Hidrología Pozo Azul – Langa – Huarochirí – Lima

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO

FACULTAD DE INGENIERIA AGRICOLA

TESIS

“HIDROLOGÍA POZO AZUL – LANGA –

HUAROCHIRÍ – LIMA”

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:

INGENIERO AGRÍCOLA

PRESENTADO POR:

BACH. YONEL DÍAZ DÍAZ

BACH. JULIO CÉSAR FERNÁNDEZ NAVARRO

PATROCINADOR:

Dr. VIVAR PÁRRAGA, Julio Oswaldo

RESUMEN

En los últimos años, la escasez de agua se viene haciendo con más frecuencia en todas partes del país y del mundo, y también debido al cambio climático las lluvias cada día son más irregulares y hay que buscar formas de regularlo para un debido aprovechamiento.

Es por la cual en el distrito de langa se planeó construir un embalse para regular las aguas de lluvia en la parte alta sector Juenguire ubicado el eje de presa en un estrecho de la Quebrada Pozo Azul.

El presente trabajo de investigación nos ha permitido procesar los datos meteorológicos para estimar un caudal la cual pueda ser almacenada para posterior mente ser distribuido en las tierras de los agricultores que están ubicadas en la parte baja. También podemos apreciar en el presente proyecto, las rutas de acceso al lugar del proyecto, los caudales, la topografía realizada a la zona del embalse.

Para la realización de este trabajo se han utilizado herramientas propias de la

hidrología así como también imágenes satelitales, carta nacional y el análisis

estadístico respectivo para el procesamiento de datos.

ABSTRACT

In recent years, water scarcity has been becoming more frequent in all parts of the

country and the world, and also due to climate change rains are becoming more

irregular every day and we must find ways to regulate it for proper use.

It is for which in the district of Langa it was planned to build a reservoir to regulate

the rainwater in the upper part of Juenguire sector located the axis of the dam in a

strait of the Quebrada Pozo Azul.

This research work has allowed us to process the meteorological data to estimate a

flow rate that can be stored for later distribution in the lands of the farmers that are

located in the lower part. We can also see in this project, the access routes to the

project site, the flows, the topography made to the reservoir area.

To carry out this work, hydrology tools have been used, as well as satellite images,

national chart and the respective statistical analysis for data processing.

Keywords: hydrology, creek, climate change, child phenomenon, mitigate,

AGRADECIMIENTO

AGRADECIMIENTO A:

DIOS

Agradecemos a Dios por habernos acompañado y guiado a lo largo de nuestra

carrera, por ser nuestra fortaleza en los momentos de debilidad y por brindamos

una vida llena de esperanza y aprendizajes y felicidad.

Le damos gracias Elías y Graciela; Julio y Rosaura nuestros padres por apoyarnos

en todo momento, por los valores y el espíritu de lucha que nos han inculcado, y por

habernos dado la oportunidad de tener una excelente educación en el transcurso

de nuestras vidas y por ser nuestro ejemplo.

También queremos agradecer a nuestros hermanos, tíos primos sobrinos por ser

parte de nuestras familias y hacernos los momentos más felices de nuestras vidas.

A la facultad de Ingeniería Agrícola por habernos formado profesionalmente,

agradecemos también muy en especial al Ing. Oswaldo Vivar Párraga por su

confianza ayuda e interés al guiarnos en nuestro proyecto.

A nuestros amigos de la FIA que en los momentos de lucha salimos adelante

INDICE

RESUMEN………..3

ABSTRACT ……….……..4

AGRADECIMIENTO………..……….……..5

CAPITULO I INTRODUCCIÓN……….………9

1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA……….…….9

1.2. IDENTIFICACIÒN DEL PROBLEMA……….…….………..…10

1.3. OBJETIVOS ………...………..……11

1.3.1. OBJETIVO GENERAL……….…..………...……11

1.3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS………..………11

CAPITULO II ASPECTOS GENERALES………..……….……12

2.1. UBICACIÓN……….………….…12

2.2. ANTECEDENTES……….………..……13

2.3. ACCESOS Y VIAS DE COMUNICACIÓN.……….13

2.4. RECOPILACION DE INFORMACION BASCIA……….17

CAPITULO III ESTADO DEL ARTE……….……….17

CAPITULO IV MATERIALES – MÉTODOS……….26

4.1. SISTEMA HIDRICO. ENTORNO LANGA……...……….…..…..26

4.1.1. CUENCA QUEBRADA POZO AZUL ….…….………..…….……27

4.1.2. TOPOGRAFÍA………...……..29

4.1.3. PLUVIOMETRÍA………..………..….……31

4.1.4. SEDIMENTOMETRIA……….………33

4.2. GEOMORFOLOGIA - QUEBRADA POZO AZUL…….…….………….…..….……33

4.2.1. AREA DE LA CUENCA……….…..…..33

4.2.2. FORMA DE LA CUENCA………..………..…….….34

4.2.3. MEDCIONES LINEALES ……….………..35

4.3.1. PRECIPITACIÓN PLUVIAL ………..………38

4.3.2. TEMPERATURA ………..……….38

4.4. TRATAMIENTO DE LA INFORMACIÓN METEOROLÓGICA Y PLUVIOMÉTRICA…….…39

4.4.1. PRECIPITACIÓN……….39

4.4.2. ANALISIS DE CONSISTENCIA……….41

4.5. ANALISIS PLUVIOMETRICO DE LAS CUENCA……….………..42

4.5.1. PRECIPITACIÓN AREAL MEDIA DE LA CUENCA………..42

4.6. TRATAMIENTO DE LA INFORMACION HIDROMETRICA………….……….43

4.6.1. REGISTRO HISTORICO………..………..43

4.7. DETERMINACIÓN DE LA DISPONIBILIDAD DE AGUA………..43

4.7.1. MODELO DETERMINISTICO-ESTOCASTICO DE LUTZ SCHOLZ……..………44

1) ECUACIÓN DEL BALANCE HIDRICO……….…………..45

2) COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO ………..……….45

3) METODO DE SERRUTO……….………..47

4) PRECIPITACIÓN EFECTIVA ……….………..………47

5) RETENCIÓN DE LA CUENCA ……….………49

6) RELACIÓN ENTRE DESCARGAS Y RETENCIÓN ……….49

7) COEFICIENTE DE AGOTAMIENTO………...……….50

8) ALMACENAMIENTO HIDRICO ………...………51

9) ABASTECIMIENTO DE LA RETENCIÓN ……….……….52

10) DETERMINACIÓN DEL CAUDAL MENSUAL PARA EL AÑO PROMEDIO…54 4.8. INGRESO DE DATOS………..………54

4.9. CALIBRACION DEL MODELO ………..………55

4.10. SIMULACION ………57

4.11. GENERACIÓN DE CAUDALES MENSUALES PARA PERÍODOS EXTENDIDOS…….…57

4.12. RESTRICCIONES DEL MODELO ……….………..………..62

4.13. ANÁLISIS DE MÁXIMAS AVENIDAS ………..………62

4.13.1. HIDROGRAMA UNITARIO S.C.S. ……….………..62

4.13.2. METODO REGIONAL ………..………..66

LISTA DE CUADROS

CUADRO N° 1. ACCESO. SECTOR LANGA – POZO AZUL………...………..…..14

CUADRO N° 2 COTAS Y COLUMENES………...31

CUADRO N° 3 RÉCOR HISTORICO PRECIPITACION (mm)………...………...…32

CUADRO N° 4 PRECIPITACION MAXIMA EN 24 HORAS (mm)………...……….…33

CUADRO N° 5 SEDIMENTOMETRIA……….34

CUADRO N° 6 CUENCA POZO AZUL………..…36

CUADRO N° 7 TIEMPO DE CONCENTRACIÓN……….38

CUADRO N° 8 ESTACIÓN METEREOLÓGICA UTILIZADA EN EL ESTUDIO……….………38

CUADRO Nº 9 TEMPERATURAS MÁXIMAS………...……...40

CUADRO Nº 10 TEMPERATURAS MINIMAS………..…40

CUADRO N° 11 PRECIPITACIÓN ESTIMADA………...….…43

CUADRO N° 12 CALCULO DE LA PROPORCION DE LLUVIA QUE PRODUCE ESCORRENTIA.…………49

CUADRO N° 13 COEFICIENTES ANUALES Y MENSUALES PARA EL CÁLCULO DE LA CONTRIBUCION DE LA RETENCION………...………..…54

CUADRO N° 14 DETERMINACIÓN DE CAUDALES MENSUALES METODO DE LUTZSCHOLZ……....55

CUADRO N° 15 CALIBRACION DE MODELO………...……….57

CUADRO N° 16 SIMULACION………....58

CUADRO N° 17 CAUDALES GENERADOS (m3/S)………...60

CUADRO N° 18 VOLUMENES GENERADOS (MMC)………61

CUADRO N° 19 CÁLCULO DE LA PRECIPITACIÓN EFECTIVA EN LAQUEBRADA POZO AZUL….…..…64

CUADRO N° 20 HIDROGRAMA UNITARIO DE MÁXIMAS AVENIDAS QUEBRADA POZO AZUL………....65

CUADRO N° 21 VOLUMENES PARA PERIODOS DE RETORNO………..………68

CUADRO N° 22 COEFICIENTES DE LA ECUACION REGIONAL DE DESCARDGAS EN EL PERÚ….…..68

LISTA DE FIGURAS FIGURA N° 1 RUTA..………31

FIGURA N° 2 LUGAR DE PROYECTO EN EL MAPA.………...……….………..……16

FIGURA N° 3 MAPA DE HUAROCHIRÍ………...………..………….………..……17

FIGURA N° 4 SISTEMA HIDRICO………..………28

FIGURA N° 5 CUENCA………...……...……….………...29

FIGURA N° 6 DISTRIBUCION DE LA CUENCA……….……….30

FIGURA N° 7 AREA DE CUENCA………..35

FIGURA N° 8 FORMA DE LA CUENCA……….……….…..35

LISTA DE GRAFICOS GRAFICO N° 1 ELEVACION VS VOLUMEN ACUMULADO………...………...…..27

GRAFICO N° 2 REGIONALIZACION DE LA PRECIPITACION………41

GRAFICO N° 3 CALIBRACIÓN DE MODELO………..………...57

GRAFICO N° 4 CURVA DE DURACION……….…………..60

GRAFICO N° 5 ANALISIS DE LA DISPONIBILIDAD……….………56

GRAFICO N° 6 CURVA PERIODO DE RETORNO……..……….…………..66

GRAFICO N° 7 HIDROGRAMA DE MAXIMAS AVENIDAS……….………….………56

LISTA DE PLANOS

PLANTA Y PERFIN LONGITUDINAL DE CUENCA.

CAPITULO I

INTRODUCCIÓN.

1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La humanidad viene soportando hoy en día cambios, entre ellos el climático, que afecta de una u otra forma los ecosistemas instalados, se puede mencionar el efecto invernadero, el fenómeno “El Niño”, la destrucción de la capa de Ozono, entre otros, el Perú ante esta generalidad problemática no puede escaparse de estos efectos globales su variabilidad geográfica determina zonas con diferente comportamiento; mientras que en la Costa Norte predomina tanto la falta de agua en épocas que deben ser húmedas así como por otro lado la abundancia de agua en otra caracterización climática que conlleva a inundaciones y secuelas de destrucción, principalmente en el sector agrícola, en la región de la Sierra es el territorio en la cual la actividad económica principal es la agricultura sin embargo lo accidentado del territorio con suelos aptos para la agricultura son aislados con sus limitaciones agronómicas e instalar un sistema de riego muchas veces no resulta viable al margen de la irregularidad de presentación del agua en la que el 75 % se presenta en 4 meses por lo que es necesario complementar el riego, razones por la cual la agricultura es en la mayor parte al secano, sin embargo la lluvia no es suficiente para satisfacer la demanda hídrica de sus cultivos predominantes y necesita un complemento que podría basarse primero en regularizar el agua de lluvia, es un esfuerzo de sus pobladores, sus autoridades que plantean proyectos para mitigar los efectos de la falta de agua.

En los primeros meses del año existen precipitaciones de alta intensidad generando recurso hídrico que muchas veces se pierde y que no es posible aprovecharlo, estas lluvias originan deterioro de la infraestructura movilizando enormes cantidades de tierra mediante huaycos, avalanchas que deteriora la infraestructura e interrumpen el movimiento económico, sin duda estas operaciones exacerban la pobreza; bajo este escenario problemático los gobiernos locales, regionales y el nacional proponen acciones tanto estructurales como no estructurales que plantean mitigar estos efectos.

de estos pobladores si bien es cierto en todo el país pero que es relevante agudiza el problema en todo el territorio.

Bajo estas consideraciones el gobierno local de Langa de la Provincia de Huarochirí en el Departamento de Lima, ha planteado manejar el agua de lluvia aprovechando la variabilidad geográfica y pluviométrica, materia del presente estudio.

1.2. IDENTIFICACIÒN DEL PROBLEMA

El distrito de Langa, la actividad económica principal es la agricultura, sin embargo está sujeta a condiciones que no permite un desarrollo adecuado; mientras que, por un lado la precipitación con su presentación irregular y su magnitud que no satisface las necesidades de los cultivos para las tierras agrícolas que dispone, su suelo no cuenta de bondades agronómicas suficientes que determine una agricultura de desarrollo, ello da lugar que se busque la forma de regular el agua de lluvia, alternativa que ya se ha iniciado con el embalse de Capillachi, esta propuesta fue acertada y que ha dado lugar a un mejoramiento adecuado de su infraestructura de riego con canales de conducción que de una u otra manera incrementa la eficiencia de riego.

El territorio de Langa no tiene un acondicionamiento territorial que de acceso a todos los puntos de langa particularmente en su infraestructura mayor de riego, ello no permite un mantenimiento continuo de su infraestructura limitada con que cuenta, pero si su accidentado paisaje que sobrepasa los 3200 msnm da lugar a depresiones y elevaciones que podrían aprovecharse para regular el agua de las precipitaciones que extraordinariamente se presenta; todos estos factores da lugar a un rendimiento magro de su cultivos y con ello sus ingresos lo que de una u otra forma exacerba la pobreza principal flagelo de la serranía del Perú.

La energía si bien es cierto que el distrito presenta niveles energéticos adecuados, estos no llegan a todos los puntos del entorno de Langa por lo que es necesario su mejoramiento más aún si en épocas húmedas, las altas intensidades de lluvia ponen en riesgo no solo a esta infraestructura sino al acceso provocando movimiento de tierras que muchas veces ocasionan desastres y que debe contemplarse en el riesgo que ello ocasiona.

1.3. OBJETIVOS

1.3.1. OBJETIVO GENERAL

➢ Contribuir al aprovechamiento del agua disponible mediante regulación para

uso agrícola para el distrito de Langa.

1.3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

➢ Determinar la disponibilidad hídrica en la microcuenca de la Quebrada Pozo

azul.

➢ Caracterizar la geomorfología del área en la Quebrada Pozo Azul para

embalse de regulación.

➢ Analizar crecidas y estimar su transporte de sólidos para embalse Pozo Azul. ➢ Realizar el balance hídrico superficial y caracterizar los caudales medios

CAPITULO II

ASPECTOS GENERALES

2.1. UBICACIÓN.

El área de la presa, está ubicado en el centro poblado de Escomarca, distrito de

Langa.

Políticamente está comprendido de la siguiente forma:

➢ Ubicación Política

País : Perú Región : Lima Provincia : Huarochirí Distrito : Langa

Lugar : Genguire – Pozo Azul Región Geográfica : Sierra

Altitud : 3,200 m.s.n.m.

➢ Geográficamente el área de influencia específica se encuentra en las

siguientes coordenadas geográficas:

LONGITUD OESTE: 76°23’34.63’’ y 76°22’57.12’’ de Longitud Oeste LATITUD SUR: 12°08’48.28’’ y 12°08’48.40’ de Latitud Sur

2.2. ANTECEDENTES.

El Distrito de Langa, se encuentra atravesando problemas en su producción agrícola y ganadera, por la falta de agua en los meses de estiaje y un incipiente sistema de riego, ya que los canales de distribución solo abastecen las necesidades primarias de la agricultura para determinadas zonas (parte intermedia y baja de la Comunidad de Langa), dejando de lado el desarrollo de las áreas ganaderas, adicionalmente a esta situación hay que subrayar que el mantenimiento de la infraestructura es deficiente por falta de recursos lo que ocasiona la baja producción agropecuaria de las zonas atendidas y una disminución de la producción agrícola y posible pérdida de las tierras óptimas para la agricultura.

El presente proyecto es uno de los estudios de impacto para la Comunidad de Langa, que constituye una solución sostenible para el problema de la pobreza extrema y promoverá la generación de ingreso económico, sin embargo, es ésta una de las poblaciones menos capacitadas para generar ingresos debido a que no tienen una Infraestructura de Riego para producción agrícola, y se encuentran alejadas de los mercados regionales y nacionales; con la producción agrícola. Por consiguiente, a falta de condiciones favorables en el área rural se viene generando grandes flujos migratorios hacia la ciudad capital Lima.

En ese sentido, la Municipalidad Distrital de Langa, tiene la misión de realizar el presente proyecto a nivel de Perfil, para mejorar el actual sistema de riego mediante la construcción de una represa en el lugar denominado Pozo Azul, que permita el aprovechamiento de las aguas que discurren por el Río Canchahuara y almacenarla para los meses de estiaje y desde allí conducirlas por canales existentes a los terrenos de cultivo de la zona, para estimular la siembra de forrajes cultivados y desarrollo de la agricultura rentable.

2.3. ACCESOS Y VIAS DE COMUNICACIÓN.

CUADRO N° 1. ACCESO. SECTOR LANGA – POZO AZUL

Vía

Lugar

Vía acceso Km Horas

De A

Vía

Lima – Cieneguilla – distrito de Langa

Lima Cieneguilla Pavimento _{25 1.0}

Cieneguilla Antioquia Pavimento _{30 2.0}

Antioquia

Cruce de

Langa

Carretera afirmada _{19.3 1.3}

Cruce de langa

Cruce de

Lahuaytambo

(Motopliche)

Carretera afirmada _{12.9 0.45}

Cruce de

Lahuaytambo

Presa Pozo

Azul

Trocha carrozable _{7 0.45}

FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA.

También se muestra el grafico N° 1 la ruta de acceso Lima – Huarochirí, en el gráfico

N° 2 se muestra la ubicación política del distrito en el mapa del Perú, y por último

en la figura N° 3 se muestra el mapa de la provincia de Huarochirí con su distribución

política indicando el lugar de estudio.

FIGURA N° 2 UBICACIÓN POLITICA

2.4. RECOPILACION DE INFORMACION BASCIA.

Se ha usado la información cartografía indicada a continuación:

El Mapa físico y Político del Perú a escala 1: 1´000,000.

Hojas de la Carta Nacional del IGN a escala 1: 100,000:

Estudios anteriores (TDR) realizado por la Municipalidad Distrital de Langa, cuyo Proyecto tiene como Nombre: “CONSTRUCCIÓN DE LA REPRESA POZO AZUL, EN EL DISTRITO DE LANGA, PROVINCIA DE HUAROCHIRI – DEPARTAMENTO DE LIMA”

Récor histórico estación SAN LÁZARO DE ESCOMARCA Distrito Langa Provincia

Huarochirí.

CAPITULO III

ESTADO DEL ARTE.

➢ Allen Bateman-2007: El ciclo hidrológico: Es el ciclo fundamental para

entender los procesos que se suceden en la tierra. Requiere conocimientos

multidisciplinares. No existe un punto de partida en el ciclo del agua en la tierra

pero lo que sí está claro es que se basa en todos los estados del agua, gas,

líquido y sólido. Todos los estados se presentan en la naturaleza y todas ellas

son importantes de cara a los recursos humanos. Lo más importante es tener en

cuenta la interrelación del hombre con la naturaleza y su influencia en el ciclo

del agua.

Cuencas: La cuenca es la unidad hidrológica superficial más utilizada. No

coincide ni tiene por que con las unidades hidrológicas subterráneas. Consiste

en una porción de territorio que se puede aislar de forma que si esta fuese

impermeable toda el agua que escurriría por ella drenaría por un mismo punto.

cuencas endorreicas son aquella que terminan en un lago central y cuenca

exorreicas aquellas cuencas que drenan fuera de la unidad hidrológica. Es un

elemento que permite controlar las cantidades de agua para poder hacer una

contabilidad de la misma.

Infiltración. Es un proceso por el cual el agua se transfiere desde la superficie

del terreno hacia las profundices. Depende de la morfología y composición del

terreno. La infiltración se puede dar de forma saturada o no saturada. Los dos

procesos son muy diferentes. En tanto que uno depende directamente de la ley

de Darcy el otro fenómeno está influido por las reacciones físico químico que

ocurren entre el material y el agua. Uno de los más importantes es el fenómeno

físico de tensión superficial. Esta es responsable del movimiento de una gran

cantidad de sales en el interior del terreno.

➢ Perú, WENDOR CHEREQUE MORAN: Historia En general, el desarrollo

histórico de la hidrología puede describirse a través de una serie de períodos.

Puesto que estos períodos pueden traslaparse, su división en el tiempo no debe

considerarse.

Precipitación: Se define precipitación a toda forma de humedad, que,

originándose en las nubes, llega hasta la superficie terrestre. De acuerdo a esta

definición, las lluvias, las granizadas, las garuas y las nevadas son formas

distintas del mismo fenómeno de la precipitación. En Estados Unidos, la lluvia

se identifica según su intensidad, en:

- ligera, para tasas de caída de hasta 2.5 mm/h

- moderada, desde 2.5 hasta 7.6 mm/h

- fuerte, por encima de 7.6 mm/h

Tipos de precipitación: Las precipitaciones se clasifican en tres grupos según

el factor responsable del levantamiento del aire que favorece el enfriamiento

a. Precipitaciones convectivas. Son causadas por el ascenso de aire cálido

más liviano que el aire frío de los alrededores. Las diferencias de temperatura

pueden ser sobre todo el resultado de calentamientos diferenciales en la

superficie o en la capa superior de la capa de aire. La precipitación convectiva

es puntual y su intensidad puede variar entre aquella correspondiente a

lloviznas ligeras y aguaceros.

b. Precipitaciones orográficas. Resultan del ascenso del aire cálido hacia una

cadena de montañas. Las regiones que quedan del otro lado de las montañas

pueden sufrir la ausencia de lluvias," puesto que todas las nubes son

interceptadas y precipitadas en el lado de donde ellas provienen.

Es el caso de la Selva Alta de nuestro país, la región más 'lluviosa, donde las

nubes provienen de la Selva Baja.

c. Precipitaciones ciclónicas. Se producen cuando hay un encuentro de

nubes de diferentes temperaturas: las más calientes son impulsadas a las

partes más altas donde precipitan.

En la naturaleza, los efectos de estos tres tipos de enfriamiento están

inter-relacionados y la precipitación resultante no puede identificarse como de un

solo tipo.

➢ Dr. Jesús Alberto Rodríguez Castro: Propiedades de los Fluidos; Para

emprender el estudio de la hidráulica es conveniente, tener un conocimiento

claro de los principios fundamentales de la física. A continuación se presentan

algunos de estos conceptos.

Fuerza de gravedad.- se refiere a la fuerza gravitacional entre la Tierra y los

objetos situados en su superficie o cerca de ella. Por lo regular se mide de

acuerdo a la aceleración que proporciona a un objeto en la superficie de la Tierra.

En el ecuador, la aceleración de la gravedad es de 9,7799 m/s2, mientras que

en los polos es superior a 9,83 m/s2. El valor que suele aceptarse

internacionalmente para la aceleración de la gravedad en cálculos que no

Los campos de estudio de la Física clásica, conocida también como, Física

newtoniana, son:

INFILTRACIÓN: Cuando llueve, parte de la lluvia del comienzo es retenida en

la cobertura vegetal como intercepción y en las depresiones del terreno como

almacenamiento superficial. Conforme continúa la lluvia, el suelo se cubre de

una delgada capa de agua conocida como detención superficial y el flujo

comienza pendiente abajo hacia los cursos, lo que constituye la escorrentía

superficial. Inmediatamente debajo de la superficie tiene lugar la escorrentía

subsuperficial y las dos escorrentías, la superficial y la subsuperficial,

constituyen la escorrentía directa. La infiltraciones el paso del agua a través de

la superficie del suelo hacia el interior de la tierra; la percolación es el movimiento

del agua dentro del suelo y ambos fenómenos, la infiltración y la percolación,

están íntimamente ligados puesto que la primera no puede continuar sino

cuando tiene lugar la segunda. El agua que se infiltra en exceso de la escorrentía

-subsuperficial puede llegar a formar parte del agua subterránea, la que

eventualmente puede llegar a los cursos de agua.

El agua de un río, en general puede así estar formada de dos partes. Una parte

de escorrentía (superficial y subsuperficial) que recibe el nombre de escorrentía

directa y otra parte de agua subterránea que recibe el nombre de flujo base.

𝑷 = 𝟏 + 𝑺 + 𝑬 + 𝑭 + 𝑷𝒏

Donde

P : lluvia total

1 : intercepción

S : almacenamiento superficial

E : evaporación desde el suelo

F : infiltración

Pn : escorrentía directa, también llamada lluvia neta.

Capacidad de infiltración: Debido a los fenómenos de infiltración y

percolación, el agua de lluvia llega hasta el nivel del agua subterránea, pero

no a un ritmo constante. La tasa de infiltración disminuye a medida que

progresa la tormenta, debido a que se van llenando' los espacios capilares

del suelo. La tasa máxima a la cual puede penetrar agua a un suelo, en un

sitio en particular y con tasa de abastecimiento suficiente, se llama capacidad

de infiltraci6n (fp). Es máxima al comienzo de una tormenta (fo) y sea próxima

a una tasa mínima (fe) a medida que el suelo se satura. El valor límite está

Ciclo de escorrentía: es el término que se emplea para describir aquella

parte del ciclo hidrológico entre la precipitación que cae sobre un área y la

descarga subsiguiente de esa agua a través de cauces o bien por

evapotranspiración las aguas procedentes de las precipitaciones llegan al

cauce del río por diferentes vías:

- escorrentía superficial

- escorrentía subsuperficial

- agua subterránea

- lluvia que cae en el espejo de agua.

➢ JENRRY JIMÉNEZ ESCOBAR: área de la cuenca - Está determinada por una

línea imaginaria que une los puntos más altos y encierran el área de confluencia;

aunque interiormente se encuentra picos aislados más altos.

Esta línea de divorcio de aguas que separa una cuenca de las circundantes se

denomina divisoria de aguas o parte-aguas y en su trazo no debe cortar ninguna

corriente de agua, salvo a la salida de ella.

En general cada cuenca tiene su divisoria topográfica o superficial, pero en

algunos casos no corresponde a la divisoria real de las aguas debido a la

influencia de la estructura geológica o subterránea, la delimitación se hará con

base al sentido de flujo de las aguas superficiales y subterráneas.

El área de la cuenca está conformada por las vértices que son las aéreas

receptoras que se extienden al lado y lado del rio principal.

Forma de la cuenca: los factores geológicos principalmente son los encargados

de moldear la fisiografía de una región y particularmente la forma que tienen las

Para cuencas de igual superficie y formas diferentes, se espera un

comportamiento hidrológico influenciado por este factor, por ejemplo afectara

generalmente directa la longitud y la pendiente de los ríos que las drenan y por

ende su respuesta a la presencia de una lluvia intensa.

Ríos de gran longitud, facilitaran el amortiguamiento o reducción del efecto de

una creciente, al aumentar el tiempo de su formación y reducir el caudal máximo

o pico de ella. Caso contrario, será cuando la forma de la cuenca permita la

presencia de ríos de corta longitud y con ello la propensión a la formación de

avenidas ante eventos de alguna pluvicaidad.

➢ AGUSTIN Y MARCO: México- 2006: Procesos hidrológicos; Para cuantificar

cualquier variable hidrológica involucrada en un proceso determinado, se hace

uso de los principios de conservación, así como de expresiones empíricas y

semi-empíricas que se han obtenido a través de años de investigación.

Dependiendo del enfoque del estudio, se decide el tipo de herramienta

matemática a utilizar en el planteamiento y solución de algún problema

particular. Si el interés se centra en una partícula de un sistema cualquiera,

entonces se hace uso de las herramientas disponibles para el análisis desde el

punto de vista Lagrangiano. Si el análisis de un sistema es conveniente a través

de volúmenes de control, entonces se aplica la herramienta que brinda el punto

de vista Euleriano. No obstante, el punto de vista Euleriano es el de mayor

interés, el cual tiene una herramienta muy poderosa: la ecuación de transporte

de Reynolds.

La ecuación de Reynolds se aplica a las propiedades extensivas (aquellas que

dependen de la masa) del fluido que está bajo estudio. Si N es la propiedad

𝐝𝐍

dA es el vector asociado con las superficies de control

dV es el diferencial del volumen de control

t es el tiempo.

El proceso lluvia-escurrimiento en cuencas pequeñas: En el proceso

lluvia-escurrimiento es de uso común la fórmula Racional, la cual relaciona el gasto

pico del escurrimiento, Qp, con la intensidad media dela lluvia, I, en una cuenca

de área A. Asimismo, existe un coeficiente de proporcionalidad, denominado

coeficiente de escurrimiento C, que se obtiene de tablas (Aparicio, 1989).

De acuerdo con Viessman et al (1989) la expresión tiene la forma siguiente:

𝑸𝒑 = 𝑪𝑰𝑨

Donde Qp es el gasto pico o máximo de escurrimiento; I es la intensidad media

de la lluvia; y C es el coeficiente de escurrimiento.

Enfoque de los problemas hidrológicos: El campo de acción del ingeniero

hidrólogo es diseñar o revisar, construir o supervisar el funcionamiento de

instalaciones hidráulicas que deben resolver problemas prácticos de muy

Es así que el ingeniero hidrólogo tendrá que diseñar puentes, estructuras para

el control de avenidas, presas, vertedores, sistemas de drenaje para

poblaciones, carreteras, aeropistas, sistemas de abastecimiento de agua, etc.

Asimismo, en la etapa de diseño o revisión, se determinan las dimensiones

físicas o la capacidad de conducción de una estructura hidráulica, desde luego,

de acuerdo con los volúmenes y gastos que se deseen almacenar o controlar.

Para la fase anterior se requieren estudios hidrológicos para determinar la

disponibilidad de fuentes naturales y para saber si el abastecimiento de la fuente

es adecuado en todo tiempo, o si se requerirá de otras estructuras para corregir

las deficiencias o para disponer de los volúmenes excedentes de agua.

En el diseño de presas, se determinará la capacidad del vertedor y la elevación

máxima del embalse, a partir de la estimación de la tormenta de diseño y de su

conversión a una avenida generada en la cuenca. Asimismo, se analizará el

comportamiento de las olas y la marea generadas por el viento en el embalse de

la presa.

La estabilidad de muros y terraplenes depende de los estudios hidrológicos e

hidráulicos que definen los niveles probables del agua, así como la duración y

cambios en el tiempo de dichos niveles.

Además, la Hidrología juega también un papel importante en la operación

efectiva de estructuras hidráulicas, especialmente en aquellas que se destinan

a la generación de energía y control de avenidas, donde se requiere con

CAPITULO IV

MATERIALES – MÉTODOS.

4.1. SISTEMA HIDRICO. ENTORNO LANGA

El rio principal del entorno del proyectado embalse Pozo Azul es el rio Canchahuara, de donde se desprende una toma cuyas coordenadas son 12°08’55.59’’ S 76°22’41.62’’ O denominada toma Capillachi, que da origen al canal Capillachi,

como se aprecia en la Figura N° 4, cuya capacidad es para 600 l/s con una longitud

de 8 Km el cual entrega su agua al embalse Chacraquiri, ubicado en el eje de la

quebrada Canoba, agua abajo del eje de presa Chacraquiri, se encuentra la toma

Cerro Morado cuyas coordenadas son 12°08’48.87’’ S 76°22’41.43’’ O que da

origen al canal Cerro Morado ubicado en la margen izquierda de la quebrada

Canoba y que bordea la parte superior de la cuenca Quebrada Pozo Azul, hasta el

partidor Genguire donde el canal Cerro Morado bifurca su agua, por un lado el canal

Genguire que se desarrolla por la margen derecha y por otro lado el canal Cerro

morado por la margen izquierda, para unirse posteriormente en el canal Pozo Azul

FIGURA N° 4 SISTEMA HIDRICO.

FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA.

Dicho embalse servirá para regular el agua de lluvia en la parte alta del distrito de

Langa y abastecerá de agua para riego en la parte media y baja de las tierras del

mencionado distrito.

4.1.1. CUENCA QUEBRADA POZO AZUL

La cuenca de la quebrada Pozo Azul ubicada entre las coordenadas 12°08’48.28’’ y 12°08’48.40’ latitud Sur así como 76°23’34.63’’ y 76°22’57.12’’ longitud Oeste, su

línea divisoria en la parte superior coincide con el canal Cerro Morado con la

posibilidad que este alimente con un volumen de agua a la quebrada Pozo Azul que

permitirá el funcionamiento normal del embalse proyectado. De la Figura N° 5, se

aprecia y se determina la longitud de la quebrada Pozo Azul de 1.57 km desde el

eje de presa hasta la intercepción con el canal Cerro Morado, el área de la cuenca

Pozo Azul es de 0.75 km2_{., en la cota 3212 msnm se configura un estrechamiento}

principalmente de esta microcuenca para aliviar el déficit de agua que irriga el área

agrícola del distrito de Langa.

FIGURA N° 5 CUENCA POZO AZUL.

En la figura N° 6 se aprecia mejor la distribución de dicho proyecto, el cual nos

permite visualizar mejor los afluectes y su posible composición, así como también

la vía de acceso a lugar del proyecto en estudio.

FIGURA N° 6 DISTRIBUCION DE LA CUENCA.

FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA.

4.1.2. TOPOGRAFÍA

En el estrechamiento indicado en 4.1.1 se ha realizado la topografía taquimétrica

del embalse proyectado Pozo Azul el mismo que se muestra En los planos con sus

respectivas secciones transversales tal como se muestra en los mismos que se

utilizara para determinar el volumen del embalse y el área del espejo de agua para

los diferentes niveles o cotas de elevación. Con estas variables servirá para

como se muestra en el grafico N° 1 que ha sido obtenido de los valores del cuadro

N° 2 tal como se muestra a continuación.

CUADRO N° 2 COTAS Y COLUMENES

0.0 10000.0 20000.0 30000.0 40000.0 50000.0 60000.0 70000.0

4.1.3. PLUVIOMETRÍA

La información pluviométrica a utilizarse corresponde a la estación “SAN LAZARO DE ESCOMARCA / 156102 / DRE – 04.” cuyas coordenadas son: 12°11’ Latitud Sur y 76°21’ Longitud Oeste, altitud 3840 msnm, se encuentra en el Departamento de Lima – Provincia de Huarochirí – Distrito de Langa.

La serie histórica de esta información pluviométrica abarca desde el año 1964 hasta el 2012 ininterrumpidamente, en los totales mensuales se puede apreciar que su rango de variación mes a mes son altísimos por lo que encontrar un módulo pluviométrico mensual debe ser tratada con el criterio adecuado información que se presenta en el Cuadro N° 3 y se utilizara para determinar la escorrentía en la cuenca de la Quebrada Pozo Azul.

CUADRO N° 3 RÉCOR HISTORICO PRECIPITACION (mm)

Estación SAN LÁZARO DE ESCOMARCA Latitud: 12°11´1” Distrito: LANGA

Código: 156102 Longitud: 76°21´1”1” Provincia: HUAROCHIRI

Altitud: 3840 _{Departamento: LIMA}

1993 58.9 69.2 126.4 78.6 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 15.3 0.0 33.7

FUENTE: ESTACION METEOROLOGIA SAN LAZARO DE ESCOMARCA.

Por otro lado se cuenta con la precipitación máxima en 24 horas de la estación San Lázaro de Escomarca que nos permitirá determinar las crecidas que se pueden desarrollar en la quebrada Pozo Azul, el Cuadro N° 4 nos presenta la información pluviométrica de la estación indicada, esta información está registrada desde 1999 hasta el 2013.

CUADRO N° 4 PRECIPITACION MAXIMA EN 24 HORAS (mm)

Estación SAN LÁZARO DE ESCOMARCA Latitud: 12°11´1” Distrito: LANGA

Código: 156102 Longitud: 76°21´1”1” Provincia: HUAROCHIRI

Altitud: 3840 _{Departamento: LIMA}

4.1.4. SEDIMENTOMETRIA

Se ejecutó una medición de la concentración de solidos suspendidos en la quebrada Pozo Azul los datos se muestran en el cuadro N° 5:

Descarga de agua: 12 l/s Fecha: 15 de Marzo del 2014 Hora: 18 horas

Concentración 1.45 g/l

CUADRO N° 5 SEDIMENTOMETRIA

SEDIMENTOMETRÍA

Q (l/s) Sedimentos

(gr/l) Días

Tiempo

(Años) S (m3)

12 1.6 150 100 8509.58

FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA.

4.2. GEOMORFOLOGIA - QUEBRADA POZO AZUL

4.2.1. AREA DE LA CUENCA

El área de la cuenca es la propiedad más importante, ésta determina el potencial del volumen de escorrentía, proporcionando la tormenta que cubre el área completa. Debido al efecto de flujo sub superficial (interflujo y flujo subterráneo).

En general a mayor área de cuenca, mayor cantidad de escorrentía superficial y consecuentemente, mayor flujo superficial.

El área de la micro cuenca en estudio Pozo Azul es de 0.75 Km2 _{tal como se muestra} en el cuadro N° 7 y se representa en el gráfico N° 4.

CUADRO N° 6

CUENCA POZO AZUL Perímetro Km) 4.02

Área (Km) 0.75 Log. Quebrada

Pozo Azul (Km) 1.57

FIGURA N° 7 AREA DE LA CUENCA.

FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA.

4.2.2. FORMA DE LA CUENCA

La forma de la cuenca es el contorno descrito por la proyección horizontal de una cuenca. Horton describió el contorno de una cuenca normal como un ovoide en forma de pera u hoja, por lo que podría mencionarse que la microcuenca de la Quebrada Pozo Azul es una cuenca normal como se muestra en la figura N° 8 que se muestra a continuación.

4.2.3. MEDCIONES LINEALES

Las mediciones lineales nos describe la característica unidimensional de una cuenca.

La longitud de cuenca o longitud hidráulica, es la medida a lo largo del curso de agua principal. El curso de agua principal es el curso más largo de la cuenca. La longitud al centroide de la cuenca es la longitud medida a lo largo del curso de agua principal, desde la salida de la cuenca hasta un punto localizado cercano al centroide, las características longitudinales se muestran en el cuadro N° 6.

CUADRO N° 6

CUENCA POZO AZUL

Perímetro Km) 4.02

Área

(

Longitud Quebrada

Pozo Azul 1.57

FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA.

También podemos decir que según orden de ríos, esta cuenca se puede caracterizar de la siguiente manera.

Una corriente de primer orden es aquella que describe flujo inicial sobre terreno. Dos corrientes de primer orden se combinan para formar una corriente de segundo orden, en general una corriente de orden m se forman para formar una corriente de orden m+1. El orden de corriente está directamente relacionado a su tamaño. Así la micro cuenca de la Quebrada. Pozo Azul es de orden 2.

4.2.4. DETERMINACION DEL TIEMPO DE CONCENTRACION

(Tc)

Tiempo que demora una gota agua desde el punto hidráulicamente más distante al punto de interés se denomina Tiempo de Concentración. La determinación de este parámetro se realizó en función a diferentes ecuaciones planteadas, cada una con sus características propias.

Los métodos utilizados para el cálculo del Tc (dados en Hr) fueron los siguientes:

a. GIANDIOTTI

𝑻𝒄 =

𝟒√𝑨 + 𝟏. 𝟓𝑳

𝟎. 𝟖√𝑫𝒎

Donde:

A = Área de la cuenca (Km²).

L = Longitud del cauce principal (Km.). Dm = Desnivel medio (m).

b. HATAWAY

𝑻𝒄 = 𝟎.

𝟔𝟎𝟔

∗ (𝑳 ∗ 𝒏)

𝒔

Donde:

L = Longitud del cauce principal (Km.). n = Rugosidad.

S = Pendiente de la cuenca.

c. KIRPICH

𝑻𝒄 = 𝟎.

𝟎𝟔𝟔𝟐𝟖

∗ 𝑳

𝒔

Donde:

L = Longitud del cauce principal (Km.). S = Pendiente de la cuenca.

d. CALIFORNIA (U.S.B.R.)

𝑻𝒄 = 𝟎.

𝟎𝟔𝟔

∗ (

𝑳

𝑱

)

Donde:

L = Longitud del cauce principal (Km). J = Pendiente promedio del cauce principal.

específico para la realidad peruana, en el cuadro N° 7 se procesan los datos con las formulas anteriores y su respectivo análisis estadístico.

CUADRO N° 7

Desnivel del curso principal (H)

Km

0.44

Longitud del curso principal (L)

Km

1.57

Pendiente del curso principal (S)

m/m

0.089

Desnivel medio (Dm)

m

139

Tiempo de concentración asumido

Hr

0.55

4.3. ANALISIS DE LOS PARAMETROS METEOROLOGICOS

Dentro de la Cuenca del proyecto, existe una estación Convencional Meteorológica SAN LAZARO DE ESCOMARCA - 156102:

CUADRO Nº 8

ESTACIÓN METEREOLÓGICA UTILIZADA EN EL ESTUDIO

ESTACIONES TIPO PROPIETARIO

4.3.1. PRECIPITACIÓN PLUVIAL

De acuerdo a la información disponible, la precipitación pluvial en la zona varía: en épocas de estiaje hasta un promedio mensual de 0.3 milímetros (junio) y en épocas de lluvia tiene un promedio mensual de 268.0 milímetros (febrero).

4.3.2. TEMPERATURA

La temperatura es el elemento más ligado en sus variaciones al factor altitudinal. En la cuenca, se ha podido apreciar que varía desde (0.4°C Bajo cero) a (16.7° C aprox.) entre los meses enero-octubre, respectivamente quedando comprendida entre estos extremos una serie de variaciones térmicas que se caracterizan la cuenca.

De la red meteorológica, la estación San Lázaro de Escomarca, se aprecia el régimen de las temperaturas medías mínimas y máximas mensuales, que se muestra en el cuadro N° 9 y N° 10.

En lo que respecta a los valores mensuales máximos y mínimos extremos, puede decirse, que la oscilación entre estos dos valores se pronuncia más entre los meses de Mayo a Agosto, época en el cual se caracteriza por ser soleado durante el día (temperaturas máximas 16.7 °C aprox.) y de tener heladas por la noche (temperaturas mínimas 0.4 °C bajo cero aprox.). En el resto de los meses del año las variaciones de máximas y mínimas son ligeras.

Estación: San Lázaro de Escomar - temperaturas máximas (ºC)

CUADRO Nº 9

Estación

SAN LÁZARO DE

ESCOMARCA Latitud: 12°11´1” Distrito: LANGA

Código: 156102 Longitud: 76°21´1”1” Provincia: HUAROCHIRI

Altitud: 3840 Departamento: LIMA

AÑO ENE. FEB. MAR. ABR. MAY. JUN. JUL. AGO. SEP. OCT. NOV. DIC. MAX.

Estación: San Lázaro de Escomarca -temperaturas mínimas (ºC

CUADRO N° 10

Estación

SAN LÁZARO DE

ESCOMARCA Latitud: 12°11´1” _{Distrito: LANGA} Código: 156102 Longitud: 76°21´1”1” _{Provincia: HUAROCHIRI} Altitud: 3840 _{Departamento: LIMA}

AÑO ENE. FEB. MAR. ABR. MAY. JUN. JUL. AGO. SEP. OCT. NOV. DIC. MAX.

La precipitación, incluye todas las formas que el agua cae a la superficie terrestre, ya sea en forma líquida o sólida. La precipitación ocurre principalmente en la forma de llovizna, lluvia, nieve, o granizo. En la cuenca de estudio (Microcuenca Pozo Azul) se pudo identificar que la precipitación es principalmente en forma de lluvia, ocasionalmente, en la parte alta de la cuenca, es en forma de granizo, por lo que, en el presente estudio la lluvia es referida como la precipitación.

El régimen hidrológico es propio de la sierra peruana caracterizado por la ocurrencia de precipitaciones entre los meses de diciembre a abril, siendo más abundantes entre enero y marzo. Las precipitaciones anuales promedio alcanzan los 400 a 500mm en la parte alta de la microcuenca (por encima de los 3500 msnm), y 250 a 400 mm en la parte baja (2500 a 3000 msnm).

Luego de realizar una regionalización de las precipitaciones en esta parte del País, se ha obtenido los siguientes resultados como se muestra en el gráfico N° 2.

GRAFICO N° 2

FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA.

Donde:

Estos resultados deben considerarse válidos en el rango de la altitud de la estación citadas (3,000 a 4,000 msnm), y en el área del Proyecto.

Por consiguiente, podemos decir que por encima de los 3,000 m.s.n.m., se tiene una relación precipitación – altitud, establecida por la siguiente ecuación:

P = 0.139 H

La precipitación sigue el régimen indicado en el párrafo anterior. En el periodo húmedo se produce el 80% de la precipitación total anual, alcanzando valores mensuales de hasta 440 mm. En el estiaje las lluvias son de baja intensidad y muy esporádicas, alcanzando el 20% restante de la lluvia anual.

4.4.2. ANALISIS DE CONSISTENCIA

La no-homogeneidad e inconsistencia en secuencias hidrológicas representa uno de los aspectos más importantes del estudio en la hidrología, puesto que si éstos no son identificados y eliminados, un error significativo puede introducirse en todos los análisis futuros obteniendo resultados altamente sesgados.

Desde un punto de vista práctico son de mayor interés los errores sistemáticos ocasionados por la intervención de la mano del hombre y en ellos se concentra el análisis de consistencia.

Después de evaluar la consistencia de la información pluviométrica, se realizó la completación de los datos mensuales faltantes, utilizando para ello, la información de los años con registros completos (es decir, aquellas que tengan durante los doce meses) aún éstas no sean consecutivas, obteniéndose de esta manera la precipitación promedio multi-anual a nivel mensual y anual, luego se procedió a hallar el factor adimensional (k) para cada mes del año, con la siguiente ecuación:

𝑲

=

𝒙

𝑿

Donde:

xi = Precipitación promedio multi-anual del mes i X = Precipitación promedio multi-anual a nivel anual.

4.5. ANALISIS PLUVIOMETRICO DE LAS CUENCA.

4.5.1. PRECIPITACIÓN AREAL MEDIA DE LA CUENCA.

A partir de los registros históricos, se determinó la precipitación areal promedio de la sub cuenca, es de suma importancia para cuantificar la disponibilidad hídrica de la cuenca. En el presente estudio se determinó la precipitación areal promedio de las cuencas, tanto anual como mensual, mediante dos métodos: El método de Thiessen.

A). Método de Thiessen:

El método de Thiessen establece que en cualquier punto de la cuenca la lluvia es igual a la que se registra en el pluviómetro más cercano; por lo que la precipitación registrada en un pluviómetro dado se aplica hasta la mitad de la distancia a la siguiente estación pluviométrica en cualquier dirección. Los pesos relativos de cada pluviómetro se determinan de las correspondientes áreas de aplicación en una red de polígonos de Thiessen, cuyas fronteras están formadas por los bisectores perpendiculares a las líneas que unen pluviómetros adyacentes; luego la precipitación promedio para la cuenca sobre el área es:

𝑷

=

∑ 𝑨

𝑷

𝑨

Donde:

J es el número de pluviómetros que se utilizan en el análisis, A¡ es el área de la cuenca que se asigna a cada uno de ellos Pj es la lluvia registrada en el pluviómetro j- ésimo.

B). Método de la Isoyetas:

La influencia orográfica es superada de algún modo mediante la construcción de Isoyetas, utilizando profundidades que se observan en los pluviómetros e interpolando entre pluviómetros adyacentes. Una vez construido el mapa de Isoyetas, se mide el área Aj entre cada par de Isoyetas en la cuenca y se multiplica por el promedio Pj de las profundidades de lluvia de las dos Isoyetas adyacentes para calcular la precipitación promedio sobre el área mediante la ecuación anterior. Este método no fue utilizado puesto que existe una única estación influenciada (S.L.Escomarca), por lo que el resultado no sería muy confiable.

4.6. TRATAMIENTO DE LA INFORMACION HIDROMETRICA

Dentro de La Micro cuenca de la Quebrada. Pozo azul no existen estaciones hidrometeorológicas ni hidrométricas. Por otra parte se realizó el aforo, correspondiente al mes de enero, en la quebrada antes mencionada en la zona donde se emplazara la bocatoma proyectada la misma que fue de 12 lts/seg usando el método de flotadores.

4.6.1. REGISTRO HISTORICO

La Microcuenca Pozo Azul, no cuenta con una sección de control convenientemente acondicionada para medir el caudal que discurre por su cauce. Para ello se usara la estación S.L. de Escomarca como exclusivo, y referencia del estudio Hidrológico realizado en toda la Cuenca del Rio Lurín a través de la Administración Técnica del Distrito de Riego Chillón-Rímac-Lurín realizado el 2004.

4.7. DETERMINACIÓN DE LA DISPONIBILIDAD DE AGUA

La estimación de la disponibilidad de agua en la microcuenca, se realizó por medio de modelos matemáticos. El uso de los modelos matemáticos en hidrología es muy amplio, tanto así que, prácticamente en cada especialidad hidrológica, se han desarrollado modelos matemáticos para la solución de problemas generales y específicos.

Dado que no existe un modelo universal, apropiado para la solución de todos los problemas hidrológicos, la opción de realizar uno que satisfaga los problemas de la hidrología aplicada en cualquier caso, se hace muy difícil.

La bondad del modelo se puede apreciar al comparar los caudales generados con el modelo con los caudales registrados en la estación de control.

4.7.1. MODELO DETERMINISTICO-ESTOCASTICO DE LUTZ SCHOLZ Cooperación Técnica de la República de Alemania a través del Plan Meris II.

Determinado el hecho de la ausencia de registros de caudal en la sierra peruana, el modelo se desarrolló tomando en consideración parámetros físicos y meteorológicos de las cuencas, que puedan ser obtenidos a través de mediciones cartográficas y de campo. Los parámetros más importantes del modelo son los coeficientes para la determinación de la Precipitación Efectiva, déficit de escurrimiento, retención y agotamiento de las cuencas. Los procedimientos que se han seguido en la implementación del modelo son:

➢ Cálculo de los parámetros necesarios para la descripción de los

fenómenos de escorrentía promedio.

➢ Establecimiento de un conjunto de modelos parciales de los

parámetros para el cálculo de caudales en cuencas sin información

hidrométrica. En base a lo anterior se realiza el cálculo de los caudales

necesarios.

➢ Calibración del modelo y generación de caudales extendidos por un

proceso markoviano combinado de precipitación efectiva del mes con

el caudal del mes anterior.

11) ECUACIÓN DEL BALANCE HIDRICO

La ecuación fundamental que describe el balance hídrico mensual en mm/mes es la siguiente: [Físcher]

𝑸𝒎

= 𝑷

+ 𝑫

+ 𝑪

− 𝑨

Donde:

𝑸𝒎_𝒊 : Caudal mensual en mm/mes.

𝑷_𝒊 : Precipitación total mensual sobre la cuenca en mm/mes.

𝑫_𝒊

𝑪_𝒊 : Gasto de la retención en la cuenca (Aporte)

𝑨_𝒊 : Abastecimiento de la retención (Retención)

Asumiendo que para períodos largos (en este caso 1 año) el Gasto y Abastecimiento de la retención tienen el mismo valor, es decir G = A y que para el año promedio, una parte de la precipitación retorna a la atmósfera por evaporación; luego reemplazando (P-D) por (C*P), y tomando en cuenta la transformación de unidades (mm/mes a m3/s) la ecuación se convierte en:

𝑸 = 𝒄´

𝑪

𝑷

𝑨𝑹

Que es la expresión básica del método racional, donde:

Q = Caudal (m3/s)

c1 = Coeficiente de conversión del tiempo (mes/s) C = Coeficiente de escurrimiento.

P = Precipitación total mensual (mm/mes) AR = Área de la cuenca (m2)

12) COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO

Se ha considerado el uso de la fórmula propuesta por L. Turc:

𝑪 =

𝑷 − 𝑫

𝑷

Donde:

Para la determinación de D se utiliza la expresión:

L = Coeficiente de Temperatura T = Temperatura media anual (°C)

𝑪 = 𝟑𝟎𝟎 + 𝟐𝟓(𝑻) + 𝟎. 𝟎𝟓(𝑻)𝟑

Dado que no se ha podido obtener una ecuación general del coeficiente de escorrentía para toda la sierra, se ha desarrollado la fórmula siguiente, que es válida para la región sur:

𝑪 = 𝟑. 𝟏𝟔𝐄𝟏𝟐(𝑷

)(𝑷

); 𝑟 = 0.96

𝑫 = −𝟏𝟑𝟖𝟎 + 𝟎. 𝟖𝟕𝟐(𝑷) + 𝟏. 𝐎𝟑𝟐(𝐄𝐏) ; 𝒓 = 𝟎. 𝟗𝟔

Donde;

C = Coeficiente de escurrimiento D = Déficit de escurrimiento (mm/año) P = Precipitación total anual (mm/año)

EP= Evapotranspiración anual según Hargreaves (mm/año) r = Coeficiente de correlación

La evapotranspiración potencial, se ha determinado por METODO DE THORNTHWAIT

ETP´ : Evapotranspiración potencial mensual (mm), por mes de 30 días y 12 horas de duración

ETP : Evapotranspiración potencial mensual corregida (mm)

T : Temperatura media mensual (ºC) I : Índice térmico anual

i : Índice térmico mensual

13) METODO DE SERRUTO

𝑬𝑻𝑷 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟑 ∗ (𝑹𝑺)

+ 𝟎. 𝟏𝟔 ∗ (𝑻)

Donde;

ETP: Evapotranspiración potencial.

RS: Radiación solar extraterrestre, expresada en equivalentes de evaporación. T: Temperatura media mensual.

14) PRECIPITACIÓN EFECTIVA

Para el cálculo de la Precipitación Efectiva, se entiende que los caudales promedios observados en la cuenca pertenecen a un estado de equilibrio entre gasto y abastecimiento de la retención. La precipitación efectiva se calculó para el coeficiente de escurrimiento promedio, de tal forma que la relación entre precipitación efectiva y precipitación total resulta igual al coeficiente de escorrentía

A fin de facilitar el cálculo de la precipitación efectiva se ha determinado el polinomio de quinto grado:

𝑷𝑬 = 𝒂

+ 𝒂

𝑷 + 𝒂

𝑷

+ 𝒂

𝑷

+ 𝒂

𝑷

+ 𝒂

𝑷

Donde:

PE = Precipitación efectiva (mm/mes) P = Precipitación total mensual (mm/mes) ai = Coeficiente del polinomio

Se muestra los valores límite de la precipitación efectiva y el cuadro ………. muestra los tres juegos de coeficientes para que ahí permiten alcanzar por interpolación.

Límite superior para la Precipitación Efectiva.

Cuadro siguiente: Coeficientes para el Cálculo de la Precipitación Efectiva

CUADRO N° 12

CALCULO DE LA PROPORCION DE LLUVIA QUE PRODUCE ESCORRENTIA

Las cifras romanas se refieren a tres curvas que cubren un rango para el coeficiente de escurrimiento entre 0.15<C<0.45. Las curvas I y II pertenecen al método del USBR, la curva III ha sido desarrollada mediante ampliación simétrica del rango original.

Precipitación

Total Mensual PORCIÓN DE LA PRECIPITACIÓN (mm)

(Limite SUPERIOR)

Aprovechable por las plantas Déficit o Escorrentía

mm I II III I II II

COEFICIENTES PARA EL CALCULO DE LA PRECIPITACION EFECTIVA

Descripcion Valor del Coeficiente

Curva I Curva II Curva III

Los Coeficientes a0 - a5 , se aplican en el polinomio de quinto grado:

𝑷𝑬𝒊 = 𝒂𝟎+ 𝒂𝟏𝑷 + 𝒂𝟐𝑷𝟐+ 𝒂𝟑𝑷𝟑+ 𝒂𝟒𝑷𝟒+ 𝒂𝟓𝑷𝟓

𝒂𝟎 = 𝟎

Curva I : PE = P - 120.6 ; para P >= 177.8 mm/mes

Curva II : PE = P - 86.4 ; para P >= 152.4 mm/mes

De esta forma es posible llegar a la relación entre la precipitación efectiva y

C = Coeficiente de escurrimiento Q = Caudal anual

P = Precipitación Total anual

∑𝑃𝐸𝑖

𝑝 12

𝑖=1

= Suma de la precipitación efectiva mensual

15) RETENCIÓN DE LA CUENCA

Bajo la suposición de que para un año promedio exista un equilibrio entre el gasto y el abastecimiento de la reserva de la cuenca y además que el caudal total sea igual a la precipitación efectiva anual, la contribución de la reserva hídrica al caudal se puede calcular según las fórmulas:

𝑹𝒊 = 𝑪𝑴

− 𝑷

16) RELACIÓN ENTRE DESCARGAS Y RETENCIÓN

Durante la estación seca, el gasto de la retención alimenta los ríos, constituyendo el caudal o descarga básica. La reserva o retención de la cuenca se agota al final de la estación seca; durante esta estación la descarga se puede calcular en base a la ecuación:

Donde:

𝑄

∶ Descarga en el tiempo t.

𝑄

∶ 𝐷𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

𝑎 ∶ 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑜𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜.

𝑡 ∶ 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜

Al principio de la estación lluviosa, el proceso de agotamiento de la reserva termina, comenzando a su vez el abastecimiento de los almacenes hídricos. Este proceso está descrito por un déficit entre la precipitación efectiva y el caudal real. En base a los hidrogramas se ha determinado que el abastecimiento es más fuerte al principio de la estación lluviosa continuando de forma progresiva pero menos pronunciada, hasta el final de dicha estación.

17) COEFICIENTE DE AGOTAMIENTO

Mediante la fórmula anterior se puede calcular el coeficiente de agotamiento "a", en base a datos hidrométricos. Este coeficiente no es constante durante toda la estación seca, ya que va disminuyendo gradualmente.

Con fines prácticos se puede despreciar la variación del coeficiente "a" durante la estación seca empleando un valor promedio.

El coeficiente de agotamiento de la micro cuenca tiene una dependencia logarítmica del área de la micro cuenca.

𝒂 = 𝒇(𝑳𝒏𝑨)

El análisis de las observaciones disponibles muestran, además, cierta influencia del clima, de la geología y de la cobertura vegetal. Se ha desarrollado una ecuación empírica para la sierra peruana:

𝒂 = 𝟑. 𝟏𝟐𝟒𝟗 𝒙 𝟏𝟎

𝑨

𝑬𝑷

𝑻

𝑹

𝒓 = 𝟎. 𝟖𝟔

Donde:

a : Coeficiente de agotamiento por día. A : Área de la cuenca en Km2.

En principio, es posible determinar el coeficiente de agotamiento real mediante aforos sucesivos en el río durante la estación seca; sin embargo cuando no sea posible ello, se puede recurrir a las ecuaciones desarrolladas para la determinación del coeficiente "a" para cuatro clases de cuencas:

➢ Cuencas con agotamiento muy rápido, debido a temperaturas elevadas (>10°C) y retención que va de reducida (50mm/año) a mediana (80 mm/año).

𝒂 = −𝟎. 𝟎𝟎𝟐𝟓𝟐 𝑳𝒏 𝑨 + 𝟎. 𝟎𝟑𝟒

➢ Cuencas con agotamiento rápido, cuya retención varía entre 50 y 80 mm/año y vegetación poco desarrollada (puna).

𝒂 = −𝟎. 𝟎𝟎𝟐𝟓𝟐 𝑳𝒏 𝑨 + 𝟎. 𝟎𝟑𝟎

➢ Cuencas con agotamiento mediano, cuya retención es alrededor de 80 mm/año y vegetación mezclada (pastos, bosques y terrenos cultivados).

𝒂 = −𝟎. 𝟎𝟎𝟐𝟓𝟐 𝑳𝒏 𝑨 + 𝟎. 𝟎𝟐𝟔

➢ Cuencas con agotamiento reducido por alta retención (>100mm/año) y

vegetación mezclada.

𝒂 = −𝟎. 𝟎𝟎𝟐𝟓𝟐 𝑳𝒏 𝑨 + 𝟎. 𝟎𝟐𝟑

Donde:

a = coeficiente dé agotamiento por día AR = área de la cuenca (km2)

EP = evapotranspiración potencia! anual (mm/año) T = duración de la temporada seca (días)

18) ALMACENAMIENTO HIDRICO

Tres tipos de almacenes hídricos naturales que inciden en la retención de la cuenca

son considerados:

• Acuíferos

• Lagunas y pantanos • Nevados

La determinación de la lámina "L" que almacena cada tipo de estos almacenes está

dado por:

➢ Acuíferos

Siendo:

𝐿

= −750 𝐼 + 3.15 (𝑚𝑚/𝑎ñ𝑜)

LA = lámina específica de acuíferos

I = pendiente de desagüe: / <= 15 %

➢ Lagunas y Pantanos

𝐿

= 500 (𝑚𝑚/𝑎ñ𝑜)

Siendo:

𝐿

= 𝐿á𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑔𝑢𝑛𝑎𝑠 𝑦 𝑝𝑎𝑛𝑡𝑎𝑛𝑜𝑠

➢ Nevados

𝐿

= 500 (𝑚𝑚/𝑎ñ𝑜)

Siendo:

𝐿

= 𝐿á𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑛𝑒𝑣𝑎𝑑𝑜𝑠

19) ABASTECIMIENTO DE LA RETENCIÓN

El abastecimiento durante la estación lluviosa es uniforme para cuencas ubicadas en la misma región climática. En la región Lima parte Sierra que similar a la región Junín el abastecimiento comienza en el mes de Octubre con 10%, diciembre el valor del 25 % del volumen final. Las precipitaciones altas del mes de enero y febrero completan el 30% restante, y las precipitaciones efectivas del mes de marzo escurren directamente sin contribuir a la retención. Los coeficientes mensuales expresados en porcentaje del almacenamiento total anual se muestran en el cuadro siguiente:

Almacenamiento hídrico durante la época de lluvias - (valores – ai %)

CUADRO N° 13

COEFICIENTES ANUALES Y MENSUALES PARA EL CALCULO DE LA CONTRIBUCION DE LA RETENCION

Lámina de agua acumulada en los tres tipos de almacén hídrico, en base a la cuenca de referencia:

TIPO

ALMACENAMIENTO HIDRICO DURANTE LA EPOCA DE LLUVIAS VALORES EN PORCENTAJE

La lámina de agua Ai que entra en la reserva de la cuenca se muestra en forma de

déficit mensual de la Precipitación Efectiva PEi. Se calcula mediante la ecuación:

𝑳

= 𝒂

(

𝑹

𝟏𝟎𝟎

)

Siendo:

ai = coeficiente de abastecimiento (%) R = retención de la cuenca (mm/año)

20) DETERMINACIÓN DEL CAUDAL MENSUAL PARA EL AÑO PROMEDIO

Está basado en la ecuación fundamental que describe el balance hídrico mensual a partir de los componentes descritos anteriormente:

𝑪𝑴

= 𝑷𝑬

+ 𝑮

+ 𝑨

Los caudales aforados de la estación San Lázaro de Escomarca, las retenciones y aportes serán obtenidos por calibración en la cuenca del Rio Canchahura.

CUADRO N° 14

DETERMINACIÓN DE CAUDALES MEN SUALES METODO DE LUTZ SCHOLZ

MICROCUENCA DEL RIO PACHACOSA Área de la Cuenca = 0.75 Km

MES

PRECIPITACIONES (1964 - 2012) CAUDAL AFORADO