Uso del software Hec Hms y ArcGis para determinar máximas avenidas y diseño de bocatoma de la quebrada Chimina Distrito Sarín Provincia Sánchez Carrión La Libertad 2019

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(1)PE CU AR IA S. Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO. UNT. FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS. AG. RO. ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGRÍCOLA. “Uso del software Hec-Hms y ArcGis para determinar máximas. DE. avenidas y diseño de bocatoma de la quebrada Chimina.. TESIS. TE. CA. Distrito Sarín. Provincia Sánchez Carrión. La Libertad. 2019”. INGENIERO AGRÍCOLA. BI. BL. IO. PARA OPTAR EL TITÚLO PROFESIONAL DE. AUTOR ASESOR. : Carhuapoma Rodríguez, Anita Elizabeth : MSc. Cabanillas Agreda, Carlos Alberto. TRUJILLO- PERÚ 2019. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(2) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. PRESENTACION. SEÑORES MIEMBROS DEL JURADO CALIFICADOR:. PE CU AR IA S. En cumplimiento a las disposiciones vigentes contenidas en el Reglamento de Tesis Universitaria de la Escuela Profesional de Ingeniería Agrícola, someto a su elevado. criterio la tesis titulada “Uso del software Hec-Hms y ArcGis para determinar. máximas avenidas y diseño de bocatoma de la quebrada Chimina. Distrito Sarín.. Provincia Sánchez Carrión. La Libertad” con el propósito de optar el título profesional de Ingeniero Agrícola.. RO. Trujillo, Marzo del 2019. BI. BL. IO. TE. CA. DE. AG. Carhuapoma Rodríguez, Anita Elizabeth. i Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(3) BI. BL. IO. TE. CA. DE. AG. RO. PE CU AR IA S. Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. ii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(4) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. DEDICATORIA. El presente trabajo lo dedico con mucho cariño:. PE CU AR IA S. A Dios por haberme dado la vida y permitirme el haber llegado hasta este momento tan importante de mi formación profesional.. A mi madre Herminia por ser el pilar más. importante en mi vida y demostrarme siempre su cariño y apoyo incondicional sin importar nuestras diferencias. A mi. RO. padre Elías por su amor, trabajo y sacrificio en todos estos años.. AG. Gracias a ustedes he logrado llegar hasta aquí y convertirme en lo que soy .Es un. DE. orgullo y privilegio ser su hija, son los mejores padres. A mi mami Carmen que desde las. CA. alturas me acompaña y guía por el. BI. BL. IO. TE. camino correcto. A mis amigos con los que compartí dentro y fuera de las aulas; que se convirtieron en amigos de vida. Gracias por todo su apoyo y diversión.. iii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(5) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. AGRADECIMIENTOS Gracias a Dios por darme la vida y guiarme en todo momento, por mantenerme con salud y darme sabiduría para poder cumplir mis objetivos en mi vida como profesional y. PE CU AR IA S. persona.. A nuestra casa de estudios, Universidad Nacional de Trujillo, y a los señores catedráticos de nuestra escuela, quienes contribuyeron en mi formación profesional con su orientación.. A mis padres por todo su esfuerzo brindado para ser cada día mejor y por tener fe en mí. RO. En forma muy especial a mí asesor Msc. Ing. Carlos Cabanillas el cual ha demostrado. que realmente posee la vocación para enseñar y hacer lo que un buen maestro hace. AG. guiándome para desarrollar de forma correcta mi tesis.. CA. realización de esta tesis.. DE. A Gustavo Horna y Enrique Loyola por su apoyo y dedicación brindada en la. A toda mi familia y amigos por impulsarme a seguir adelante. En especial a mis. BI. BL. IO. TE. hermanos. iv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(6) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. RESUMEN El agua, es prioridad para todos los que habitan este planeta, por esta razón se han constituido en todo el mundo organizaciones que velan por la gestión adecuada del recurso hídrico, sin embargo, la gestión por parte de las organizaciones gubernamentales. PE CU AR IA S. encargadas es insuficiente, generando escasez y desinformación hidrológica en gran. parte de las cuencas del país, este es el caso de la quebrada Chimina , debido a que no cuenta con un estudio hidrológico de su cauce principal, por tanto, el objetivo principal. de este proyecto de tesis fue presentar la modelación hidrológica para hallar el caudal. máximo , mediante el uso del software ArcGis ; se determinó los parámetros morfológicos de la quebrada y Mediante Software HEC-HMS, empleando el Método de. hidrograma unitario (SCS), además se determinó los caudales producidos por las precipitaciones máximas en 24 horas de la cuenca obteniendo el hidrograma resultante. RO. para un periodo de retorno de 10, 25 y 50 años.. AG. Para resolver el problema de riego se desarrolló el diseño de los principales componentes de una Bocatoma de Fondo en la quebrad Chimina para el abastecimiento de agua potable Esto surge como una solución a la necesidad de dotar de agua a la comunidad Chimina.. DE. Del estudio hidrológico se obtuvo que el caudal de diseño de la bocatoma es de 0.062 m3/s.. TE. CA. El costo directo de la infraestructura de riego, revestido con concreto es de S/. 21,294.71. BI. BL. IO. Palabras claves: caudales máximos, HEC-HMS, ArcGis, bocatoma.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. ABSTRAC Water is a priority for all who inhabit this planet, for this reason organizations have been set up around the world to ensure the adequate management of water resources, however, the management by the governmental organizations in charge is insufficient,. PE CU AR IA S. generating shortage and hydrological disinformation in much of the basins of the country, this is the case of the Chimina stream, because it does not have a hydrological. study of its main channel, therefore, the main objective of this thesis project was to present the hydrological modeling to find the maximum flow, by using the ArcGis. software; the morphological parameters of the quebrada and by HEC-HMS Software were determined, using the unit hydrograph method (SCS), also determined the flows produced by the maximum rainfall in 24 hours of the basin obtaining the resulting. RO. hydrograph for a return period of 10, 25 and 50 years.. In order to solve the irrigation problem, the design of the main components of a Bottom Intake in the Chimina quebrad was developed for the supply of drinking water. This. AG. emerges as a solution to the need to provide water to the Chimina community. From the hydrological study it was obtained that the design flow of the intake is. DE. 0.062m3/s.. CA. The direct cost of the irrigation infrastructure, covered with concrete is S /. 21,294.71. BI. BL. IO. TE. Keywords: maximum flow, HEC-HMS, ArcGis, bocatoma.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(8) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. INDICE I.. INTRODUCCION……………………………………………………………………. 1 1.1.. REALIDAD PROBLEMÁTICA ..............................................................................1. 1.2.. JUSTIFICACION .....................................................................................................3. 1.3.. OBJETIVOS ..............................................................................................................4 REVISION DE LA LITERATURA .........................................................................5. 2.1.. PE CU AR IA S. II.. ANTECEDENTES ........................................................................................................5 2.1.1.. ANTECEDENTES INTERNACIONALES .....................................................5. 2.1.2.. ANTECEDENTES NACIONALES .................................................................6. 2.2.. BASES TEORICAS ..................................................................................................7. TIPOS DE BOCATOMAS................................................................................8. 2.2.2.. Hec-Hms ........................................................................................................... 11. 2.2.3.. ArcGIS ............................................................................................................. 12. 2.2.4.. FÓRMULA DE MANNING. .......................................................................... 13. 2.2.5.. HIDROGRAMA .............................................................................................. 14. 2.2.6.. BALANCE HÍDRICO SUPERFICIAL ......................................................... 14. 2.2.7.. DISEÑO DE BOCATOMA ............................................................................ 17. 2.2.8.. ANCHO DE CANAL DE LIMPIA ................................................................ 17. 2.2.9.. VENTANA DE CAPTACIÓN ........................................................................ 19. 2.2.10.. ESTRIBOS Y MUROS DE ENCAUSAMIENTO ......................................... 19. 2.2.11.. DISEÑO DE MUROS DE ENCAUZAMIENTO (ESTRIBOS) ................... 20. 2.2.12.. MUROS DE GRAVEDAD: ............................................................................ 20. 2.2.13.. PARTES DE UNA BOCATOMA................................................................... 21. 2.2.14.. FUNDAMENTOS PREVIOS AL DISEÑO DE BOCATOMAS .................. 21. AG. DE. CA. TERMINOLOGIAS ................................................................................................ 22 AREA DE LA CUENCA ................................................................................. 22. 2.3.2.. PERIMETRO DE LA CUENCA.................................................................... 22. 2.3.3.. LONGITUD MAYOR DE LAS QUEBRADAS ............................................ 23. 2.3.4.. FORMAS DE LA CUENCA ........................................................................... 23. 2.3.5.. ANCHO PROMEDIO:.................................................................................... 23. 2.3.6.. ÍNDICE DE COMPACIDAD O ÍNDICE DE GRAVELIOUS (K): ............ 23. 2.3.7.. FACTOR DE FORMA (FF) ........................................................................... 24. 2.3.8.. PENDIENTE MEDIA DE LA QUEBRADA ................................................. 24. 2.3.9.. TIEMPO DE CONCENTRACIÓN (TC)....................................................... 24. 2.3.11.. INFILTRACION ............................................................................................. 25. 2.3.12.. ESCORRENTIA .............................................................................................. 25. BI. IO. TE. 2.3.1.. BL. 2.3.. RO. 2.2.1.. III.. MATERIALES Y METODOS ................................................................................... 26. 3.1.. MATERIALES ........................................................................................................ 26. 3.1.1.. Campo Experimental ...................................................................................... 26. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. 3.1.2.. Laboratorio para análisis de suelo ................................................................. 31. 3.1.3.. Instrumentos utilizados ................................................................................... 31. 3.2.. MÉTODOS .............................................................................................................. 32. 3.3.. TÉCNICA ................................................................................................................ 32 Observación Directa ........................................................................................ 32. 3.3.2.. Registro ............................................................................................................ 32. 3.3.3.. Obtención de Información Indirecta .............................................................. 33. 3.4.. PE CU AR IA S. 3.3.1.. PROCEDIMIENTO ................................................................................................ 33 Trabajo de Campo ........................................................................................... 33. 3.4.2.. Trabajo de Laboratorio .................................................................................. 33. 3.4.3.. Trabajo de Gabinete........................................................................................ 39. 3.4.4.. Generación de parámetros en ArcGis ............................................................ 40. 3.4.5.. Determinación de caudales en HEC-HMS..................................................... 44. 3.4.6.. Cálculo de la evapotranspiración ................................................................... 45. 3.4.7.. Cálculo de la Oferta y Demanda de Agua ...................................................... 45. 3.4.8.. Diseño de Bocatoma ........................................................................................ 47. RESULTADOS ............................................................................................................ 51. 4.1.. DETERMINACION DEL CAUDAL MAXIMO .................................................. 51. 4.1.1.. Parámetros morfológicos de la Quebrada Chimina ...................................... 51. AG. IV.. RO. 3.4.1.. 4.2. CAUDALES MÁXIMOS DE LA CUENCA CHIMINA PARA UN PERIODO DE 50 AÑOS ............................................................................................................................ 52 DISEÑO HIDRAULICO Y ESTRUCTURAL DE LA BOCATOMA ................ 52. DE. 4.3.. Balance Hídrico ............................................................................................... 53. 4.3.2.. Determinación de la evapotranspiración (ETo) ............................................ 53. 4.3.3.. Oferta de Agua para el Proyecto .................................................................... 55. 4.3.4.. Análisis de la demanda Hídrica: ................................................................... 56. 4.3.5.. Estudio de Suelos ............................................................................................. 63. 4.3.6.. Diseño hidráulico de Bocatoma ...................................................................... 64. 4.3.7.. Diseño Estructural .......................................................................................... 69. IO. TE. CA. 4.3.1.. 4.4.. PRESUPUESTO DE BOCATOMA CHIMINA ................................................... 72. BL. 4.4.1.. Resumen Metrado de Bocatoma Chimina ..................................................... 72. 4.1.2 Resumen Presupuesto de Bocatoma Chimina .................................................... 73 DISCUSIONES ................................................................................................................ 74. BI. V.. 5.1. DETERMINACIÓN DEL CAUDAL MAXIMO ...................................................... 74. 5.2. DETERMINACION DE CAUDALES MAXIMO PARA UN PERIODO DE RETORNO DE 50 AÑOS ....................................................................................................... 75 5.3. DISEÑO HIDRAUILCO Y ESTRUCTURAL DE LA BOCATOMA ..................... 75 5.4. ELABORACION DE PRESUPUESTO DE BOCATOMA....................................... 76 VI.. CONCLUSIONES ....................................................................................................... 77. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(10) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. VII.. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ................................................................... 79. BI. BL. IO. TE. CA. DE. AG. RO. PE CU AR IA S. VIII.. RECOMENDACIONES ............................................................................................. 78. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(11) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. I. INTRODUCCION 1.1.. REALIDAD PROBLEMÁTICA. La población de la serranía del distrito de Sarín ha intentado buscar soluciones para mitigar el problema de la falta de agua en época de ausencia de precipitaciones. Las. PE CU AR IA S. torrenciales lluvias se presentan entre los meses de diciembre prolongándose hasta el mes de abril. A estas épocas de lluvia se le dice que estamos en invierno. Entre abril y setiembre son eventuales las lluvias, dando inicio a lo que se le conoce “verano andino”. y de los meses de Junio, Agosto y Setiembre son épocas de viento, registrándose fuertes. ventarrones, causando daños materiales a las viviendas, con ciertas interrupciones de días asolados y precipitaciones. Durante estos meses en las noches y las madrugadas son. demasiado frígidos, notándose por las mañanas el agua en las lagunas, riachuelos,. acequias, la congelación, notándose más en lugares altos, donde se aprecia el. RO. descongelamiento hasta las 10 de la mañana.. AG. La máxima avenida es la elevación de los niveles de agua en el cauce a valores no usuales, como consecuencia del crecimiento del caudal que circula por la red de drenaje. Este aumento del caudal, en la mayoría de los casos, es consecuencia de precipitaciones. DE. extraordinarias de una magnitud tal que la superficie de la cuenca no es capaz de. CA. asimilarlas en su totalidad. (Robredo ,2015). Estos excesos de precipitación que no se infiltran, denominados escorrentía superficial,. TE. discurren rápidamente por la red de drenaje de la cuenca concentrándose en los cauces. Esta red, a su vez, tiene una capacidad de evacuación determinada, en función de sus. IO. características. El volumen de agua que le llega en un momento dado y que no es capaz. BL. de evacuarlo en dicho momento, es almacenado en el cauce, provocando la consiguiente elevación del nivel de agua. Para el cálculo de la máxima avenida se necesitan de unos. BI. datos básicos previos. En síntesis; éstos se pueden agrupar en dos grandes bloques: los que se refieren a las precipitaciones, que exigen la definición de las variables extremas en función del período de recurrencia; Y los que se encargan de estudiar la propia cuenca receptora de las Precipitaciones. En ella presentan una importancia relevante el complejo suelo-vegetación y la morfología de la cuenca, parámetro este último decisivo para establecer el tiempo de concentración de la avenida. El objetivo del cálculo de caudales 1. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(12) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. consiste en estimar los valores de flujo (normalmente máximos) originados en una sección determinada de un cauce, para una precipitación concreta, que incide en la cuenca vertiente correspondiente a dicha sección. (Robredo, 2015). PE CU AR IA S. Las bocatomas son estructuras hidráulicas construidas sobre un río o canal con el objeto de captar, es decir extraer, una parte o la totalidad del caudal de la corriente principal.. Las bocatomas suelen caracterizarse principalmente por el Caudal de Captación, el que se define como el gasto máximo que una obra de toma puede admitir. Un factor. importante en el diseño de una bocatoma es el período de utilización de la obra de captación. Una bocatoma con una captación que debe operar todo el año en forma. continua, debe contar con los elementos de control en la barrera para operar durante las. crecidas en forma permanente. La obra debe captar el caudal de diseño para toda la gama. RO. de caudales del río. En el año 2017 se propuso la construcción del canal CHIMINA, en tal sentido que se prevé determinar la máxima avenida de la quebrada para posteriormente diseñar la bocatoma lateral con baraje fijo para ello se requiere determinar. AG. la máxima avenida de la quebrada. (Rocha, 2006). DE. Lamentablemente los métodos actuales de riego tradicional a nivel de campo ocasionan una deficiencia el riego por el uso excesivo del agua, ocasionando el incremento de las. CA. áreas con problemas de drenaje y salinización de los suelos que traen como consecuencia una baja producción en los cultivos y una baja competitividad en el mercada, por la. TE. disminución de la calidad de sus productos. (Vásquez, 1978). IO. El agua es un recurso muy escaso especialmente en épocas de estiaje y muy caro, debido. BL. a su canalización y construcción de obras de arte. (Autoridad Nacional del Agua, 2014) El proyecto pretende realizar el estudio de la quebrada Chimina, para lo cual se utilizaran. BI. 2 softwares principales ArGis que es actualmente la tecnología de referencia en los Sistemas de Información Geográfica (SIG), que permitirá recopilar, organizar, administrar y analizar la información geográfica e hidráulica. Además de determinar los parámetros de diseño, punto de desfogue de la quebrada. Y el programa Hec-Hms (“Hydrologic Engineering Center-Hydrologic Modeling System”) que permite simular procesos de lluvia- escurrimiento en sistemas dendríticos de cuencas. 2. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. 1.2.. JUSTIFICACION. Considerando que la mayor parte de las aguas de quebradas, ríos discurren por los cauces naturales y fluyen hacia el rio Sarín y finalmente al Océano Pacífico, una de las fuentes de agua más próxima para garantizar el abastecimiento de agua en este sector en el periodo. PE CU AR IA S. de estiaje es de la quebrada Chimina. En este caserío se beneficiará a 25 usuarios de la zona. En el presente estudio de aprovechamiento de recursos hídricos, se enfocará a determinar. la máxima avenida de la quebrada a través del software Hec-Hms y ArGis con la finalidad. de obtener una fuente de datos confiables del recurso hídrico de esta zona lo que permitió garantizar el suministro de agua para los beneficiarios, además una vez realizada la. simulación se obtuvo el caudal para el diseño hidráulico de la bocatoma, siendo esta una. RO. solución que permita conducir y aprovechar y garantizar la cosecha así como aumentar. AG. áreas y dar la posibilidad de diversificación de cultivos.. En la actualidad los caseríos del área de influencia del proyecto cuentan con un déficit en el volumen de agua para irrigar sus terrenos impidiendo la posibilidad de ampliar sus áreas. DE. agrícolas ya que en estos lugares existes grandes extensiones de terrenos aptos para la agricultura y ganadería. Además, en la zona existe la presencia de aguas superficiales de. BI. BL. IO. TE. al área rural.. CA. la quebrada Chimina que pueden ser captadas atreves de una bocatoma y luego conducidas. 3 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. 1.3. OBJETIVOS a) OBJETIVO GENERAL  Usar el software Hec-Hms y ArcGis para determinar máximas avenidas y diseño de bocatoma de la quebrada Chimina. Distrito Sarín. Provincia Sánchez Carrión. La. b) OBJETIVOS ESPECIFICOS. PE CU AR IA S. Libertad 2019..  Determinar el caudal máximo de la quebrada Chimina a través del software Arc Gis y Hec-Hms.  Determinar el caudal de máximas avenida para un periodo de retorno de 50 años  Elaborar el diseño estructural e hidráulico de la bocatoma.. BI. BL. IO. TE. CA. DE. AG. RO.  Elaborar el presupuesto de la bocatoma.. 4 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. II.. REVISION DE LA LITERATURA. 2.1. ANTECEDENTES 2.1.1.. ANTECEDENTES INTERNACIONALES. PE CU AR IA S. Según, López, et. al (2012) en su trabajo “Caracterización del modelo HEC-HMS en la. cuenca de río Arga en Pamplona y su aplicación a cinco avenidas significativa” indica la metodología el uso del modelo HEC-HMS para la estimación de los caudales del río Arga, asociados a distintos periodos de retorno, a su paso por Pamplona. El modelo desarrollado en HEC-HMS permite evaluar el efecto de posibles cambios globales (cambio climático,. cambios de uso, entre otros) en la magnitud de las avenidas del mismo. Con la investigación se logró tener la caracterización física e hidrológica de la cuenca, como la. estructura fisiográfica de la cuenca y la asignación de los distintos paramentos, que. RO. caracterizan los procesos hidrológicos considerados.. AG. Según, Estrada (2012) en su investigación “Modelación hidrológica con HEC-HMS en cuencas montañosas de la región oriental de Cuba” se presenta la investigación de. DE. especialistas cubanos en los últimos años que han dado pasos en la aplicación del HECHMS para obtener hidrogramas de avenidas en algunas zonas de Cuba. También la investigación realiza recomendaciones para la modelación con HEC-HMS en cuencas. CA. montañosas de la región oriental de Cuba a partir de su aplicación en la cuenca Las Coloradas, obteniendo experiencias en los métodos de cálculo de mejor aplicación y los. TE. valores que alcanzan sus parámetros. Se han tenido en cuenta las particularidades físicogeográficas y climáticas de las cuencas montañosas orientales y el estado de la. IO. información hidrometeorológicos en las mismas. Este modelo conceptual de cuenca. BL. unitaria es suficiente para modelar cuencas pequeñas con escasez de información, homogeneidad de características físico-geográficas y climáticas y ausencia de objetivos. BI. internos de interés.. Según Díaz (2017)en su tesis “Estimación de caudales máximos para el sector hidrológico de la quebrada el diamante, mediante modelación con HEC-HMS” muestra la importancia de aplicar el Modelo de simulación HEC – HMS para determinar el hidrograma que produce la microcuenca de la quebrada el Diamante frente a eventos de 5 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. precipitación, teniendo en cuenta las coberturas vegetales y tipo de suelo de la misma. Por lo anterior, se emplearon curvas de intensidad, duración, frecuencia (IDF) aproximadas para microcuenca de la quebrada el Diamante y se generaron hidrogramas de diseño calculados a partir de la precipitación máxima anual de 24 horas de las. PE CU AR IA S. estaciones de Puente Quemado y Chita, procedente de información consultada en el Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC) y el instituto de hidrología, Meteorología y estudios ambientales (IDEAM).. La caracterización Morfométrica de la cuenca de la quebrada el diamante arroja que esta corresponde a un sector hidrológico con un área de 17,28 Km2 , con una pendiente del. 46,71%, con un piso térmico frio en la parte alta, mientras que en la parte baja se ubica. un piso térmico templado. Esta cuenca tiene una forma alargada y de acuerdo con la curva hipsométrica se encuentra en estado de madurez, por lo cual posee un mayor. ANTECEDENTES NACIONALES. AG. 2.1.2.. RO. proceso de erosión en su parte alta. Según Blanco (2016) con su informe “Modelamiento Hidrológico Geoespacial Usando HEC-GeoHMS Aplicación a la Cuenca del Río Chilca” presenta una guía para el. DE. modelamiento hidrológico geoespacial usando Geo-HMS en ArcMap 10.2, cuyo objetivo final es crear archivos de entrada para el modelo HMS. CA. Este documento proporciona a los especialistas en recursos hídricos una guía básica para el modelamiento hidrológico geoespacial usando HEC-Geo HMS en ArcMap y. TE. establecer archivos de entrada para el modelo HEC-HMS.. IO. Según Nassi (2018) en su tesis “Diseño y modelamiento hidráulico de la bocatoma el. BL. pueblo del Distrito de Chóchope, Provincia de Lambayeque, Departamento de Lambayeque, utilizando el modelo numérico Telemac – 2d”.Nos muestra el. BI. comportamiento hidráulico de la bocatoma el Pueblo mediante la modelación numérica, para lo cual primero se tuvo que diseñar la bocatoma, luego con los datos históricos y valores calculados se logró una buena calibración. Las fases de estudio se realizó en tres partes: el diseño hidráulico de la bocatoma, el modelo del río sin estructuras y el modelo del río con estructura. La longitud del modelo consta de 640ml aguas arriba y 500 ml aguas abajo del eje de la bocatoma para condiciones con y sin estructuras. Los ensayos 6. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. sin estructuras definieron las condiciones de borde y la correcta calibración del modelo. Los ensayos con estructuras consistieron en evaluar el comportamiento hidráulico del flujo sobre la bocatoma. Los resultados presentados en los ensayos del modelo hidráulico comprenden: niveles de agua, velocidades, líneas de corriente y adicionalmente se. estructuras.. PE CU AR IA S. muestra el esfuerzo de corte para poder interpretar la capacidad de arrastre en las. Del estudio de mecánica de suelos se encontró un suelo homogéneo de grava pobremente gradada con arena (GW-GM), con presencia de nivel freático a 0.90m del nivel natural y con una capacidad portante de 1.54 kg/cm2.. La modelación mostró y representó el flujo sobre la superficie de manera aceptable,. brindando los distintos valores y magnitudes de velocidad, caudal, líneas de corriente, tirantes, etc. Se logró comprobar la gran similitud en los valores obtenidos en el modelo. numérico y los valores calculados con fórmulas empíricas. Por lo tanto, la utilización de. RO. la modelación numérica muestra en este caso ser una herramienta confiable para el diseño. DE. 2.2. BASES TEORICAS. AG. hidráulico.. El agua es un elemento esencial para la vida, sin esta, ninguna forma de vida es posible. La superficie terrestre está cubierta de agua en un 70%, al igual que nuestro cuerpo, los. CA. árboles y los animales también necesitan agua para su existencia y sin el líquido elemento no podrían vivir (Iturri, 1999).. TE. En todo tiempo el hombre ha utilizado el agua para sus alimentos como para saciar su sed, luego la ha utilizado para alimentar y dar de beber a sus animales y posteriormente. IO. en el riego de las tierras con objeto de desarrollar las plantas y lograr sus frutos. Las. BL. relaciones que existen entre la agricultura, específicamente las irrigaciones y la necesidad. BI. de alimentar una población son creciente, estrecha y dramática (MINAGRI, 2000). La necesidad de las irrigaciones se origina tanto en la escasez como en la desigualdad de distribución temporal del agua, siendo la función esencial y primordial de un proyecto de irrigación garantizar la dotación de riego, permanentemente a lo largo de la vida del proyecto (MINAGRI, 2000). 7. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. 2.2.1. TIPOS DE BOCATOMAS Según Mansen (2006): a) Toma Directa Se trata de una toma que capta directamente mediante un canal lateral, que por lo general. PE CU AR IA S. es un brazo fijo del río que permite discurrir un caudal mayor que el que se va a captar. Su mayor ventaja es que no se necesita construir un barraje o azud que por lo general constituye una de las partes de mayor costo. Sin embargo; tiene desventaja de ser. obstruida fácilmente en época de crecidas, además permite el ingreso de sedimentos hacia el canal de derivación.. b) Toma Mixta o Convencional. Se trata de una toma que realiza la captación mediante el cierre del río con una estructura. RO. llamada azud o presa de derivación, el cual puede ser fija o móvil dependiendo del tipo del material usado. Será fija cuando se utiliza un elemento rígido, por lo general concreto,. AG. y será móvil cuando se utilizan compuertas de acero o madera. La captación en ese tipo de bocatomas se realiza por medio de una ventana que puede funcionar como orificio o. c) Toma Móvil. DE. vertedero dependiendo del tirante en el río.. CA. Se llama así aquella toma que para crear la carga hidráulica se vale de un barraje móvil. Son tomas que por la variación de niveles en forma muy marcada entre la época de estiaje. TE. y avenida, necesitan disponer de un barraje relativamente bajo, pero que para poder captar el caudal deseado necesitan de compuertas que le den la cota a nivel de agua. IO. adecuado.A los barrajes con compuertas que permiten el paso del caudal de avenida a. BL. través de ellos se les conoce como barraje móvil. Su principal ventaja es que permite el. BI. paso de los materiales de arrastre por encima de la cresta del barraje vertedero o azud.. d) Toma Tirolesa o Caucasiana Son tomas cuyas estructuras de captación se encuentran dentro de la sección del azud, en un espacio dejado en él, protegido por una rejilla que impide el ingreso de materiales gruesos. Estas tomas no son recomendables en ríos donde el arrastre de sedimentos es 8. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(19) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. intenso, ya que podrían causar rápida obstrucción de las rejillas. Conviene comentar que la gran mayoría de ríos del Perú son muy jóvenes y arrastran gran cantidad de sedimentos en épocas de crecidas, por lo que la construcción de esta. PE CU AR IA S. toma debe ser donde las condiciones lo favorezcan.. Según PROAGRO (2010). Las tomas tirolesas son obras importantes, que se utilizan para la captación de agua en ríos de montaña, que tienen gran pendiente en su recorrido. Son llamadas también de fondo se utilizan en ríos cuyas pendientes son mayores a 2.5° y de preferencia en los que su pendiente es mayor a 10°. Una toma tirolesa correctamente construida garantiza la seguridad de captación en cualquier época y en cualquier régimen.. 1) Encausamiento del río 2) Rejillas de hierro - acero. Figura 1: Vista lateral de toma tirolesa. BI. BL. IO. TE. CA. DE. 4) Compuerta de regulación.. AG. 3) Canal colector- transversal al rio. RO. Los componentes principales de una toma de agua tirolesa son los siguientes:. Fuente: PROAGRO/GTZ. Según Ortiz (2001) Sobre toma tirolesa establece lo siguiente: La toma en el lecho capta el agua motriz en el fondo del río, con una estructura extendida. a lo ancho del cauce, el cual está acompañada por una colector fijado en la dirección del flujo cubierto por una rejilla. 9 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. El agua captada en el colector cae a un canal de aducción que la conduce a la obra de conducción. La estructura ubicada en el lecho puede ser construida al nivel del fondo del río o erigida del mismo en forma de un vertedero, acompañada de un zampeado cuyas dimensiones dependen de la estructura misma y del caudal de creciente.. captar todo el caudal del afluente y dejarlo seco.. Según Crochin (1983) Sobre toma tirolesa indica lo siguiente:. PE CU AR IA S. Por las características de construcción, la toma de lecho puede, en épocas de sequía,. La toma de agua llamada tirolés o caucasiana, consiste en una rejilla fina de fondo. ubicada horizontalmente o con una pequeña inclinación, sobre el azud y que conecta al. RO. canal.. Según ITDG - Perú (1996). AG. Sobre tomas de agua tirolesas indica lo siguiente:. La toma de barraje sumergido o de tipo Tirol, consiste en un canal con techo de rejillas, construido en sentido transversal y debajo del lecho del río, que funciona como un. DE. sumidero. Las partes de la toma de agua Ti rol, tienen un diseño específico.. CA. Según Asociación Europea de Hidroelectricidad Pequeña (2006) En relación a tomas de agua tirolesa, indica lo siguiente:. TE. La implementación de una toma tirolesa es muy frecuente en aprovechamientos de ríos de montaña, en los que .la pérdida de salto de uno o dos metros de altura, no tiene. IO. consecuencias importantes, y cuyos torrentes tienen pendientes pronunciadas y arrastran. BL. muchas piedras, troncos, ramas y otros sedimentos. La toma tirolesa consiste en un canal excavado transversalmente en el fondo del cauce y. BI. cuya parte superior es una rejilla inclinada, con una pendiente mayor que la del río o afluente, La pendiente del río o afluente es preferible que sea mayor a 10°, siendo posible desde 2.5°.. 10 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(21) PE CU AR IA S. Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. Figura 2: Corte toma tirolesa Fuente: ESHA (2006). RO. 2.2.2.Hec-Hms. Hydrologic Engineering Center (HEC), Hydrologic Modeling System (HMS) es un. AG. modelo hidrológico de eventos desarrollado por el US Army Corp of Enginners de los Estados Unidos. El HMS ha sido diseñado para simular el proceso de precipitación. DE. escorrentía de cuencas con drenaje dendrítico. El modelo ha sido concebido para ser aplicada a un gran rango de situaciones geográficas resolver un gran número de. CA. problemas. Esto incluye desde disponibilidad de agua y problemas de inundaciones para grandes cuencas hasta el drenaje urbano de pequeñas cuencas. Los hidrogramas. TE. producidos pueden ser utilizados directamente o conjuntamente con otros programas para el estudio de problemas relacionados con disponibilidad de agua, drenaje urbano,. IO. predicción de inundaciones, impacto de urbanización futura, diseño de aliviaderos para represas, reducción de daños por inundaciones, legislación sobre planicies de inundación. BL. y operación de sistemas. El programa contiene una plataforma de trabajo integral que comprende una base de datos, facilidades para entrada de datos, herramientas. BI. computacionales y de presentación de resultados. La interface gráfica permite el acceso a los diferentes componentes del modelo para su utilización y cambio de parámetros. El modelo se instala ejecutando el archivo: Hms203.exe y siguiendo las instrucciones.. 11 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(22) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. 2.2.3. ArcGIS Es un “software” de Sistema de Información Geográfica diseñado por la empresa californiana Enviromental Systems Research Institute (ESRI) para trabajar a nivel multiusuario. Representa la evolución constante de estos productos, incorporando los. PE CU AR IA S. avances tecnológicos experimentados en la última década en el área de la informática y telecomunicaciones para capturar, editar, analizar, diseñar, publicar en la web e imprimir. información geográfica. Bajo el nombre ArGIS Desktop se comercializan tres licencias:. ArcInfo, ArcEditor y ArcView, que comparten un mismo núcleo y un número de funciones que varía de la versión más completa (ArcInfo) hasta la más simple (ArcView).. Cada una de ellas está compuesta por dos aplicaciones diferentes:  ArcMap 10 (semejante a ArcView 3.x)  ArcCatalog 10 (semejante al Explorador de Windows); Por. otra parte, integrado en éstos dos se encuentra ArcToolbox (conjunto de herramientas de. RO. conversión y análisis de datos). Empleando estas tres aplicaciones juntas se puede realizar cualquier tarea SIG: creación, edición, análisis y representación de información. AG. geográfica. DE. El software Hec-Hms incluye modelos de cuenca, modelos meteorológicos, especificaciones de control y datos de entrada. CA. Este proceso hace referencia a la generación del hidrograma en el punto de drenaje de una cuenca como consecuencia de la circulación de la lluvia efectiva a través de toda la. TE. superficie de la cuenca, componente que representa la escorrentía superficial directa. HEC- HMS, al igual que para los demás componentes del modelo, dispone de diferentes. IO. métodos para determinar este hidrograma de escorrentía directa. En este trabajo se ha seleccionado la técnica del hidrograma unitario HU y, dentro de ésta, se ha elegido el HU. BL. Adimensional del SCS por ser un método sencillo ampliamente aplicado en multitud de. BI. casos.. 𝑄𝑃 =. 2.08𝐴 𝑇𝑃. Donde Qp : es el caudal punta en m3 /s por cm de lluvia efectiva A : es la superficie de la cuenca en km2 Tp es el tiempo al máximo en horas 12 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(23) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. 2.2.4.FÓRMULA DE MANNING. Aunque la fórmula de Manning está deducida para caudales y en condiciones de flujo uniforme, la experiencia de los últimos años indica que es valioso instrumento para analizar las características hidráulicas y geométricas de los aforos realizados. Además. PE CU AR IA S. cuando se tiene una creciente, es por esto que la fórmula para canales abiertos pueden aplicarse a cauces naturales con mayor seguridad a los estados altos que los bajo, pues estos últimos quedan notoriamente influenciados por las condiciones del lecho. El caudal queda dado por la expresión. 2 √𝑆. 𝑄 = 𝐴𝑅3. 𝑛. Donde A= sección en m2. RO. 𝐴. R= radio hidráulico 𝑃 en m. AG. P= perímetro mojado en m. Pendiente del eje hidráulico (valor métrico) que se determina con las condiciones del 2. DE. terreno inmediatamente después de la crecida.El término 𝐴𝑅3 depende de las características geométricas de la sección y mediante el perfil de la sección puede. h=f(𝐴𝑅. 2⁄ 3 ) Al. CA. conocerse para cualquier nivel de agua. Con estos datos se construye una curva término. √𝑆 𝑛. se lo puede determinar como factor hidráulico; pues,. TE. considera la rugosidad del lecho y la pendiente del eje hidráulico. Este término algunas √𝑆. IO. veces tiende a un valor asintótico para niveles altos del 52 rio, la curva h=f ( 𝑛 ) en que. BL. las altura de agua están en las ordenadas y. √𝑆 𝑛. en abscisas, es por lo tanto la. extrapolación relativamente sencilla. Con la extrapolación de estas curvas se pueden. BI. determinar también los caudales para aquellas alturas de agua en que no se han obtenido aforos (Pladeyra, 2003).. 13 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(24) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. 2.2.5. HIDROGRAMA Expresión gráfica de la variación del caudal a lo largo del tiempo. Un hidrograma de caudal es una gráfica o una tabla que muestra la tasa de flujo como función del tiempo en un lugar dado de la corriente. En efecto el hidrograma es una expresión integral de las. PE CU AR IA S. características fisiográficas y climáticas que rigen las relaciones entre la lluvia y escorrentía de una cuenca de drenaje particular. El hidrograma permite representar la. variación del caudal de un río, en función del tiempo. El hidrograma, está en función del. aporte de precipitaciones que puedan ocurrir en la superficie de la cuenca y de las características físicas de ella, tal como se puede apreciar en la Figura 6, donde se observa. una comparación de dos hidrogramas en función de la forma de la cuenca. Es decir para. este caso a mayor pendiente de la cuenca la respuesta del hidrograma es más directa. Figura 3: Tipos de hidrograma en función a la cuenca Fuente: Musy, Andre.2001. BL. IO. TE. CA. DE. AG. RO. (Hers, 1983).. BI. 2.2.6. BALANCE HÍDRICO SUPERFICIAL La evaluación de los recursos hídricos de una cuenca requiere de una estimación correcta del balance hidrológico, es decir, comprender el ciclo en sus diferentes fases, la forma en que el agua que se recibe por precipitación y se reparte entre el proceso de. evapotranspiración, escorrentía e infiltración. La ecuación de Balance Hidrológico es una expresión muy simple, aunque la cuantificación de sus términos es normalmente 14 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(25) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. complicada por la falta de medidas directas y por la variación espacial de la evapotranspiración, de las pérdidas profundas (en acuíferos) y de las variaciones del agua almacenada en la cuenca (Llorens, 2003).. PE CU AR IA S. En general podemos afirmar que: Del agua que cae en un determinado sitio (precipitación = PP). Parte vuelve a la atmósfera ya sea por evaporación directa o por transpiración de la. vegetación (evapotranspiración = ET) Otra parte escurre por la superficie de la cuenca (escorrentía superficial = Esc) Este escurrimiento, fluye a través de la red de drenaje hasta alcanzar los cauces principales y finalmente el mar, y el resto se infiltra en el terreno y se incorpora al sistema de aguas subterráneas o acuífero (infiltración = I).. Estas magnitudes deben cumplir con la siguiente ecuación que se conoce con el nombre de Balance Hidrológico (Figura 4):. RO. P = ETR + ES + I. EVAPOTRANSPIRACIÓN. ESCORRENTÍA. SUPERFICIAL. +. CA. INFILTRACIÓN (II). =. DE. CAPTACIÓN-. AG. La fórmula general que se utiliza en el Balance Hidrológico es la siguiente:. Del Balance Hidrológico, podemos conocer el estado de humedad de la cuenca la cual. TE. está asociado al aporte de precipitación recibida y descontando las pérdidas generadas, estamos en la condición de clasificar el tipo de año (húmedo, normal o seco). Esto. BI. BL. IO. permitirá planificar el recurso hídrico, en base a las demandas.. 15 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(26) BI. BL. IO. TE. CA. DE. AG. RO. PE CU AR IA S. Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. Figura 4: Esquema del balance hídrico Fuente: Ordoñes, 2011. 16 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(27) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. 2.2.7. DISEÑO DE BOCATOMA Para el diseño de la bocatoma se debe tener en cuenta los siguientes parámetros de diseño Canal de limpia: Es la estructura que se instala en las tomas con objeto de eliminar los sedimentos que se depositan al ingreso de toma y que permite mejorar la captación en las. PE CU AR IA S. épocas de estiaje especialmente en ríos con gran variación de caudales como los de la costa peruana. Su trazo es perpendicular al eje de barraje y su flujo en el mismo sentido del río; puede formar ángulos entre 60º y 90º con el eje de captación.. Para separar el canal de limpia del tramo de barraje fijo se construye un muro guía que permite encauzar mejor las aguas hacia el canal de limpia. Velocidad de arrastre La magnitud de la velocidad para iniciar el arrastre de los sólidos depositados viene dada por la fórmula:. Vc = 1.5 (C) (d)1/2 = 1.5 Vs. RO. Donde: Vc: Velocidad requerida para iniciar el arrastre. AG. C: Coeficiente en función del tipo de material Arena y grava redondeada: 3.2. . Grava rectangular: 3.9. . Arena y grava: 3.5 a 4.5. DE. . d: diámetro del grano mayor. TE. CA. Vs: Velocidad de arrastre.. 2.2.8. ANCHO DE CANAL DE LIMPIA. IO. El ancho del canal de limpia debe tener las siguientes características:. BL. El caudal debe ser por lo menos del doble de la capacidad de la toma o derivar el caudal medio del río.. BI. La velocidad del agua en el canal de limpia debe variar entre 1.50 y 3.00 m/seg o por lo menos ser igual a la velocidad de arrastre. Se recomienda que su ancho sea un décimo de la longitud del barraje. El ancho del canal de limpia se puede obtener de las relaciones siguientes: 𝐵=. 𝑄 𝑞. 𝑞=. (𝑉𝐶 )3 𝑔 17. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(28) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. Donde: B: ancho del canal de limpia en m. Q: caudal que discurre en el canal de limpia en m3/s q: caudal por unidad de ancho m3/s/m. g: aceleración de la gravedad m/s2. PE CU AR IA S. Vc: velocidad de arrastre en m/s. Pendiente del canal de limpia La pendiente del canal de limpia debe permitir el arrastre de los materiales que arrastra el río, se calcula según la fórmula: 𝑆𝑐 =. 𝑛. 𝑔 𝑞. 10⁄ 9. 2⁄ 9. Sc: pendiente del canal de limpia. AG. n: coeficiente de rugosidad de Manning. RO. Donde:. g: aceleración de la gravedad m/s2. DE. q: descarga por unidad de ancho m3/s/ml (Mansen, 2006). Estructuras del canal de limpia El canal de limpia o barraje móvil tiene generalmente. CA. un muro guía que separa el barraje fijo del móvil y permite encauzar mejor el flujo hacia el canal de limpia, y puede continuar hacia aguas abajo separando la poza de. TE. disipación en dos segmentos. Compuertas de limpia Debiéndose mantener limpia de. IO. sedimentos transportados por el río la zona inmediata a la captación se debe dotar a la bocatoma de compuertas de limpia. Criterios de dimensionamiento: Área de la sección. BL. transversal de la compuerta de limpia debajo de la corona de aliviadero varía de 1 a 2. BI. veces el área de la ventana de captación. 𝐴𝐶𝐿 = (1 𝑎 2)𝐴𝑣𝑐. ACL: Área compuerta limpia AVC: Área ventada captación. 18 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. 2.2.9. VENTANA DE CAPTACIÓN Para evitar la entrada de piedras de arrastre del fondo del río, la cresta de captación debe estar de (1.25 a 1.50) mínimo sobre el fondo del río La cota de la cresta de captación se colocará a 0.30 m. debajo de la cota de la cresta del aliviadero de demasías. La entrada de. PE CU AR IA S. agua por las ventanas de captación puede ser por orificios o por vertederos. La entrada por orificios Se construye una pantalla como indica la siguiente figura de modo que la. abertura del orificio sea de 0.35m. Los 5 cm. de abertura adicionales sobre la cresta del aliviadero de demasías es para evitar interferencia del flujo de la napa de agua para condiciones normales de operación de la bocatoma cuando la cota del embalse coincide. con la cota de la cresta del aliviadero de demasías es este caso la captación es como vertedero (Mansen, 2006).. RO. 2.2.10. ESTRIBOS Y MUROS DE ENCAUSAMIENTO. Son estructuras que se construyen aguas arriba y aguas abajo del barraje en ambas. AG. márgenes con la finalidad de encauzar el flujo del río y proteger las obras de toma. Los muros de encauzamiento pueden ser de concreto simple, concreto armado o ser diques. DE. construidos de tierra o de enrocamiento según los materiales que puedan conseguirse en zonas próximas a la toma. Para fijar la altura de los muros se calcula la curva de remanso que se producirá como consecuencia de la implantación del barraje en el río, estos. CA. cálculos deben efectuarse en base a la avenida máxima de diseño y considerando un. BI. BL. IO. TE. periodo de retorno apropiado (Ramos, 2018).. Figura 5: Muros de Encauzamiento Fuente: Diseño de Obras Hidráulicas de José Arbulú Ramos.. 19 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(30) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. 2.2.11.. DISEÑO DE MUROS DE ENCAUZAMIENTO (ESTRIBOS). Altura total de estribos y muros de encauzamiento: H = 1.25 (H0 + p) Donde:. PE CU AR IA S. H = altura total de los estribos y muros de encauzamiento 32 P = altura del aliviadero de demasías.. Ho =Carga hidráulica de diseño sobre el aliviadero (incluye hv).. Aguas arriba del aliviadero la altura, de los estribos decrecerá en forma discreta para los pilares.. 2.2.12. MUROS DE GRAVEDAD:. •Resultante en el núcleo central • Caso más desfavorable: no hay agua. RO. Concreto ciclópeo: Mampostería f’c = 140 Kg/cm2 + 40% Piedra gruesa Diámetro ≤ 4”. AG. • Fuerzas que actúan: empuje de tierras, sismo, peso de la estructura. • El estribo debe terminar por lo menos al final de la poza y aguas arriba delante del • Forma: trapezoidal. Esfuerzos permisibles:. DE. paramento del aliviadero.. CA. • Flexión: Φ = 0.65. • Compresión: Φ = 0.70. TE. • Cortante: Φ = 0.85. IO. Empuje del suelo: Pa = Ea = 0.5 W H2 Ka Estabilidad del muro:. BL. Verificación esfuerzos en tracción en la unión del miembro y la base: • No considerar P/A debido a Pav ni el peso del muro.. BI. • Usar los momentos debido a Pah y W y sumar momentos en el punto. 20 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(31) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. 2.2.13. PARTES DE UNA BOCATOMA Dique, barraje, presa o azud: Su función es cerrar el cauce del rio, obligando al agua que se encuentra por debajo de la cota de su cresta, a que ingrese a la conducción. El dique, en épocas de creciente,. PE CU AR IA S. funciona como un vertedero.. Rejilla: Ésta impide que pase al canal de conducción material sólido muy grueso.. Zampeado y colchón al pie de azud: Sirven para disipar la energía con la que cae al agua desde el azud en épocas de lluvia, y así evitar que se erosione la zona del pozo de. aquietamiento. El fenómeno, si no es controlado, puede socavar las estructuras y causar su destrucción.. Compuerta de purga: Se ubica al lado de la reja de entrada. Su función es eliminar,. mediante la operación de la compuerta, el material grueso y mantener limpio el sector. BL. IO. TE. CA. DE. AG. RO. frente a la rejilla (Autoridad Nacional del Agua ,2010).. Figura 6: Partes de una bocatoma. Fuente: Criterios de diseños de obras hidráulicas para la formulación de proyectos. BI. hidráulicos de ANA (Autoridad Nacional del Agua).. 2.2.14. FUNDAMENTOS PREVIOS AL DISEÑO DE BOCATOMAS Es de suma importancia la ubicación de la bocatoma en el cauce del río, para la que se recomienda que el sitio elegido reúna por lo menos las siguientes condiciones: a. La dirección a ruta del flujo de agua debe ser lo más estabilizada o definida. b. La captación del agua a ser derivada debe ser posible aún en tiempo de estiaje.. 21 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(32) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. c. La entrada de sedimentos hacia el caudal de derivación debe ser limitado en el máximo. PE CU AR IA S. posible (Mansen, 2006).. Figura 7: Lugar adecuado para construir una bocatoma. Fuente: Diseño de Bocatomas del Ing. Alfredo Mansen Valderrama.. Existe posibilidad de efectuar con una bocatoma con dos captaciones, o sea que se va a. regar utilizando una misma estructura las dos márgenes, en este caso se recomienda la. DE. AG. RO. ubicación del barraje estará en un tramo recto del río.. CA. Figura 8: Diseño de Obras Hidráulicas. TE. Fuente: Diseño de Obras Hidráulicas de José Arbulú Ramos.. 2.3. TERMINOLOGIAS. IO. 2.3.1. AREA DE LA CUENCA El área o superficie de la microcuenca está limitada por la divisoria de agua (divortium. BL. acuarum), que es una línea que separa la superficie de terreno cuyo drenaje fluye hacia. BI. el curso de agua. Se refiere al área proyectada en un plano horizontal, es de forma muy irregular y se obtiene después de delimitar la microcuenca (Gaspari, F. J. (2012).. 2.3.2. PERIMETRO DE LA CUENCA Se refiere al borde de la forma de la microcuenca proyectada en un plano horizontal, es de forma muy irregular, se obtiene después de delimitar la microcuenca. El perímetro de 22 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(33) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. la microcuenca está definido por la longitud de la línea del divisorio de aguas (divortium acuarum) (Gaspari, F. J. (2012).. PE CU AR IA S. 2.3.3. LONGITUD MAYOR DE LAS QUEBRADAS Recibe este nombre, el mayor cauce longitudinal que tiene la microcuenca determinada, es decir, el mayor recorrido que realiza las quebradas desde la cabecera de la microcuenca, siguiendo lodos los cambios de dirección o sinuosidades hasta un punto fijo de interés, que puede ser una estación de aforo o desembocadura ( UNAL, 1997).. 2.3.4.FORMAS DE LA CUENCA La forma de la microcuenca, es la que determina la distribución de las descargas de agua. a lo largo del curso principal o cursos principales, y es en gran parte responsable de las características de las crecientes que se presentan en la microcuenca.. RO. Es expresada por parámetros, tales como el Ancho Promedio, Coeficiente de. AG. Compacidad y el Factor de forma (Cordova, 2016).. CA. (UNAL, 1997).. DE. 2.3.5. ANCHO PROMEDIO: Es la relación entre el área de la microcuenca y la longitud mayor del curso de la quebrada. 2.3.6. ÍNDICE DE COMPACIDAD O ÍNDICE DE GRAVELIOUS (K):. TE. El índice de compacidad de una cuenca definida por Gravelious, expresa la relación entre el perímetro de la microcuenca, y el perímetro equivalente de una circunferencia, que. IO. tiene la misma área de la cuenca. El índice de compacidad, trata de expresar la influencia del perímetro y el área de una. BL. microcuenca en la escorrentía, particularmente en las características del hidrograma.. BI. Si K = 1, la cuenca será de forma circular; por lo general para cuencas alargadas se espera que K sea mayor que 1. Las microcuencas de forma alargada, reducen las probabilidades, de que sean cubiertas en su totalidad por una tormenta, lo que afecta en. la respuesta que se presenta en la quebrada (UNAL, 1997).. 23 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(34) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. 2.3.7.FACTOR DE FORMA (FF) Es otro índice numérico con el que se puede expresar la forma y la mayor o menor tendencia a crecientes de una microcuenca (Cordova, 2016).. PE CU AR IA S. 2.3.8. PENDIENTE MEDIA DE LA QUEBRADA. El conocimiento de la pendiente media de la quebrada de la microcuenca, es un parámetro importante, en el estudio del comportamiento del recurso hídrico. El agua superficial concentrada en los lechos fluviales escurre con una velocidad que depende directamente. de la declividad de éstos, así a mayor declividad habrá mayor velocidad de escurrimiento.. La pendiente media de la quebrada es un parámetro empleado para determinar la declividad de un curso de agua entre dos puntos (Revista de geografía, vol. xix.. RO. Barcelona, 1985, pp. 41-68).. AG. 2.3.9. TIEMPO DE CONCENTRACIÓN (TC). El tiempo de concentración, es el tiempo transcurrido desde que una gota de agua cae, en el punto más alejado de la microcuenca hasta que llega a la salida de ésta (estación de. DE. aforo). Este tiempo es función de ciertas características geográficas y topográficas de la. CA. microcuenca (Jaume, 2011).. TE. 2.3.10. EVAPORACION. Es un proceso físico por el cual determinadas moléculas de agua aumentan su nivel de. IO. agitación por aumento de temperatura, y si están próximas a la superficie libre, escapan a la atmósfera. Inversamente otras moléculas de agua existentes en la atmósfera, al perder. BL. energía y estar próximas a la superficie libre pueden penetrar en la masa de agua. Se. BI. denomina evaporación el saldo de este doble proceso que implica el movimiento de agua hacia la atmósfera. La evaporación depende de la insolación, del viento, de la temperatura y del grado de humedad de la atmósfera (Cuesta, 2010). 24 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(35) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. 2.3.11. INFILTRACION La infiltración es el proceso por el cual el agua penetra desde la superficie del terreno hacia el suelo. En una primera etapa satisface la deficiencia de humedad del suelo en una zona cercana a la superficie, y posteriormente superado cierto nivel de humedad, pasa a. PE CU AR IA S. formar parte del agua subterránea, saturando los espacios vacíos (Cuesta, 2010). 2.3.12. ESCORRENTIA. Cantidad de agua de una lluvia y/o tormenta, que drena o escurre sobre la superficie del. suelo. Cuando ocurren lluvias más intensas o frecuentes, el agua llega hasta la superficie, produciéndose por un lado, la infiltración y por otro lado, la saturación del suelo y la. BI. BL. IO. TE. CA. DE. AG. RO. escorrentía (Monsalve 1999).. 25 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(36) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. III. 3.1.. MATERIALES Y METODOS. MATERIALES. 3.1.1. Campo Experimental 3.1.1.1. Ubicación de la zona de estudio. PE CU AR IA S. El distrito de Sarín está ubicado en la provincia de Sánchez Carrión, región de La Libertad, a una distancia de 125 kilómetros, al noreste de la ciudad de Trujillo; abarca una superficie de 340,08 km² de la Región La Libertad, Perú.. El ámbito de influencia del proyecto comprende áreas ubicadas en el caserío Chimina,. es decir abarca territorios de la zona de frontera del distrito. Consta de 55 viviendas. BI. BL. IO. TE. CA. DE. AG. RO. aproximadamente 200 habitantes.. 26 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(37) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. Figura 9: Ubicación de la zona de estudio. REGIÓN. La Libertad. PROVINCIA. Sánchez Carrión. DISTRITO. PE CU AR IA S. UBICACÓN. Sarín. LONGITUD. 9134829.89. LATITUD. 825370.58. ALTITUD. 2833 msnm. RO. 2: LOCALIZACIÓN GEOGRÁFICA. Curgos y Chugay. SUR. Santiago de Chuco. ESTE. Chugay.. Huamachuco y. Santiago de Chuco. CA. OESTE. DE. NORTE. AG. 3: LÍMITES DEL DISTRITO. TE. 4: CLIMA: Cálido y Templado. 5: TEMPERATURA MINIMA-. IO. MÁXIMA: 13.3 ° C.-14-6 C°. BI. BL. Fuente: Elaborado por la Tesista, Br. Carhuapoma Rodríguez Anita Elizabeth. 27 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(38) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. Quebrada Chimina es un arroyo intermitente y está cerca de Sarín y La Tranca. Tiene una altitud de 2797 metros. Ubicada en el caserío Sarín Centro, distrito Sarín, provincia. AG. RO. PE CU AR IA S. Sánchez Cardón, región La Libertad. Perteneciente a la cuenca Crisnejas. Figura 10: Delimitación de cuenca hidrográficas. DE. Fuente: Servicio nacional de Meteorología e Hidrología del Perú.. 3.1.1.2. Vías de acceso y comunicación. CA. El acceso al caserío de Chimina, es a través de la carretera de penetración Trujillo –. IO. TE. Huamachuco – Sarín – Chimina. El recorrido se detalla a continuación: Tabla 1: Vías de Acceso y Comunicación MEDIO DE. DISTANCI. TIEMPO. FRECUE. TIPO DE VÍA. TRANSP.. A (KM). Trujillo Huamachuco. Carretera asfaltada 100%.. Vehículo. 190. 4 horas. Diaria. Huamachuco – Sarín. Trocha carrozable. Vehículo. 45. 1:15 horas. Diaria. Sarín-. Trocha carrozable. Vehículo. 15. 60min.. BI. BL. TRAMO. NCIA. Eventual. Chimina Fuente: Elaborado por la Tesista, Br. Carhuapoma Rodríguez Anita Elizabeth. 28 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(39) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. 3.1.1.3. FISIOGRAFIA Y GEOLOGIA DE LA ZONA DE ESTUDIO Fisiografía. PE CU AR IA S. En la zona de estudio se ha identificado dos unidades fisiográficas:. Fondo De Valle Y Llanuras Aluviales. Es la parte orográfica que contiene un cauce y que puede ser inundada ante una eventual las aguas de éste. Dichas zonas constituyen zonas interesantes para el desarrollo del. riego, debido a la topografía favorable como para desviar agua del río hacia cualquier punto de su zona aluvial. Se trata entonces se zonas vulnerables.. Vertientes Montañosas Empinadas A Escarpadas. RO. Son superficies relativamente planas que oscilan entre el 0% a 8% de pendiente y se. ubican entre los 3300 m. a los 3800 m. de altitud. Su origen es diverso siendo debido a colmataciones lacustres y fluviales.. AG. Debido a la poca pendiente, estas zonas presentan suelos profundos, siendo su constitución, en la mayoría de los casos de tipo arcillosa y arenosa. Esta fisiografía es al. DE. en la mayor parte de la provincia. Estas áreas representan el 55.93% del territorio de la provincia alcanzando un total de 139,829 Ha. por lo que se le puede encontrar disperso. CA. en toda la zona de estudio.. TE. Geomorfología. De acuerdo al Mapa Geomorfológico de la Región La Libertad (2012), las unidades. IO. geomorfológicas de la región están relacionadas a procesos erosivos y control litológico. BL. estructural, así como también por deposición como son las acumulaciones de depósitos de piedemonte, fluvioglaciares, etc., asociación morfo genética (fluvial, aluvial, glacial. BI. y gravitacional), que permitió establecer las unidades geomorfológicas. Estas últimas se han podido clasificar en dos grandes clases según sus geos formas, las cuales se describen a continuación la que se encuentra en zona de estudio.. 29 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.