TP1 Modelacion

MODELACIÓN HIDROLÓGICA/HIDRÁULICA CUENCA ARROY ARROYO MORALES MOR ALES MAESTRÍA EN HIDRÁULICA URBANA CODIGOS NUMERICOS PARA LA HIDRÁULICA URBANA

Presentado Por: CAROLINA SANTAMARÍA GARCÍA

Presentado A: ING. ÁNGEL MENÉMDEZ ING. EMILIO LECERTÚA ING. MARIANO RE

Diciembre 2012

TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCION .......................................................................................................................... 7 1. CLIMA.......................... ......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 7 2. GEOMORFOLOGÍA................. GEOMORFOLOGÍA............................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. ................ 8 3. SUELO.......................... ......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 8 4. USO DEL SUELO ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. ........................ .......... 9 5. CONTAMINACION .......................... ........................................ ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ .................. .... 10 OBJETIVOS ..................................................................................................................................... 11 1. OBJETIVO GENERAL............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. .............. 11 2. OBJETIVOS ESPECIFICOS ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ................... ..... 11 DESARROLLO CASO DE ESTUDIO ....................................................................................... 12 1. CARACTERISTICAS DE LA CUENCA .......................... ......................................... ............................. ............................ ......................... ........... 12 2. ANALISIS DE LLUVIA ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................ ............. 14 3. MODELO HIDROLÓGICO (HEC-HMS) ........................... ......................................... ............................ ............................. ......................18 .......18 3.1. BASIN MODEL MANAGER (BMM) .......................... ......................................... ............................. ............................ ..........................18 ............18 3.1.1. SUBBASIN ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ......................18 ........18 3.1.2. LOSS ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................. 19 3.1.3. TRANSFORM ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ..................22 3.1.4. REACH ........................... ......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ............................ ......................... ...........23 3.1.5. ROUTING ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .....................24 .......24 3.2. METEREOLOGIC MODEL MANAGER (MMM) ........................... .......................................... ............................ .............26 3.3. CONTROL SPECIFICATIONS MANAGER ........................... ......................................... ............................ ......................... ........... 27 3.4. TIME-SERIES DATA MANAGER ........................... ......................................... ............................ ............................. ............................ ................. 27 3.5. RESULTADOS ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. ...................... ........28 3.5.1. PRECIPITACIÓN PARA T R 2 AÑOS .......................... ......................................... ............................. ............................ ............................ ......................... ...........28 3.5.2. PRECIPITACIÓN PARA T R5 AÑOS.......................... ......................................... ............................. ............................ ............................ ......................... ...........30 3.5.3. PRECIPITACIÓN PARA T R10 AÑOS ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ........................ ..........31 3.5.4. PRECIPITACIÓN PARA T R50 AÑOS ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ..................... ....... 33 4. MODELO HIDRODINAMICO (HEC-RAS) ........................... ......................................... ............................ ............................ .................. 35 4.1. FUNDAMENTOS DE CÁLCULO............................ .......................................... ............................ ............................. ............................ ................. 35 4.2. GEOMETRIC DATA .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................. ............................ ............. 38 4.2.1. CROSS SECTION DATA .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................. ............................ ............. 38 4.3. UNSTEADY FLOW DATA ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................42 ..............42 4.4. RUN ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ..............45 4.5. RESULTADOS ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. ...................... ........46 4.5.1. FLUJO INESTABLE TR2 .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................. ............................ .............46 4.5.2. FLUJO INESTABLE TR5 .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................. ............................ .............47 4.5.3. FLUJO INESTABLE TR10 .......................... ......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ .........................49 ...........49 4.5.4. FLUJO INESTABLE TR50 .......................... ......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ..........................51 ............51 5. DISEÑO RED PLUVIAL .......................... ......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ......................... ...........54 5.1. LOCALIZACION ........................... ......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ .................. ....54 5.2. MODELO SWMM ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................ ................. 56 TRABAJO PRACTICO N°1 | INSTALACIONES HIDROMECANICAS

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5.2.1. 5.2.2. 5.2.3. 5.2.4. 5.2.5. 5.2.6.

SUBCATCHMENTS ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. .................... ...... 58 JUNCTION ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ..................... .......59 CONDUIT ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ..................... ....... 61 RAIN GAGES ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................. 62 RUN ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................. 63 RESULTADOS........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................. 64

BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................ 67 ANEXOS ......................................................................................................................................... 68 A. IMPLEMENTACION SIMULACION CONTINUA (HEC-HMS). ............................ ................................68 B. INCORPORACION PUENTE EN ARROYO MORALES (HEC-RAS). ...................... ......................68

TRABAJO PRACTICO N°1 | INSTALACIONES HIDROMECANICAS

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LISTA DE TABLAS Tabla 1. Características de las sub cuencas de la Cuenca C uenca Arroyo Morales. ................................ ................................13 Tabla 2.Determinación del Tiempo de concentración y Lag Time. ..................... ................................... ......................... ........... 14 Tabla 3.Serie de datos de Precipitación (Buenos Aires). ................ .............................. ............................ ............................ ......................15 ........15 Tabla 4. Alternativas de Modelación para las sub cuencas de la Cuenca Arroyo Morales. .. 19 Tabla 5. Tipo de suelo para determinación del Número de escurrimiento. ................. ............................... ..............20 Tabla 6. Selección de N. .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ..............20 Tabla 7. Porcentaje de área de uso del suelo de las sub cuencasSC1-SC4 de la Cuenca Arroyo Morales............................ Morales.......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .............. 21 Tabla 8. Porcentaje de área de uso del suelo de las sub cuencas SC5-SC7 de la Cuenca Arroyo Morales............................ Morales.......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .............. 21 Tabla 9. Parámetros CN, S, Iinicial para las sub cuencas SC1-SC4 de la Cuenca Arroyo Morales. ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................. ............................ ............. 21 Tabla 10. Parámetros CN, S, Iinicial para las sub cuencas SC5-SC7 de la Cuenca Arroyo Morales. ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................. ............................ .............22 Tabla 11. Caracterización de los Tramos de la Cuenca Arroyo Morales. .................... .................................. .................. 23 Tabla 12. Propiedades de los Tramos de enrutamiento de la Cuenca Arroyo Morales. ..........26 Tabla 13. Resultados "Run Tr2" sub cuencas de la Cuenca Arroyo Morales. ................... ............................ .........29 Tabla 14. Resultados "Run Tr2" uniones de la Cuenca Arroyo Morales. ........................... .................................... .........29 Tabla 15. Resultados "Run Tr2" tramos de la Cuenca Arroyo Morales. ........................ ...................................... ..............29 Tabla 16. Resultados a la salida de la cuenca "Run Tr2" de la Cuenca Arroyo Morales. ........30 Tabla 17. Resultados "Run Tr5" sub cuencas de la Cuenca Arroyo Morales.............................. Morales.............................. 30 Tabla 18. Resultados "Run Tr5" uniones de la Cuenca Arroyo Morales. ................................. .................................... ...31 Tabla 19. Resultados "Run Tr5" tramos de la Cuenca Arroyo Morales. ........................... ....................................... ............31 Tabla 20. Resultados a la salida de la cuenca "Run Tr5" de la Cuenca Arroyo Morales. .........31 Tabla 21. Resultados "Run Tr10" sub cuencas de la Cuenca Arroyo Morales. .......................... ..........................32 Tabla 22. Resultados "Run Tr10" uniones de la Cuenca Arroyo Morales. .......................... ................................. ....... 32 Tabla 23. Resultados "Run Tr10" tramos de la Cuenca Arroyo Morales. ........................... .................................... ......... 32 Tabla 24. Resultados a la salida de la cuenca "Run Tr10" de la Cuenca Arroyo Morales....... 33 Tabla 25. Resultados "Run Tr50" sub cuencas de la Cuenca Arroyo Morales. ......................... ......................... 33 Tabla 26. Resultados "Run Tr50" uniones de la Cuenca C uenca Arroyo Morales. ....................... ................................ .........34 Tabla 27. Resultados "Run Tr50" tramos de la Cuenca Arroyo Morales. ............................ ................................... .......34 Tabla 28. Resultados a la salida de la cuenca "Run Tr50" de la Cuenca Arroyo Morales. .....34 Tabla 29. Manning n para los canales (Chow, 1959)............................ 1959).......................................... ............................ ............................ ................ 40 Tabla 30. Coeficientes de expansión y contracción............................ ......................................... ............................ ............................ .................. .... 41 Tabla 31. Condiciones de Borde para Unsteady Flow Data Arroyo Morales. ...........................42 ...........................42 Tabla 32. Resultado de parámetros a la salida de la cuenca River Station:00.00 Arroyo Morales (HEC-RAS). ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................. 53 Tabla 33. Propiedades sub cuencas SC1-SC25 Cuenca Cue nca C20M. ...................................... ................................................... ................. 55 Tabla 34. Propiedades sub cuencas SC26-SC49 Cuenca C20M...................................... C20M................................................... .............56 Tabla 35. Nodos de salida de las sub cuencas de la Cuenca C20M. ........................... ......................................... .................. .... 59 Tabla 36. Elevación de fondo de las uniones de la Cuenca C20M. ................... .................................. ............................ .............60 Tabla 37. Unión aguas arriba/abajo de los conductos Cuenca C20M. .......................... ........................................ ..............62 Tabla 38. Opciones de simulación Cuenca C20M. .......................... ........................................ ............................ ............................. ..................... ...... 63 TRABAJO PRACTICO N°1 | INSTALACIONES HIDROMECANICAS

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LISTA DE GRAFICAS Gráfica 1. Hietograma para el análisis hidrológico para un Tr2 años. ....................... ..................................... .................. .... 16 Gráfica 2. Hietograma para el análisis hidrológico para un Tr5 años........................................ años............................................ 16 Gráfica 3. Hietograma para el análisis hidrológico para un Tr10 años. ................ .............................. ........................ ..........17 Gráfica 4. Hietograma para el análisis hidrológico para un Tr50 años. ............... ............................. ........................ ..........17 Gráfica 5. Hidrograma resultante "Run Tr2" de la Cuenca Arroyo Morales. ............................ ............................30 Gráfica 6. Hidrograma resultante "Run Tr5" de la Cuenca Arroyo Morales. ............................ ..............................31 Gráfica 7. Hidrograma resultante "Run Tr10" de la Cuenca Arroyo Morales. .................... ........................... ....... 33 Gráfica 8. Hidrograma resultante "Run Tr50" de la Cuenca Arroyo Morales. .......................... ..........................34 Gráfica 9. Hidrogramas de aporte por estación para Tr2 años del trazado Arroyo Morales (HEC-RAS). ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ .................. ....43 Gráfica 10. Hidrogramas de aporte por estación para Tr5 años del trazado Arroyo Morales (HEC-RAS). ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ .................. ....43 Gráfica 11. Hidrogramas de aporte por estación para Tr10 años del trazado Arroyo Morales (HEC-RAS). ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ................. ... 44 Gráfica 12. Hidrogramas de aporte por estación para Tr50 años del trazado Arroyo Morales (HEC-RAS). ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ................. ... 44 Gráfica 13. Velocidades Tr2 años Arroyo Morales (HEC-RAS). ........................... .......................................... ....................... ........46 Gráfica 14. Velocidades Tr5 años Arroyo Morales (HEC-RAS). ................................ .............................................. .................. ....48 Gráfica 15. Velocidades Tr10 años Arroyo Morales (HEC-RAS). ............................ ........................................... ..................... ......50 Gráfica 16. Velocidades Tr50 años Arroyo A rroyo Morales (HEC-RAS). .................... ................................... ............................ .............52 Gráfica 17. Hidrogramas de los conductos CO24-CO28 de la Cuenca C20M (SWMM). .... 65 Gráfica 18. Velocidades de los conductos CO24-CO28 CO24 -CO28 de la Cuenca C20M (SWMM). ......65 Gráfica 19. Relación entre el caudal y el nivel de carga aguas abajo del conducto CO28 de la C20M (SWMM). ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ....................... .........65 Gráfica 20. Perdidas del sistema de drenaje Cuenca C20M (SWMM). ............................ ..................................... .........66 Gráfica 21. Escorrentía del sistema de drenaje Cuenca C20M (SWMM). ......................... ................................ .......66


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LISTA DE ILUSTRACIONES Ilustración 1. Cuenca del Río Matanza-Riachuelo (PGA Matanza-Riachuelo 1995). .............. .............. 7 Ilustración 2. Características geomorfológicas y de suelos de la región entre Buenos Aires y La Plata (CONAMBA 1995). .......................... ........................................ ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ .................... ...... 8 Ilustración 3. Tipos de suelos de una parte de la cuenca (PGA M-R 1995). ............................ ................................ .... 9 Ilustración 4. Calidad del agua Arroyo Morales (http://www.atlasdebuenosaires.gov.ar).. 10 Ilustración 5. Localización Cuenca Arroyo Morales. ............................. ........................................... ............................ ............................ .............. 12 Ilustración 6. Localización de las sub cuencas de la Cuenca Arroyo Morales. ................. .......................... .........13 Ilustración 7. Modelo de las sub cuencas de la Cuenca Arroyo Morales (HEC-HMS). ........18 ........18 Ilustración 8. Especificaciones generales de la sub cuenca SC1 de la Cuenca Arroyo Morales (HEC-HMS)................... (HEC-HMS)................................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................. ............................ ............. 19 Ilustración 9. Especificaciones del Método de pérdidas pérdidas para la sub cuenca SC1 de la Cuenca Arroyo Morales (HEC-HMS). ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................ .............22 Ilustración 10. Especificaciones del Método de transformación para la sub cuenca SC1 de la Cuenca Arroyo Morales (HEC-HMS). ...................... ..................................... ............................. ............................ ............................ ............................ .................. .... 23 Ilustración 11. Especificaciones del Tramo R1 de la Cuenca Arroyo Morales (HEC-HMS). 23 Ilustración 12. Especificación de los parámetros de Muskingum de la Cuenca Arroyo Morales (HEC-HMS)............................ ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................. 26 Ilustración 13. Especificación de la precipitación del modelo metereológico en la Cuenca Arroyo Morales (HEC-HMS). ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................ .............27 Ilustración 14. Especificación de parámetros de control en la Cuenca Arroyo morales (HEC-HMS)................... (HEC-HMS)................................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................. ............................ ............. 27 Ilustración 15. Especificación de los parámetros de precipitación Tr2 años en la Cuenca Arroyo Morales (HEC-HMS). ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................ .............28 Ilustración 16. Especificación del hietograma Tr 2 años para cada sub Cuenca del Arroyo Morales (HEC-HMS)............................ ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................. 28 Ilustración 17. Fuerzas presentes en la ecuación de cantidad de movimiento (Haestad methods, 2003). ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .............. 36 Ilustración 18. Variables usadas en el método del paso estándar (Haestad methods, 2003).37 Ilustración 19. Geometric Data Arroyo Morales (HEC-RAS). .......................... ......................................... ............................ ............. 38 Ilustración 20. Cross section data, River Station: 16500.00 del Arroyo Morales (HEC-RAS). ........................... ......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................. 41 Ilustración 21. Condiciones de borde River Station: 00.00 del Arroyo Morales (HEC-RAS). ........................... ......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ................42 ..42 Ilustración 22. Unsteady Flow Analysis Tr2 Arroyo Morales (HEC-RAS). ............... ............................. ..............45 Ilustración 23. Perfil de Caudales máximos Tr2 años Arroyo Morales (HEC-RAS). .............46 Ilustración 24. Resultado de parámetros a la salida del Arroyo Morales para un Tr2 (HECRAS). ........................... .......................................... ............................ ........................... ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ............................ .................. .... 47 Ilustración 25. Perfil de Caudales máximos Tr5 años Arroyo Morales (HEC-RAS). .............48 Ilustración 26. Resultado de parámetros a la salida del Arroyo Morales para un Tr5 (HECRAS). ........................... .......................................... ............................ ........................... ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ............................ ..................49 ....49 Ilustración 27. Perfil de Caudales máximos Tr10 años Arroyo Morales (HEC-RAS). (HEC -RAS). ...........50 TRABAJO PRACTICO N°1 | INSTALACIONES HIDROMECANICAS

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Ilustración 28. Resultado de parámetros a la salida del Arroyo Morales para un Tr10 (HECRAS). ........................... .......................................... ............................ ........................... ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ............................ ...................51 .....51 Ilustración 29. Perfil de Caudales máximos Tr50 años Arroyo Morales (HEC-RAS). .......... 52 Ilustración 30. Resultado de parámetros a la salida del Arroyo Morales para un Tr50 (HECRAS). ........................... .......................................... ............................ ........................... ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ............................ .................. .... 53 Ilustración 31. Localización Cuenca C20M en la sub cuenca SC6 de la Cuenca Arroyo Morales (Google Earth). ........................... ......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ......................... ...........54 Ilustración 32. Delimitación superficie de la Cuenca C20M (Google Earth). ...................... .......................... ....54 Ilustración 33. Cotas de nivel y división en sub cuencas de la Cuenca C20M (ISIS MAP). .55 Ilustración 34. Subcatchments (SC), Juntions (JU), Conductions (CO) a la salida de la Cuenca C20M (SWMM). ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. ...................... ........ 57 Ilustración 35. Elementos Cuenca C20M (SWMM). .......................... ........................................ ............................ ............................ .................. 57 Ilustración 36. Propiedades de las sub cuencas SC1 de la cuenca C20M (SWMM). ............. ............. 58 Ilustración 37. Propiedades de las uniones Cuenca C20M (SWMM) . ................. ............................... ..................... .......60 Ilustración 38. Propiedades de los conductos de la Cuenca C20M (SWMM). ....................... ....................... 61 Ilustración 39. Propiedades del evento de lluvia Tr10 años Cuenca C20M (SWMM). ......... ......... 63 Ilustración 40. Información de la simulación realizada realiz ada (SWMM)............................ ......................................... .................. ....64 Ilustración 41. Altura de la lámina de agua conducto CO24-CO28 en el tiempo 01:10:00 hrs de la simulación (SWMM).................................. ............................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................ .............64 64


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INTRODUCCION El río Matanza-Riachuelo, llamado Riachuelo en su desembocadura y río Matanza en la mayor parte de su desarrollo, es un curso de agua de 64 km 64 km al Este de Argentina, de Argentina, que que nace en la provincia la provincia de Buenos Aires, constituye Aires, constituye el límite Sur de la Ciudad la Ciudad Autónoma de Buenos Aires y desemboca en el Río el Río de la Plata. La Cuenca Matanza-Riachuelo se encuentra localizada al Noreste de la Provincia de Buenos Aires. Al Norte limita con la Cuenca del río del río Reconquista, al Reconquista, al Sur y al Oeste con la Cuenca del río del río Salado y al Este con el Río de la Plata. Tiene una longitud aproximada de 60 km, un ancho medio de 35 m, cubriendo una superficie de 2200 km² 2200 km² hasta la desembocadura y una longitud de cauces total de 510 Km en 232 cursos mayores y menores, posee un caudal medio anual de 7,02 m 3/s y un caudal máximo de 1325 m 3/s, recibe en su recorrido numerosos tributarios principales (18) entre los que destacan los arroyos Morales, Cañuelas y Ortega.

Ilustración 1. Cuenca del Río Matanza-Riachuelo (PGA Matanza-Riachuelo 1995).

Siendo el caso de estudio la Cuenca del Arroyo Morales, se desarrollan a continuación aspectos para su caracterización: 1. CLIMA La región se caracteriza por tener clima del tipo sub-húmedo, con una media pluviométrica de alrededor de 1100 mm, con una temperatura media anual de 16.9°C. Las precipitacionesson abundantes y de distribución distribución bastante regular, el valor anual 1046 mm supera a la evapotranspiración potencial que alcanza 837 mm. Las tormentas son predominantemente de tipo ciclónicas y ocurren sobre todo durante los meses de marzo, abril, mayo, agosto, septiembre y octubre. El excedente hídrico es del orden de 200mm anuales.La humedad relativa TRABAJO PRACTICO N°1 | INSTALACIONES HIDROMECANICAS

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es elevada en la zona, variando de una media de 62% en diciembre a 83% en junio, siendo el valor medio anual de 72%. 2. GEOMORFOLOGÍA El área de estudio corresponde regionalmente al grupo de las planicies en el esquema de las grandes unidades físicas de la República Argentina, entre ellas se denomina Pampeano a la gran llanura Argentina que con pequeñas interrupciones montañosas está compuesto predominantemente por facies eólicas, llamadas loéssicas (loess y limos loessoides) y cubiertas por diferentes tipos de humus, humus , estos depósitos conforman el sustrato principal de la ciudad de Buenos Aires y del conurbano bonaerense.

Ilustración 2. Características geomorfológicas y de suelos de la región entre Buenos Aires y La Plata (CONAMBA 1995).

Aunque con una uniformidad geomorfológica a lo largo de la región, es posible identificar algunas variantes al N y S de la línea de la falla del Matanzas –Riachuelo. Ambas cuentan con dos zonas una baja y una alta, (en esta última se encuentra localizada la cuenca del Arroyo Morales) tienen diferencias locales significativas, siendo la sección sur geomorfológicamente geomorfológicamente más compleja que la del norte. 3. SUELO La Zona alta se compone de loess y limos pampeanos, relacionados en general con relieves altos, contando con buen drenaje, escurrimiento normal y cubiertos de un tapiz continuo de vegetación herbácea. Estos suelos resultan los que han alcanzado un mayor grado de madurez, es decir los más desarrollados edáficamente dentro de la zona estudiada, constituyendo constituyendo todo un grupo de suelos zonales.


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Ilustración 3. Tipos de suelos de una parte de la cuenca (PGA M-R 1995).

4. USO DEL SUELO La zona se caracteriza por tener una amplia diversidad de usos debidos a la proximidad a un centro urbano muy grande como es la ciudad de Buenos Aires, dentro de las actividades más importantes se encuentra la Agrícola, Ganadera y Fruti hortícola. La actividad agrícola se caracteriza por producir cultivos de soja, maíz, girasol, canola, trigo, cebada y avena, el destino de estos cultivos es mayormente para granos, aunque pueden ser utilizados como forraje para ganadería. La actividad ganadera de la región esta diversificada en Tambos, Cría y en menor medida invernada. Los Los predios que generalmente generalmente se destinan destinan al tambo tambo generalmente son lotes aptospara realizar pasturas, sin embargo en estas áreas se limitan a la actividad de cría ya que son pobres en calidad de forraje por encontrarse habitualmente anegadas o inundadas. La horticultura y agricultura se desarrolla en grandes extensiones ya que es una producción intensiva y son suelos de mejor calidad. El producto de esta actividad son verduras, tomates, pimientos, duraznos, ciruelas, arándano, entre otros. La actividad forestal de la zona está poco desarrollada, desarrollada, debido a su menor rentabilidad rentabilidad respecto a la actividad agrícola o ganadera, con al que debería competir. Las forestaciones plantadas son de Eucaliptos y en muchos casos tiene un objetivo más paisajístico que maderable. En las áreas de remoción de tierra se incluyen las actividades mineras, en las que se diferencias tosqueras y ladrilleras, en las primeras se extrae tierra y tosca, una vez finalizada la extracción suelen ser utilizadas como rellenos sanitarios. Por otro lado las ladrilleras extraen las primeras capas de suelo. TRABAJO PRACTICO N°1 | INSTALACIONES HIDROMECANICAS

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5. CONTAMINACION El curso Matanza-Riachuelo y sus tributarios, reciben a lo largo de su recorrido diversos impactos contaminantes asociados al vertido de líquidos residuales, crudos o con insuficiente grado de tratamiento, de origen domiciliario y proveniente de múltiples y diversas actividades actividades productivas, productivas, agroindustriales agroindustriales e industriales. industriales. A tales impactos se suman los generados por los residuos sólidos que se depositan en los cursos y por los desagües de conducciones pluviales que a su vez reciben aportes contaminantes de origen cloacal e industrial.

Ilustración 4. Calidad del agua Arroyo Morales (http://www.atlasdebuenosaires.gov.ar).

De acuerdo a la caracterización de la sub cuenca del Arroyo Morales, se denota denota el interés por realizar modelamientos que puedan llegar a dar solución a las diversas problemáticas que posee el área de estudio.


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OBJETIVOS 1. OBJETIVO GENERAL 

Implementar un modelo Hidrológico/Hidrodinámico de la Cuenca Arroyo Morales que describa correctamente la hidrología y permita analizar el impacto de posibles escenarios.

2. OBJETIVOS ESPECIFICOS 

Obtener datos de la caracterización de la cuenca, mediante Software e investigación.



Modelar los eventos hidrológicos para diversos tiempos de retorno (Tr2, Tr5, Tr10 y Tr50), mediante el software HEC-HMS.



Modelas los eventos resultantes del software HEC-HMS, implementando un modelo hidrodinámico mediante el software HEC_RAS.



Implementar un diseño de red pluvial en un área de 20 manzanas en la zona baja, para una recurrencia de 10 años.


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DESARROLLO CASO DE ESTUDIO 1. CARACTERISTICAS DE LA CUENCA La cuenca en estudio se encuentra ubicada en la parte superior de la Cuenca del Rio MatanzaRiachuelo, tiene una superficie total de 476.49 km². Está formada por el rio Morales que desemboca en la margen izquierda del rio Matanza yposee escasa pendiente, por lo tanto es de poca velocidad. Geológicamente la cuenca está constituida por la formación Pampeana, con suelos limo-arcilloso de uso agrícola y ganadero principalmente.

Ilustración 5. Localización Cuenca Arroyo Morales.

Implementando el software ARCGIS, se divide la Cuenca Arroyo Morales en sub cuencas mediante el uso de la herramienta Rain Drop, ésta permite visualizar el recorrido que puede tomar una gota de agua en determinado lugar. De acuerdo a este parámetro se identifican 7 sub cuencas SC1, SC2, SC3, SC4, SC5, SC6 y SC7, que poseen la siguiente localización y caracterización:


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Ilustración 6. Localización de las sub cuencas de la Cuenca Arroyo Morales.

Subcu bcuencas SC 1 SC 2 SC 3 SC 4 SC 5 SC 6 SC 7

Area (km (km2) 84 .32 87.71 4 7.86 4 6 .17 93.22 72.4 7 4 4 .75

Pendiente (% (%)) Lon Longit gitud (m) (m) 0.0734 8 14 6 28.57 0.08150 16 281.6 4 0.0996 5 154 86 .55 0.074 99 7937.53 0.11536 20189.94 0.086 76 24 395.30 0.16 713 124 36 .78

Ancho (m) (m) 7585.6 7 74 74 .10 4 577.20 5529.26 6 06 5.50 5181.23 4 255.6 0

Tabla 1. Características de las sub cuencas de la Cuenca Arroyo Morales.

El primer parámetro hidrológico necesario que se debe establecer es el tiempo de concentración de la cuenca, con el fin de determinar el tiempo que requiere una gota de agua ubicada en la parte más lejana, para llegar a la salida de la misma. Para esto se emplea la Ecuación de Témez , que se encuentra en función de la Longitud (L) y la Pendiente (J):

   ( ) Así mismo se ajusta un parámetro en función del tiempo de concentración Lag Time o

tiempo de retardo, que que es la diferencia de tiempo entre entre cuando se produce una fuerte precipitación y cuando la descarga máxima se produce en las corrientes de drenaje de un área: TRABAJO PRACTICO N°1 | INSTALACIONES HIDROMECANICAS

13

  Subcu bcuencas SC 1 SC 2 SC 3 SC 4 SC 5 SC 6 SC 7

Pendiente (% (%) Longitud (m) (m) 0.0734 8 14 6 28.57 0.08150 16 281.6 4 0.0996 5 154 86 .55 0.074 99 7937.53 0.11536 20189.94 0.086 76 24 395.30 0.16 713 124 36 .78

Tc(m Tc(miin) 504 .78 52 6 .71 4 6 9.05 312.78 54 3.78 702.00 324 .6 5

Lag Tim Time (m (min) 176 .6 7 184 .35 16 4 .17 109.4 7 190.32 2 4 5.70 113.6 3

Tabla 2.Determinación del Tiempo de concentración y Lag Time.

2. ANALISIS DE LLUVIA Para este proyecto se cuenta con una serie de datos de precipitaciones, para diferentes tiempos de retorno (Tr2, Tr5, Tr10 y Tr50). Se puede observar en la Tabla 3, que la precipitaciónmáximapara las 4 horas cada periodo de retorno se presenta al minuto 60, siendo respectivamente para Tr2  , para Tr5  , para Tr10  y para Tr50  .

    

    


         

14

Tiempo (min)

T r =2

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 12 0 13 0 14 0 150 16 0 170 180 19 0 2 00 2 10 2 20 2 30 24 0

1.32 1.58 1.98 2 .73 4 .59 17.2 1 7.2 1 3.4 1 2 .2 9 1.76 1.4 4 1.2 3 1.15 1.08 1.02 0.96 0.92 0.87 0.84 0.80 0.77 0.74 0.72 0.6 9

Precipitación (mm) T r =5 T r = 10 1.71 2 .07 2 .6 5 3.73 6 .4 5 2 2 .15 10.12 4 .72 3.09 2 .32 1.87 1.57 1.4 6 1.37 1.2 8 1.2 1 1.15 1.09 1.04 0.9 9 0.95 0.9 1 0.88 0.85

2 .06 2 .4 7 3.12 4 .33 7.35 2 6 .55 11.54 5.4 3 3.6 2 2 .75 2 .2 4 1.90 1.78 1.6 6 1.57 1.4 8 1.4 1 1.34 1.2 8 1.2 3 1.18 1.14 1.09 1.06

T r = 50 2 .81 3.37 4 .2 7 5.92 10.06 35.4 8 15.73 7.4 3 4 .95 3.76 3.06 2 .6 0 2 .4 2 2 .2 7 2 .14 2 .03 1.92 1.83 1.75 1.6 8 1.6 1 1.55 1.4 9 1.4 4

Tabla 3.Serie de datos de Precipitación (Buenos Aires).

Con el fin de representar la distribución de las precipitaciones producidas a lo largo de las 4 horas (240min) que se pueden producir con los diferentes tiempos de retorno (Tr2, Tr5, Tr10 y Tr50), se muestra en las Gráficas 1-2-3-4, los correspondientes hietogramas.


15

Gráfica 1. Hietograma para el análisis hidrológico para un Tr2 años.



16




17

3. MODELO HIDROLÓGICO (HEC-HMS) Se implementa para la simulación de los eventos hidrológicos el software HEC-HMS, éste está diseñado para simular los procesos de precipitación/escorrentía de los sistemas de cuencas dendríticas. La configuración del modelo de la Cuenca Arroyo Morales, se realiza representando el sistema mediante sub cuencas, uniones y tramos.

Ilustración 7. Modelo de las sub cuencas de la Cuenca Arroyo Morales (HEC-HMS).

3.1.

BASIN MODEL MANAGER (BMM)

3.1.1.

Subbasin

Para iniciar el modelo de la Cuenca Arroyo Morales, se requiere para cada sub cuenca los datos de área (ver Tabla 1), indicar la unión aguas aguas abajo (ver Ilustración 8) y la definición de los métodos que se van a emplear para la simulación(ver Tabla 4).


18

BMM Loss Transform Basef seflow low

Alternativas de de Mo Modelacion SCS SCS Cur Curve Nu Num mber SCS SC S Unit Hydrograph None No ne

Tabla 4. Alternativas de Modelación para las sub cuencas de la Cuenca Arroyo Morales.

Ilustración 8.Especificaciones generales de la sub cuenca SC1 de la Cuenca Arroyo Morales (HEC-HMS).

3.1.2. Loss Se requiere definir un modelo que considere las pérdidas de lluvia debido a los diferentes mecánicos de precipitación. En el presente caso, no se consideran las pérdidas debidas a los mecanismos de interceptación y la evapotranspiración, ya que representan un porcentaje muy bajo de la precipitación total producida, tampoco se consideran las pérdidas a causa del almacenamiento de agua en las depresiones del terreno Debido a su eficacia, su uso generalizado ya la luz de las hipótesis sobre los mecanismos de pérdidas resultantes, se utiliza el MétodoSoilConservationServiceCurverNumber (Numero (Numero de curva de escurrimiento del Servicio de conservación de suelos). Se basa en las características del suelo de la cuenca(uso, tratamiento y la condición hidrológica). El supuesto básico del método SCS CurverNumber es es que, para un solo evento de tormenta, la relación de retención real del suelo después de la escorrentía, comienza una retención potencial máxima, que es igual a la relación de la escorrentía directa a la lluvia disponible. SCS CurverNumber , considera la siguiente fragmentación del área de precipitación:

       TRABAJO PRACTICO N°1 | INSTALACIONES HIDROMECANICAS

19

Dónde:  : Precipitación neta  : Infiltración inicial  : Perdidas después del inicio de la escorrentía

  

Al mismo tiempo se considera:

 [   ]              

Dónde: : Escurrimiento  : Precipitación total : Potencial máximo de retención de humedad del suelo c antidad de agua antes de escurrimiento  : Infiltración inicial o la cantidad

   



Basándose en el estudio de los parámetros de  y S en un gran número de cuencas, cu encas, tras la aproximación que reduce los grados de libertad de la fórmula a uno se propone:

  Por lo tanto se necesita determinar el parámetro S, cuya expresión es:

     Dónde: : Curva Número



N es el Número de escurrimiento, cuyo valor depende del tipo de suelo (ver Tabla 5), la cobertura del suelo, la pendiente del terreno, entre otros factores. En la Tabla6 se muestran los valores de N para algunas condiciones.

Tabla 5. Tipo de suelo para determinación del Número de escurrimiento.

Tabla 6. Selección de N.


20

Para determinar el Número de escurrimiento en las sub cuencas de la Cuenca Arroyo, se elige el Tipo de suelo C, ya que la textura del suelo de la cuenca es arcillo-limosa. En las Tabla 7-Tabla 8 se muestra el porcentaje de área de uso del suelo y su cobertura para cada una de las sub cuencas. Uso Suelo/Subcuencas %Cultivos %Pastizales %Bosques %Caminos %urbana

SC1 72.904 20.000 5.000 0.096 2.000

SC2 6 4 .934 20.000 5.000 0.06 6 10.000

SC3 75.986 20.000 3.000 0.014 1.000

SC4 79.96 8 15.000 2.000 0.032 3.000

Tabla 7. Porcentaje de área de uso del suelo de las sub cuencasSC1-SC4 de la Cuenca Arroyo Morales.

Uso Suelo/Subcuencas %Cultivos %Pastizales %Bosques %Caminos %urbana

SC5 58.850 10.000 1.000 0.150 30.000

SC6 72.937 5.000 2.000 0.06 3 20.000

SC7 4 4 .9 15 5.000 0.000 0.085 50.000

Tabla 8. Porcentaje de área de uso del suelo de las sub cuencas SC5-SC7 de la Cuenca Arroyo Morales.

Teniendo en cuenta que las pendientes del terreno en las sub cuencas es menor al 1% y la diversidad de uso del suelo y su cobertura, se calcula un CN ponderado considerando el porcentaje de impermeabilidad para cada sub cuenca, determinado mediante la siguiente expresión:

      ∑     Con las ecuaciones básicas del modelo, teniendo los valores de CN podemos determinar los parámetros  y S.



CN S Iinicial

SC1 82.182 55.06 8 11 11.014

SC2 82.6 59 53.288 10.6 58

SC3 82.4 12 54 .208 10.84 2

SC4 83.234 51.16 3 10.233

Tabla 9. Parámetros CN, S, Iinicial para las sub cuencas SC1-SC4 de la Cuenca Arroyo Morales.


21

CN S Iinicial

SC5 85.570 4 2 .835 8.56 7

SC6 85.358 4 3.56 9 8.714

SC7 87.4 6 1 36 .4 15 7.2 83

Tabla 10. Parámetros CN, S, Iinicial para las sub cuencas SC5-SC7 de la Cuenca Arroyo Morales.

Ilustración 9. Especificaciones del Método de pérdidas para la sub cuenca SC1 de la Cuenca Arroyo Morales (HECHMS).

3.1.3. Transform En el presenta caso se implementara el modelo de SCS UnitHydrograph (SCS Hidrograma unitario sintético). Este hidrográma representa el flujo de respuesta, dependiendo del tiempo y de la cuenca, una lluvia de valor unitario (es decir, 1 mm de precipitación) uniformemente distribuidas distribuidas a lo largo de la cuenca. Para su desarrollo se requiere la definición de un conjunto de parámetros como el tiempo de concentración Tc y retraso de tiempo Lag Time, estos parámetros fueron definidos en la Tabla 2.


22

Ilustración 10. Especificaciones del Método de transformación para la sub cuenca SC1 de la Cuenca Arroyo Morales (HEC-HMS).

3.1.4. Reach Para esta sección se definen las especificaciones del tramo aguas abajo, el método de alcance de enrutamiento, que para este caso es el método de Muskingum ya que este da solución a la necesidad de añadir un punto del hidrográma obtenido en diferentes partes de la cuenca y su objetivo es cuantificar este efecto.

Ilustración 11. Especificaciones del Tramo R1 de la Cuenca Arroyo Morales (HEC-HMS).

Reach each R1- 2 R2- 3 R3- 4 R4 - 5

Pen Pendient ente (%) Lon Longit gitud (m (m) 0.1004 7 9254 .15 0.07174 8825.23 0.01575 2155.80 0.009 97 74 6 6 .9 5

Tabla 11. Caracterización de los Tramos de la Cuenca Arroyo Morales.


23

3.1.5. Routing Para el desarrollo del método de enrutamiento se utiliza el método de Muskingum, expresada mediante la siguiente ecuación de continuidad: I n 1  I n 2



Qn 1  Qn 2



S n  S n 1

t

Teniendo como ecuación de almacenamiento:

 Ecuación de enrutamiento de Muskingum:

        Dónde:

                                        

Teniendo:

            

De lo anterior para  depende del parámetro K, X. Mientras que la condición límite también es necesario y según el siguiente:  

  .   .

En el caso de la hipótesis hip ótesis de no tener flujo base En el caso de la hipótesis hip ótesis de un flujo base 

En este caso, se supone que no hay flujo de base, y por lo tanto se aplica

  .

Para determinarX , el parámetro toma valores entre 0 y 0,5, si tiene un valor cercano a 0

indica que nos encontramos en el régimen subcrítico y por tanto, que la influencia de las condiciones de contorno aguas abajo son importantes ( X= 0, si todo el almacenamiento es prismática), este caso se dará en las secciones con pendiente muy bajas, siendo esto a TRABAJO PRACTICO N°1 | INSTALACIONES HIDROMECANICAS

24

menudo cerca de la desembocadura del río. Si el valor se acerca a 0,5, lo que significa es que se encuentra en régimen supercrítico, es decir, que influyen en las condiciones condiciones de frontera aguas arriba. La expresión lo que indica es que influye tanto en el flujo de caudal aguas arriba y aguas abajo, que normalmente ocurren en los cursos fluviales superiores.  Q  Para determinarK, el método más preciso es la ecuación de balance: I 

Discretamente se obtiene: K  

dS dt

I 1  I 2 Q1  Q2 t   t 2 2 (  I 2  (1   )Q2 )  (  I 1  (1   )Q1 )

Sin embargo, este método requiere conocer la amplitud delhidrograma, así que se requiere utilizar otro procedimiento para estimar K . Por lo tanto, se considera: 3

  T c K  5

Dónde: L : Longitud del tramo de cauce considerado c: celeridad del flujo de hidrograma c 

dQ dA

Ahora el flujo puede ser calculado como Q=V*A, mientras que la velocidad V media puede ser determinada utilizando la ecuación de Manning: ic 

n 2  Q 2

 A  A 2     P 

 Q  C  A 5 / 3

4/ 3

Con C  

i n  P 2 / 3

 cte

Por lo tanto dQ dA

5

5

Q

3

3

A

  C  A 2 / 3  

5

  v  c 3

Por lo tanto V puede calcularse como V=L/t donde t es es el tiempoque tarda el agua en recorrer el tramo de cause donde se produce la propagación y se puede aprox imar el tiempo de concentración de la sección en cuestión. Así que finalmente obtenemos la siguiente aproximación: TRABAJO PRACTICO N°1 | INSTALACIONES HIDROMECANICAS

25

3

  T c K  5

Para determinar n,es el parámetro que se define como el número de bandas que se divide la

cama en la propagación de tener lugar. Las desigualdades siguientes son los valores extremos de n: 2 KX

t

 n 

K

t

De esta forma se calculan los parámetros para el método MuskingumRouting , cuyos resultados se presentan en la siguiente Tabla. Reach R1- 2 R2- 3 R3- 4 R4 - 5

T c( min) 314 .53 34 5.22 209.08 64 9.04

K ( min) 3.15 3.4 5 2.09 6.4 9

X 0.20 0.15 0.15 0.10

2KX/ Δt Δt

K/ Δt Δt

7.55 6.21 3.76 7.79

18.8718 20.7135 12.54 4 7 38.94 21

n 8 7 4 8

Tabla 12. Propiedades de los Tramos de enrutamiento de la Cuenca Arroyo Morales.

Ilustración 12. Especificación de los parámetros de Muskingum de la Cuenca Arroyo Morales (HEC-HMS).

3.2.

METEREOLOGIC MODEL MANAGER (MMM)

Para el desarrollo del método metereológico se implementa el SpecifiedHyetograph.


26

Ilustración 13. Especificación de la precipitación del modelo metereológico en la Cuenca Arroyo Morales (HECHMS).

3.3.

CONTROL SPECIFICATIONS MANAGER

Se utilizar el Administrador de especificación de control para especificar la duración de la simulación de la lluvia, siendo de 01 de enero 2012 00:00 hrs a 03 de enero 2012 00:00 hrscon una duración de 48 horas y un intervalo de tiempo de 10 minutos.

Ilustración 14. Especificación de parámetros de control en la Cuenca A rroyo morales (HEC-HMS).

3.4.

TIME-SERIES DATA MANAGER

Se crea una precipitación para los datos de series de tiempo por cada periodo de retorno, siendo de 01 de enero 2012 00:00 hrs a 01 de enero 2012 04:00 hrscon una duración de 4 horas.


27

Ilustración 15. Especificación de los parámetros de precipitación Tr2 años en la Cuenca Arroyo Morales (HECHMS).

De esta forma se aplica el hietograma que se requiere modelar, para cada una de las subcuencas con el fin de correr el modelo y obtener resultados.

Ilustración 16. Especificación del hietogramaTr 2 años para cada sub Cuenca del Arroyo Morales (HEC-HMS).

3.5.

RESULTADOS

3.5.1. Precipitación para Tr2 años años


28

Se muestra a continuación los resultados que se consideran relevantes de la simulación hidrológica para un tiempo de retorno de 2 años de los elementos de la Cuenca Arroyo Morales (sub cuencas, uniones, tramos y salida de la cuenca).Así mismo una representación del hidrográma de salida (ver Grafica 5). Sub cuenca Area Drenaje ( km km2) Q Pico ( m3 m3 / s) s) SC 1 84 ,32 102 ,3 SC 2 87,71 103,0 SC 3 4 7,86 6 1,8 SC 4 4 6 ,17 80,4 SC 5 93,22 132,4 SC 6 72,4 7 6 7,6 SC 7 4 4 ,75 100,2

T Pi Pico Volumen ( mm) 01ene2012, 04 :50 21,14 01ene2012, 05:10 21,78 01ene2012, 04 :30 21,4 5 01ene2012, 03:20 22,56 01ene2012, 05:00 25,94 01ene2012, 07:00 25,6 2 01ene2012, 03:20 28,95

Tabla 13. Resultados "Run Tr2" sub cuencas de la Cuenca Arroyo Morales.

Union J1 J2 J3 J4

Area Drenaje ( km2) Q Pico ( m3 / s) 172,03 204,8 204 ,8 266,06 266 ,06 210,9 359,28 211,5 404,03 40 4,03 193,3

T Pi Pico Volumen ( mm) 01ene2012, 01ene2012, 05:00 21,47 01ene2012, 01ene2012, 07:40 21,65 01ene2012, 01ene2012, 05:40 22,77 01ene2012, 01ene2012, 09:40 09:4 0 23,45

Tabla 14. Resultados "Run Tr2" uniones de la Cuenca A rroyo Morales.

T ramo R1 R2 R3 R4

Area Drenaje ( km2) Q Pico ( m3 / s) 172,03 186,7 266,06 169,1 359,28 191,8 4 04 ,03 152,7

T Pi Pico Volumen ( mm) 01ene2012, 08:10 21,4 7 01ene2012, 09:50 21,65 01ene2012, 10:00 22,77 01ene2012, 14 :10 23,38

Tabla 15. Resultados "Run Tr2" tramos de la Cuenca Arroyo Morales.


29

Gráfica 5. Hidrograma resultante "Run Tr2" de la Cuenca Arroyo Morales.

Salida Cuenca Area Drenaje ( km km2) Q Pico ( m3 m3 / s) s) T Pi Pico Volumen ( mm mm) J5 476,50 168,5 01ene2012, 01ene2012, 12:10 23,72 Tabla 16. Resultados a la salida de la cuenca "Run Tr2" de la Cuenca Arroyo Morales.

3.5.2. Precipitación para Tr5 años años Se muestra a continuación los resultados que se consideran relevantes de la simulación hidrológica para un tiempo de retorno de 5 años de los elementos de la Cuenca Arroyo Morales (sub cuencas, uniones, tramos y salida de la cuenca).Así mismo una representación del hidrográma de salida (ver Grafica 6). Sub cuenca Area Drenaje ( km km2) Q Pico ( m3 m3 / s) s) SC 1 84 ,32 170,9 SC 2 87,71 170,4 SC 3 4 7,86 103,2 SC 4 4 6 ,17 135,7 SC 5 93,22 211,2 SC 6 72,4 7 107,3 SC 7 4 4 ,75 159,2

T Pi Pico Volumen ( mm) 01ene2012, 04 :4 0 34 ,88 01ene2012, 05:00 35,70 01ene2012, 04 :20 35,27 01ene2012, 03:10 36 ,6 9 01ene2012, 04 :50 4 0,92 01ene2012, 07:00 4 0,53 01ene2012, 03:10 4 4 ,59



30

Union J1 J2 J3 J4

Area Drenaje ( km2) Q Pico ( m3 / s) 172,03 340,5 340 ,5 266,06 266 ,06 349,4 349 ,4 359,28 340,0 404,03 40 4,03 314,1

T Pi Pico Volumen ( mm) 01ene2012, 01ene2012, 04:50 04 :50 35,30 01ene2012, 01ene2012, 07:40 35,54 35,54 01ene2012, 01ene2012, 05:30 36,93 01ene2012, 01ene2012, 09:50 37,78 37,78

Tabla 18. Resultados "Run Tr5" uniones de la Cuenca Arroyo Morales. Morales.

T ramo R1 R2 R3 R4

Area Drenaje ( km2) Q Pico ( m3 / s) 172,03 309,8 266,06 278,6 359,28 312,2 4 04 ,03 24 6,9

T Pi Pico Volumen ( mm) 01ene2012, 08:00 35,30 01ene2012, 09:4 0 35,54 01ene2012, 10:10 36,93 01ene2012, 14 :10 37,67


Gráfica 6. Hidrograma resultante "Run Tr5" Tr5 " de la Cuenca Arroyo Morales.

Salida Cuenca Area Drenaje ( km km2) Q Pico ( m3 m3 / s) s) T Pi Pico Volumen ( mm mm) J5 476,50 270,7 01ene2012, 01ene2012, 12:30 38,11 38,11 Tabla 20. Resultados a la salida de la cuenca "Run Tr5" de la Cuenca Arroyo Morales.

3.5.3. Precipitación para Tr10 años años


31

Se muestra a continuación los resultados que se consideran relevantes de la simulación hidrológica para un tiempo de retorno de 10 años de los elementos de la Cuenca Arroyo Morales (sub cuencas, uniones, tramos y salida de la cuenca).Así mismo una representación del hidrográma de salida (ver Grafica 7). Sub cuenca Area Drenaje ( km km2) Q Pico ( m3 m3 / s) s) SC 1 84 ,32 225,9 SC 2 87,71 224 ,8 SC 3 4 7,86 136 ,3 SC 4 4 6 ,17 178,5 SC 5 93,22 273,0 SC 6 72,4 7 139,1 SC 7 4 4 ,75 203,5

T Pi Pico Volumen ( mm) 01ene2012, 04 :4 0 4 6 ,19 01ene2012, 04 :50 4 7,11 01ene2012, 04 :20 4 6 ,6 3 01ene2012, 03:10 4 8,2 4 01ene2012, 04 :50 52,99 01ene2012, 07:00 52,55 01ene2012, 03:10 57,05


Union J1 J2 J3 J4 J5

Area Drenaje ( km2) Q Pico ( m3 / s) 172,03 44 9,5 266,06 266 ,06 461,9 46 1,9 359,28 44 3,2 404,03 40 4,03 412,8 476,50 353,8

T Pi Pico Volumen ( mm) 01ene2012, 01ene2012, 04:40 04 :40 46,66 46 ,66 01ene2012, 01ene2012, 07:30 46,93 46 ,93 01ene2012, 01ene2012, 05:30 48,50 01ene2012, 01ene2012, 10:00 49,45 49 ,45 01ene2012, 01ene2012, 12:40 49,80 49 ,80

Tabla 22. Resultados "Run Tr10" uniones de la Cuenca Arroyo Morales.

T ra ramo R1 R2 R3 R4

Area Drenaje ( km km2) Q Pico ( m3 m3 / s) s) 172,03 4 09,1 266,06 368,1 359,28 4 10,4 4 04 ,03 323,6

T Pico Volumen ( mm) 01ene2012, 08:00 4 6,66 01ene2012, 09:4 0 4 6,93 01ene2012, 10:10 4 8,50 01ene2012, 14 :10 4 9,31



32

Gráfica 7. Hidrograma resultante "Run Tr10" Tr10 " de la Cuenca Arroyo Morales.

Salida Cuenca Area Drenaje ( km km2) Q Pico ( m3 m3 / s) s) T Pi Pico Volumen ( mm mm) J5 476,50 353,8 01ene2012, 01ene2012, 12:40 49,80 49 ,80 Tabla 24. Resultados a la salida de la cuenca "Run Tr10" de la Cuenca Arroyo Morales.

3.5.4. Precipitación para Tr50 años años Se muestra a continuación los resultados que se consideran relevantes de la simulación hidrológica para un tiempo de retorno de 50 años de los elementos de la Cuenca Arroyo Morales (sub cuencas, uniones, tramos y salida de la cuenca).Así mismo una representación del hidrográma de salida (ver Grafica 8). Sub cuenca Area Drenaje ( km km2) Q Pico ( m3 m3 / s) s) SC 1 84 ,32 36 5,9 SC 2 87,71 36 1,7 SC 3 4 7,86 220,2 SC 4 4 6 ,17 289,1 SC 5 93,22 4 27,0 SC 6 72,4 7 217,0 SC 7 4 4 ,75 315,0

T Pi Pico Volumen ( mm) 01ene2012, 04 :30 74 ,29 01ene2012, 04 :50 75,4 2 01ene2012, 04 :20 74 ,84 01ene2012, 03:10 76 ,79 01ene2012, 04 :4 0 82,4 6 01ene2012, 06 :50 81,94 01ene2012, 03:10 87,20



33

Union J1 J2 J3 J4 J5

Area Drenaje ( km2) Q Pico ( m3 / s) 172,03 725,7 266,06 266 ,06 744,0 359,28 699,0 699 ,0 404,03 40 4,03 657,2 657,2 476,50 558,7 558,7

T Pi Pico Volumen ( mm) 01ene2012, 01ene2012, 04:40 04 :40 74,87 01ene2012, 01ene2012, 07:30 75,20 75,20 01ene2012, 01ene2012, 05:30 77,08 77,08 01ene2012, 01ene2012, 10:00 78,20 78,20 01ene2012, 01ene2012, 12:50 78,58 78,58

Tabla 26. Resultados "Run Tr50" uniones de la Cuenca Arroyo Morales. Morales.

T ramo R1 R2 R3 R4

Area Drenaje ( km2) Q Pico ( m3 / s) 172,03 659,1 266,06 591,1 359,28 653,8 4 04 ,03 513,1

T Pi Pico Volumen ( mm) 01ene2012, 07:50 74 ,87 01ene2012, 09:4 0 75,20 01ene2012, 10:10 77,08 01ene2012, 14 :10 77,97


Gráfica 8. Hidrograma resultante "Run Tr50 Tr 50"" de la Cuenca Arroyo Morales.

Salida Cuenca Area Drenaje ( km km2) Q Pico ( m3 m3 / s) s) T Pi Pico Volumen ( mm mm) J5 476,50 558,7 558,7 01ene2012, 01ene2012, 12:50 78,58 78,58 Tabla 28. Resultados a la salida de la cuenca "Run Tr50" de la Cuenca Arroyo Morales.


34

4. MODELO HIDRODINAMICO (HEC-RAS) Para el análisis del modelo unidimensional de la red de canales naturales de la Cuenca Arroyo Moralesse implementara el software HEC-RAS que presenta el modelo para la solución de flujo no permanente ya sea de régimensubcrítico, supercrítico o mixto. Esta componente permite simular flujo unidimensional no permanente a través de una red de canales a superficie libre. El solver de de la ecuación de flujo no permanente fue adaptado del modelo UNET desarrollado por Barkau R. (HEC, 2001). 4.1.

FUNDAMENTOS DE CÁLCULO

Siendo HEC-RAS un programa para cálculos primordialmente hidráulicos, sus rutinas de cálculo se basan en 4 ecuaciones desarrolladas hace más de 100 años: Ecuación conservación de masa, Ecuación de conservación de energía, Ecuación de conservación decantidad de movimiento y Ecuación de Manning. A continuación se presentan las expresiones generales para cada una de estas ecuaciones:



Ecuación de continuidad (Conservación de masa)

        : Caudal (m³/s)

A: Área de la sección transversal (m²) V: Velocidad promedio de la sección transversal (m/s) 

Ecuación de conservación de la Energía (Ecuación de Bernoulli) z2



y2



  V2 2g



z1  y1 

  V 1 2  g



hL 12

Z : Elevación del fondo del canal (m) Y : Profundidad de Agua (m) V : Velocidad promedio de la sección transversal (m/s)

: Coeficiente de velocidad o de Coriolis

a



Ecuación de conservación de la cantidad de movimiento F 2

 F 1  W  Sen  F f  F o 



g

 Q  (  2V 2 


 1V 1 )

35

Ilustración 17. Fuerzas presentes en la ecuación ecu ación de cantidad de movimiento (Haestadmethods, 2003).

 : Fuerzas hidrostáticas en las fronteras del volumen de control (N)  Componente del peso de la masa de agua en dirección del flujo (N)  : Fuerza de fricción en las paredes y fondo del canal (N)  : Fuerza de un obstáculo dentro del volumen de control (N) : Coeficiente de cantidad de movimiento o de Boussinesq 

Ecuación de Manning V 

k n

 R h

2 / 3

 S o

1/ 2

k: 1.486 (unidades inglesas) y 1.0 (sistema internacional) n: Coeficiente de rugosidad de Manning  : Radio hidráulico de la sección transversal (m)  : Pendiente promedio del canal

 

Para determinar los perfiles de la superficie de agua, el programa utiliza cuando es debido, el método del paso estándar. Este método es aplicable para canales tanto prismáticos como no prismáticos, incluyendo las adyacentes llanuras de inundación. 

Método del paso Estándar

La técnica es usada para calcular perfiles de superficie de agua en flujo permanente, en condiciones subcríticas y supercríticas. Este método utiliza las ecuaciones de continuidad, energía y Manning para calcular la profundidad o altura de la superficie del agua en determinados determinados lugares a lo l o largo del cauce.La ecuación base para este método es:


36

WSEL2 

2

 2V 2

2  g

 WSEL1 

2

 1V 1

2  g

 hL12

: Elevación de la superficie de agua (z+y)en cada punto (m) : Perdidas entre los dos puntos (m)

Ilustración 18. Variables usadas en el método del paso estándar (Haestadmethods, 2003).

El término de pérdidas incluye las pérdidas generadas por la fricción, así como las generadas por expansiones y contracciones en el canal entre dos puntos a evaluar. hL12



hf

 ho

: Pérdida de energía debida a la fricción entre los dos puntos (m) : Pérdidas debidas a la expansión y contracción entre los dos puntos (m) Las pérdidas por fricción son calculadas a partir de la ecuación de Manning, con la cual se puede calcular la pendiente media de la línea de energía entre los dos puntos en estudio. La multiplicación de la distancia entre los puntos por esta pendiente da las pérdidas por fricción: hf



L  S f

: Pendiente media de la línea de energía entre los dos puntos (m/m) L: Longitud en el sentido del flujo entre los dos puntos en estudio (m)

De la misma manera las perdidas por expansión y contracción, que por lo general son pérdidas menores, se representan mediante la siguiente expresión:


37

ho

 C c ,e

 2V 22 2  g



 1V 12 2  g

 : Coeficientes de contracción y de expansión : Velocidad promedio en la sección aguas abajo (m/s) : Velocidad promedio en la sección aguas arriba (m/s) 4.2.

GEOMETRIC DATA

La geometría del contorno se especifica en términos de perfiles de superficie de tierra y las distancias medidas entre ellos, situados a intervalos a lo largo de la corriente.Los datos geométricos básicos consisten en el establecimiento de la conectividad del sistema del rio (los datos de la sección transversal, la longitud de alcance, los coeficientes de pérdida de energía y corriente, la información de conexiones). Para el modelamiento de la geometría del Arroyo Morales se contó con información del trazado y 58 secciones s ecciones transversales.

Ilustración 19. Geometric Data Arroyo Morales (HEC-RAS).

4.2.1. Cross Section Data Se requiere especificar las propiedades de las secciones trasversales a lo largo del trazado, para caracterizar la capacidad de transporte del flujo de la corriente y su planicie de inundación adyacente. 

DownstreamReachLengt


38

La distancia entre las secciones transversales se encuentra por defecto en la geometría del trazado. 

Manning´sValues

De acuerdo a las especificaciones del suelo y mediante los valores medios de la Tabla 29, que determinan los valores de Manning , se establece para la planicie de inundación un n=0.040 correspondiente correspondiente a áreas cultivadas con cultivos maduros y para la banca del canal un n=0.030 correspondiente a arroyos con fondo de gravas, guijanos y algunos cantos rodados.


39

Tabla 29. Manning n para los canales (Chow, 1959).


40



MainChannelBanckStation

Se indica en el modelo las estaciones que delimitan la banca izquierda y derecha del canal en la sección transversal. 

Cont/ExpCoefficient

Entre los coeficientes de perdida que son utilizados por el programa se encuentran los coeficientes de contracción y expansión con los cuales se puede evaluar las perdidas en las transiciones. De acuerdo a los valores de la Tabla 30 se tomaron los valores correspondientes correspondientes a una transición gradual, teniendo así 0.1 para coef. Contracción y 0.4 para coef. Expansión.

Tabla 30. Coeficientes de expansión y contracción.

Ilustración20. Cross section data, River Station: 16500.00 del Arroyo Morales (HEC-RAS).


41

4.3.

UNSTEADY FLOW DATA

Para llevar a cabo un análisis de flujo inestable se requieren establecer condiciones límite en todas las secciones transversales del trazado del Arroyo Morales que requiera ser modelado, para las secciones externas se establecen los siguientes tipos de condiciones de contorno: Flowhydrograph, Stagehydrograph, Flow /stagehydrograph . En las secciones extremas de aguas abajo el sistema fluvial puede ser modelado con Rating curve, Normal depth, Stagehydrograph, Flowhydrograph, Stage /flowhydrograph

Las condiciones de contorno también se pueden establecer en lugares internos dentro del sistema y se pueden especificar los siguientes tipos tipos de condiciones condiciones de frontera frontera internas en las secciones transversales Lateral inflowHydrograph , Uniform lateral, Inflowhydrograph, Groundwaterinterflow and Internalstage /flowhydrograph.

Partiendo del modelo Hidrológico del Arroyo Morales simulado en el software HEC-HMS, se establecen las secciones transversales que serán las condiciones de contorno en el modelo Hidrodinámico, de acuerdo a la distribución de los hidrográmas de las subcuencas a lo largo del trazado, para cada uno de los tiempos de retorno (Tr2, Tr5, Tr10, Tr50). Tr50). Estación 2 6 200.00 257 25700-1900 00-19000 0 18500.00 18500.00 18000000-420 420 9500. 9500.00 00 7614.28 0.00

Condiciones de Borde Flow Hydrograph Unif Uniform lat lateral Inf Inflow low Late Latera rall Inf Inflo low w hydrog hydrogra raph ph Uni Uniform lateral Inf Inflow Late Latera rall Infl Infloow hydr hydrog ogra raph ph Late Latera rall Infl Infloow hydr hydrog ogra raph ph N ormal Depth

Hidrog rama de Ap orte S C 1- SC SC 2 SC4 SC3 SC6 SC6 SC5 SC7 -

Tabla 31. Condiciones de Borde para UnsteadyFlow Data Arroyo Morales.

Ilustración 21. Condiciones de borde RiverStation: 00.00 del Arroyo Morales (HEC-RAS).

Para mantener estable el modelo hidrodinámico, se establece un flujo base de 20 m³/s en en el hidrográma de la estación aguas arriba 26200 del del trazado del Arroyo Morales.


42

Con el fin de representar el caudal de aporte a lo largo de las 48 horas para las estaciones, que se pueden producir con los diferentes tiempos de retorno (Tr2, Tr5, Tr10 y Tr50), se muestra en las Gráficas9-10-11-12 los correspondientes hidrográmas.

Gráfica 9. Hidrogramas de aporte por estación para Tr2 años del trazado Arroyo Morales (HEC-RAS).



43


Gráfica 12. Hidrogramas de aporte por estación e stación para Tr50 años del trazado Arroyo Morales (HEC-RAS).


44

4.4.

RUN

Se definen las condiciones de la simulación que para el caso de todos los eventos de tiempo de retorno serán los mismos.

Ilustración 22. UnsteadyFlowAnalysis Tr2 Arroyo Morales (HEC-RAS).


45

4.5.

RESULTADOS

4.5.1. Flujo Tr2 Se muestra a continuación los resultados que se consideran relevantes de la simulación hidráulica para un tiempo de retorno de 2 años,a la salida del trazado Arroyo Morales.Así mismo se representa representa el nivel de de los Caudales máximos máximos (ver Ilustración 23)y las Velocidades del canal (ver Grafica 13).

Ilustración 23. Perfil de Caudales máximos Tr2 años Arroyo Morales (HEC-RAS).

Gráfica 13. Velocidades Tr2 años Arroyo Morales (HEC-RAS).


46

Ilustración 24. Resultado de parámetros a la salida del Arroyo Morales para un Tr2 (HEC-RAS).

4.5.2. Flujo Inestable Tr5 Se muestra a continuación los resultados que se consideran relevantes de la simulación hidráulica para un tiempo de retorno de 5 años, a la salida del trazado Arroyo Morales. Así mismo se representa representa el nivel nivel de los Caudales máximos (ver Ilustración 25)y las Velocidades del canal (ver Grafica 14).


47




48


4.5.3. Flujo Inestable Tr10 Se muestra a continuación los resultados que se consideran relevantes de la simulación hidráulica para un tiempo de retorno de10 años, a la salida del trazado Arroyo Morales. Así mismo se representa representa el nivel de los Caudales máximos máximos (ver Ilustración 27)y las Velocidades del canal (ver Grafica 15).


49




50


4.5.4. Flujo Inestable Tr50 Se muestra a continuación los resultados que se consideran relevantes de la simulación hidráulica para un tiempo de retorno de 50 años, a la salida del trazado Arroyo Morales . Así mismo se representa representa el nivel nivel de los Caudales máximos máximos (ver Ilustración 29)y las Velocidades del canal (ver Grafica 16).


51




52


Concluyendo así que los valores más relevantes de los resultados son los presentados a continuación: TR Tr2 tr50 Tr10 Tr50

Q tota otal (m3/s (m3/s)) Vel Tota Total (m/s (m/s)) Max Chl Dpth pth (m) (m) Min Chl EI (m) (m) 280.8 0.35 5.01 1.88 4 39.59 0.39 5.59 1.88 558.16 0.4 1 6.03 1.88 806.29 0.4 4 6.95 1.88

Tabla 32. Resultado de parámetros a la salida de la cuenca River Station:00.00 Arroyo Morales (HEC-RAS).


53

5. DISEÑO RED PLUVIAL 5.1.

LOCALIZACION

La superficie de estudio se localiza en la sub cuenca SC6 de la cuenca Arroyo Morales , posee un área de 19.1434 19.1434 ha, contiene 20 manzanas con pendientes pendientes entre0.784%-0.012%. entre0.784%-0.012%. Para efectos de documento se denomina a esta cuenca C20M.

Ilustración 31. Localización CuencaC20M en la sub cuenca SC6 de la Cuenca Arroyo Morales (Google Earth).

Ilustración 32. Delimitación superficie de la CuencaC20M (Google Earth).

Se implementael software software ISIS MAP, con el cual se obtiene obtiene la caracterización de la superficie de estudio, mediante la división en sub cuencas y el cálculo de sus propiedades. TRABAJO PRACTICO N°1 | INSTALACIONES HIDROMECANICAS

54

Ilustración 33. Cotas de nivel y división en sub cue ncas de la Cuenca C20M (ISIS MAP).

Sub cuenca

Area ( ha)

Ancho ( m)

Largo ( m)

Pendiente %

SC 1 SC 2 SC 3 SC 4 SC 5 SC 6 SC 7 SC 8 SC 9 S C 10 SC 11 S C 12 SC 13 S C 14 SC 15 S C 16 SC 17 SC 18 S C 19 SC 2 0 SC2 1 SC 2 2 SC 2 3 SC2 4 SC 2 5

0.2 719911 0.2 4 6 6 0.4 74 757 0.2 14 4 71 0.356 04 3 0.2 1154 6 0.389 5033 0.2 6 87981 0.2 51185 0.4 2 0179 7 0.4 3782 87 0.4 72 0956 0.534 6 14 7 0.2 6 36 4 86 0.4 2 4 4 14 4 0.5170907 0.4 4 02 889 0.2 92 6 003 0.53812 1 0.4 892 02 7 0.4 9336 51 0.4 76 6 956 0.2 2 6 02 6 5 0.4 4 02 889 0.500836

30.14 4 198 2 6 .3152 2 8 4 8.6 032 96 2 3.7904 6 51.6 004 35 2 2 .584 178 58.7574 75 2 4 .75576 5 31.856 056 4 6. 6.6 08952 4 8.56 6 6 89 52 .36 7787 59.302 795 2 9.2 196 17 64 6 4 .02 3895 78.004 32 9 6 6 .4 186 37.1084 72 59 .6 9 1736 54 .2 6 54 13 54 .72 7133 52 .87804 8 2 5.050039 6 6 .4 186 75.552 2 7

90.2 3 93.71 97.6 8 90.15 6 9.00 93.6 7 6 6 .2 9 108.58 78.85 90.15 90.15 90.15 90.15 90.2 3 6 6 .2 9 6 6 .2 9 6 6 .2 9 78.85 90.15 90.15 90.15 90.15 90.2 3 6 6 .2 9 6 6 .2 9

0.3990 0.4 055 0.4 300 0.6 32 3 0.4 92 8 0.72 6 0 0.4 375 0.7736 0.1776 0.732 1 0.6 988 0.7099 0.4 881 0.6 4 2 8 0.7392 0.784 4 0.5582 0.2 4 10 0.4 99 2 0.5103 0.6 4 34 0.5103 0.5874 0.7090 0.7090

Tabla 33. Propiedades sub cuencas SC1-SC25 Cuenca C20M.


55

Sub cuenca

Area ( ha)

Ancho ( m)

Largo ( m)

Pendiente %

SC 2 6 SC2 7 SC 2 8 SC 2 9 SC 30 SC 31 S C 32 S C 33 SC 34 S C 35 SC 36 S C 37 S C 38 S C 39 SC4 0 SC4 1 SC4 2 SC 4 3 SC4 4 SC 4 5 SC4 6 SC 4 7 SC 4 8 SC4 9

0.4 9 9916 0.2 9 6 379 7 0.52 79803 0.4 9 11551 0.52 94 2 2 3 0.4 36 6 74 4 0.2 330889 0.4 4 8802 3 0.4 773184 0.508536 0.2 7102 37 0.4 75172 6 0.4 7136 02 0.4 82 2 181 0.4 2 91013 0.2 2 2 4 04 5 0.4 2 9 96 6 6 0.510714 4 0.4 4 6 02 97 0.3057532 0.2 6 2 56 07 0.2 550139 0.2 4 8509 6 0.2 32 12 84

75.4 134 86 37.587787 58.56 6 86 6 54 .4 81986 58.72 6 82 2 4 8. 8.4 386 4 7 2 5.832 75 6 7.702 86 6 72 .004 586 76 .713833 34 .372 06 1 52 .709107 52 .2 86 2 12 53.4 9 06 38 4 7.59859 1 2 4 .6 4 86 2 6 4 .86 14 57 77.04 2 4 5 6 7.2 84 6 13 38.776 56 3 2 9.12 4 87 2 8.2 87732 2 7.56 6 2 34 2 5.74 912 9

6 6 .2 9 78.85 90.15 90.15 90.15 90.15 90.2 3 6 6 .2 9 6 6 .2 9 6 6 .2 9 78.85 90.15 90.15 90.15 90.15 90.2 3 6 6 .2 9 6 6 .2 9 6 6 .2 9 78.85 90.15 90.15 90.15 90.15

0.4 2 2 4 0.114 1 0.2 884 0.4 104 0.54 35 0.52 14 0.4 54 4 0.5883 0.4 2 2 4 0.2 112 0.012 7 0.0776 0.2 2 19 0.4 2 15 0.52 14 0.1552 0.2 2 6 3 0.1509 0.04 53 0.1015 0.1553 0.1331 0.4 104 0.4 4 37

Tabla 34. Propiedades sub cuencas SC26-SC49 Cuenca C20M.

5.2.

MODELO SWMM

Éste software es un programa para modelación de eventos hidrológico/hidráulico cuyas rutinas de cálculo se desarrollan sobre los principios de la Conservación de la masa, la Conservación de la cantidad de movimiento, para el cálculo de caudales, velocidades, concentraciones y otras variables de interés sobre intervalos de tiempo discretos, procesos como escorrentía superficial, infiltración, propagación del flujo en la red y el transporte de contaminantes, contaminantes, son simulados usando estos principios. Se carga la imagen del mapa con las divisiones de las sub cuencas creado en ISIS MAP, con el fin de realizar un trazado aproximado de los elementos que componen la cuenca C20M como son los subcatchments, junctions, conduits.


56

Ilustración 34. Subcatchments (SC), Juntions (JU), Conductions (CO) a la salida de la Cuenca C20M (SWMM).

Ilustración 35. Elementos Cuenca C20M (SWMM).


57

5.2.1. Subcatchments Para la Cuenca C20M se crean 49 sub cuencas, que tienen las propiedades geométricas dadas en las Tabla33-Tabla34. Debido a las condiciones condiciones propias de la cuenca, se considera así mismo para todas las sub cuencas: Impermeabilidad70%, Manning Impermeable 0.02, Manning Permeable 0.03 yParámetro de Infiltración con el método de Horton. El aporte de la escorrentía de cada sub cuenca a las uniones se observa en la Tabla 35.

Ilustración 36. Propiedades de las sub cuencas SC1 de la cuenca C20M (SWMM).


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Sub cuen cuenca ca Nodo odo de de sali salid da Sub cuen cuenca ca Nodo odo de de sa salid lida SC1 SC 2 SC 3 SC4 SC 5 SC 6 SC7 SC 8 SC 9 S C 10 S C 11 S C 12 SC 13 S C 14 SC 15 S C 16 SC 17 SC 18 S C 19 SC 2 0 SC21 SC 2 2 SC 2 3 SC24 SC 2 5

JU 5 JU 1 JU 6 JU 2 JU 7 JU 3 JU 8 JU 4 JU 9 JU 9 JU 8 JU 7 JU 6 JU 10 JU 11 JU 12 JU 13 JU 14 JU 14 JU 13 JU 2 1 JU 11 JU 15 JU 16 JU 17

SC 2 6 SC 2 7 SC 2 8 SC 2 9 SC 30 SC 31 S C 32 S C 33 SC 34 S C 35 SC 36 S C 37 S C 38 S C 39 SC 4 0 SC 4 1 SC 4 2 SC 4 3 SC 4 4 SC 4 5 SC 4 6 SC 4 7 SC 4 8 SC 4 9 -

JU 18 JU 19 JU 19 JU 18 JU 17 JU 16 JU 2 0 JU 2 1 JU 2 2 JU 2 3 JU 2 4 JU 2 4 JU 2 3 JU 2 2 JU 2 1 JU 2 5 JU 2 6 JU 2 7 JU 2 3 O U T1 O U T1 JU 2 8 JU 2 7 JU 2 6 -

Tabla 35. Nodos de salida de las sub cuencas de la Cuenca C20M.

5.2.2. Junction Se requiere para cada unión la definición de un parámetro muy importante que es la elevación del fondo, para efectos de esta simulación se tomó 1m por debajo de la superficie del terreno (ver Tabla 36).


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Ilustración 37. Propiedades de las uniones Cuenca C20M (SWMM) .

Union

Elevacion

Union

Elevacion

JU1 JU2 JU3 JU4 JU5 JU6 JU7 JU8 JU9 JU10 JU11 JU12 JU13 JU14

13.73 13.68 13.19 11.68 13.83 13.37 12.47 12.4 7 12.13 11.48 13.31 12.77 12.25 11.71 11.71 11.31

JU15 JU16 JU17 JU18 JU19 JU20 JU21 JU22 JU23 JU24 JU25 JU26 JU27 JU28

12.76 12.31 11.72 11.72 11.39 11.19 12.35 11.86 11.45 11.24 11.18 12.13 11.73 11.73 11.36 11.25

Tabla 36. Elevación de fondo de las uniones de la Cuenca C20M.


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5.2.3. Conduit La red de drenaje de esta cuenca en estudio está compuesta por conductos enterrados, que transportan el flujo hasta la salida de la cuenca urbana. Para esta simulación se requieren definir parámetros tales como la forma del conducto Circular , el nodo inicial y final (ver Tabla 37), maxdepth éste varía entre 0.6m-1.0m , longitud del canal 90m , rugosidad del conducto se simula PVC 0.015 , la elevación de entrada y salida del conducto que corresponden a las mismas elevaciones de los nodos.

Ilustración 38. Propiedades de los conductos de la Cuenca C20M (SWMM).


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Conducto

Union Aguas Arriba

Union Aguas Aba o

CO 1 CO 2 CO 3 CO 4 CO 5 CO 6 CO 7 CO 8 CO 9 C O 10 C O 11 C O 12 C O 13 C O 14 C O 15 C O 16 C O 17 C O 18 C O 19 CO 20 CO 21 CO 22 C O 23 CO 24 C O 25 CO 26 C O 27 C O 28

JU 1 JU 2 JU 3 JU 5 JU 6 JU 7 JU 8 JU 10 JU 11 JU 12 JU 13 JU 15 JU 16 JU 17 JU 18 JU 2 0 JU 2 1 JU 2 2 JU 2 3 JU 2 5 JU 2 6 JU 2 7 JU 2 8 JU 4 JU 9 JU 14 JU 19 JU 2 4

JU 2 JU 3 JU 8 JU 6 JU 7 JU 8 JU 9 JU 11

JU12 JU13 JU 14 JU 16 JU 17 JU 18 JU 19 JU 2 1 JU 2 2 JU 2 3 JU 2 4 JU 2 6 JU 2 7 JU 2 8 JU 2 3 JU 9 JU 14 JU 19 JU 2 4 O U T1

Tabla 37. Unión aguas arriba/abajo de los conductos Cuenca C20M.

5.2.4. Rain Gages Ahora es necesario definir la precipitación, se deben ingresar losdatos que describenel evento de lluvia tales como,el formato de lluvia a ingresar Intensidad , intervalo de tiempo 00:10 hrs de acuerdo a la serie de datos de la Tabla 3en la columna de Tr10. Con esto se procede a ingresar los valores del hietograma en Time Series Editor (ver Ilustración 39).


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Ilustración 39. Propiedades del evento de lluvia Tr10 años Cuenca C20M (SWMM).

5.2.5. Run Para proceder a ejecutar la simulación es necesario definir algunas opciones de análisis, dichas opción en corresponden a ajustes de parámetros de simulación tales como los pasos de cálculo, elección de métodos de propagación de flujo en la red, entre otros (ver Tabla 38).Igualmente se tiene como tiempo de análisis 24 hrs , con un enrutamiento de 20s. Simulation Simulation General Rainfall Rainfall// Runoff-Flow Runoff- Flow Routing outin g Process Proc ess Models Models Report Report input inpu t periods Miscellaneous Infiltration Model Horton Kinemati Kin ematicc wave Routing Model Simulation Dynamic Wave Wave Inertial terms keep Define supercritical super critical flow by slope Force main equation Hazen-Williams 75% Variable time step Tabla 38. Opciones de simulación Cuenca C20M.

Una vez terminado el ingreso de toda la información, se procede a seleccionar el Runsimulation, una vez finalizada señala los posibles errores de continuidad o simplemente indica que la simulación se realizó sin ningún contratiempo. TRABAJO PRACTICO N°1 | INSTALACIONES HIDROMECANICAS

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Ilustración 40. Información de la simulación realizada (SWMM).

5.2.6. Resultados Para simplificar la muestra de resultados, éstos se basaran en el conducto principal entre los Nodo JU4-OUT1, conteniendo los conductos CO24-CO28, siendo este el crítico ya que aquí llega toda la escorrentía de las cuencas. Con el control Profileplot, se puede observar la variación de la lámina de agua en un instante determinado de la simulación (ver Ilustración 3).

Ilustración 41. Altura de la lámina de agua conducto CO24-CO28 en el tiempo 01:10:00 hrs de la simulación (SWMM).

Los gráficos de series de tiempo muestran la variación de los parámetros a través del tiempo de simulación en gráficos (ver Graficas 17-18-19). TRABAJO PRACTICO N°1 | INSTALACIONES HIDROMECANICAS

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Gráfica 17. Hidrogramas de los conductos CO24-CO28 de la Cuenca C20M (SWMM).

Gráfica 18. Velocidades de los conductos CO24-CO28 de la Cuenca C20M (SWMM).

Gráfica 19. Relación entre el caudal y el nivel de carga aguas abajo del conducto CO28 de la C20M (SWMM).


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A continuación se muestran la variación de algunos parámetros relevantes para todo el sistema de drenaje para la Cuenca C20M:

Gráfica 20. Perdidas del sistema de drenaje Cuenca C20M (SWMM).

Gráfica 21. Escorrentía del sistema de drenaje Cuenca C20M (SWMM).


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BIBLIOGRAFIA CURSO DE ANALISIS Y REHABILITACION DE REDES DE ALCANTARILLADO MEDIANTE EL CODIGO SWMM 5.0.Universidad 5.0. Universidad de Cataluña, España. Flumen (2007). FUNDAMENTOS DE HIDROLOGÍA DE SUPERFICIE. Aparicio Francisco. Francisco. Grupo Noriega Editores (1992). HEC.HMS, HYDROLOGIC MODELING SYSTEM.Us SYSTEM. Us Army Corps of Engineers (2010). HEC-HMS, MANUAL ELEMENTAL. ELEMENTAL. Sánchez Román. Departamento de Geología, Universidad de Salamanca, España. HEC-RAS RIVER ANALYSIS SYSTEM.Us SYSTEM. Us Army Corps of Engineers (2008). LA CUENCA DEL RIO MATANZA RIACHUELO. RIACHUELO . MalpartidaAlejandro.Universidad Tecnológica Nacional. MANUAL ARCGIS 9.2.HernándezJaimes, 9.2. HernándezJaimes, Montaner Daniel. (2008). MANUAL INTRODUCTORIO A HEC-RAS.Sánchez HEC-RAS. Sánchez Román. Departamento de Geología, Universidad de Salamanca, España (2007). MODELO DE GESTIÓN DE AGUAS PLUVIALES, SWMM 5.0. multidisciplinario de Modelación de Fluidos (2005).

Grupo

THE BRUNHES-MATUYAMA BOUNDARY IN PLEISTOCENE SEDIMENTS OF BUENOS AIRES PROVINCE, ARGENTINA.Nabel ARGENTINA. Nabel Paulina. Quaternary International (1993).


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ANEXOS A. IMPLEMENTACION SIMULACION CONTINUA (HEC-HMS). B. INCORPORACION PUENTE EN ARROYO MORALES (HEC-RAS).


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TP1 Modelacion

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