73.3 350 5.86 75.54 75.5 400 5.99 76.60 76.6 500 6.21 78.40 78.4 1000 6.91 84.12 84.1
Fuente: Estudio hidrológico.
Determinación de la Avenida de Diseño
La avenida de diseño para el dimensionamiento de una obra determinada depende del periodo de retorno de la misma, de la vida útil de la obra y del riesgo de fallas que se le asignen a la obra durante el tiempo de vida útil de la misma.
Para ello se han tomado experiencias similares en la determinación de las avenidas de diseño de diversas obras hidráulicas, donde se han demostrado que el periodo de retorno de diseño recomendable desde el punto de vista económico y de seguridad para las obras de interés en el presente proyecto: Para la estructura de cruce en la quebrada Chaupichacahuaycco se ha tomado un periodo de retorno 50 años.
Para la obtención de la avenida de diseño para los diferentes periodos de retorno se ha empleado el software Hec HMS. Para el presente estudio se ha utilizado el método del Hidrograma Unitario Sintético desarrollado por el Soil Conservation Service (SCS) de los Estados Unidos de Norteamérica.
La metodología considera la utilización de los valores de precipitación máxima de 24 horas para los puntos de interés, parámetros geomorfológicos y otras características inherentes a la producción de tormentas y escurrimiento superficial.
Con los valores de precipitación máxima de 24 horas, la distribución de la distribución típica de una tormenta en la zona, el número de curva de la cuenca (CN) y la máxima retención potencial (S), se ha procedido al cálculo de la precipitación efectiva.
Con los parámetros geomorfológicos de las cuencas de interés se procede al cálculo de las características del hidrograma unitario sintético base. En el Cuadro Nº 26, se muestran los diferentes valores empleados para el cálculo.
Cuadro Nº 29
Datos para cálculo de Máximas Avenidas Microcuenca Chaupichachuaycco
Lugar Periodo de Retorno (Años) PP max 24 hr (mm) Area (Km2) CN S (mm) Tc (hr) SCS Lag (hr) Microcuenca Chaupichacahuaycc o 25 50.52 0.240 80 16.93 0.145 1.014 50 61.21 0.240 80 16.93 0.145 1.014 100 74.10 0.240 80 16.93 0.145 1.014 200 89.49 0.240 80 16.93 0.145 1.014 500 114.24 0.240 80 16.93 0.145 1.014 1000 136.76 0.240 80 16.93 0.145 1.014 5000 204.16 0.240 80 16.93 0.145 1.014
A falta de información de caudales máximos instantáneos dentro de la zona de estudio, se ha recurrido a metodologías indirectas de estimación de máximas avenidas, tomando como base la información pluviométrica disponible.
Se ha utilizado el software Hec-HMS para el cálculo de la avenida máxima en el punto de interes, planteándose de la siguiente manera:
5.1. Máxima avenidas en la intersección del camino y la quebrada Chaupichacahuaycco
La avenida de diseño para el dimensionamiento de una obra determinada depende del periodo de retorno de la misma, de la vida útil de la obra y del riesgo de fallas que se le asignen a la obra durante el tiempo de vida útil de la misma.
Para ello se han tomado experiencias similares en la determinación de las avenidas de diseño de diversas obras hidráulicas, donde se han demostrado que el periodo de retorno de diseño por seguridad para el diseño de estructuras de como: Bocatoma, puentes, badén, acueductos, etc es de 50 años
Los resultados de caudales máximos para la intersección del camino y la quebrada Chaupichacahuaycco, donde se proyecta las estructuras de cruce como badén y acueducto se muestran en el siguiente cuadro:
Cuadro Nº 30