17 DE NOVIEMBRE DE 2021 CÁLCULO DEL CAUDAL SÓLIDO OBRAS HIDRÁULICAS EST. JONNATHAN ANTONIO ENRIQUEZ ENRIQUEZ UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA Campus Cuenca Contenido Introducción .................................................................................................................................. 2 Objetivos ....................................................................................................................................... 2 Objetivo general ........................................................................................................................ 2 Objetivo específico. ................................................................................................................... 2 Marco teórico ................................................................................................................................ 2 Cuenca de aporte ...................................................................................................................... 2 Subcuencas ............................................................................................................................ 2 Microcuencas ........................................................................................................................ 2 Quebradas ............................................................................................................................. 3 Cuenca alta ............................................................................................................................ 3 Cuenca media ........................................................................................................................ 3 Cuenca baja o zonas transicionales....................................................................................... 3 Caudal Solido ............................................................................................................................. 3 Método de la Malla de puntos .................................................................................................. 3 Procedimiento ............................................................................................................................... 3 Calculo de la escala ................................................................................................................... 3 Áreas.......................................................................................................................................... 5 Área de la cuenca de aporte del rio Machángara ................................................................. 5 Área de la cuenca de aporte del rio Yanuncay ...................................................................... 5 Área de la cuenca de aporte del rio Tomebamba ................................................................. 6 Área de la cuenca de aporte del rio Tarqui ........................................................................... 6 Caudal Solido ............................................................................................................................. 6 Sedimentos arrastrados por el rio Machángara.................................................................... 6 Sedimentos arrastrados por el rio Yanuncay ........................................................................ 7 Sedimentos arrastrados por el rio Tomebamba ................................................................... 7 Sedimentos arrastrados por el rio Tarqui ............................................................................. 7 Resultados ..................................................................................................................................... 8 Áreas de las cuencas de aporte obtenidas usando el método cuadriculado. ........................... 8 Resultados del caudal sólido ..................................................................................................... 8 Conclusiones ................................................................................................................................. 8 Bibliografía .................................................................................................................................... 9 1 Introducción Los sedimentos son transportados por el agua de diferentes maneras, estos se ponen en movimiento debido a la erosión y arrastre del agua, los sedimentos llegan a los ríos donde son arrastrados por la corriente, en estos cuerpos de agua forman el caudal sólido. Para calcular los sedimentos arrastrados por el rio es necesario conocer el área de la cuenca de aporte del rio. Esta área se determina de distintas maneras, entre ellas el método cuadriculado el cual consiste en dibujar el mapa de la cuenca hidrográfica sobre una superficie milimetrada para mediante ella poder calcular el área, todo esto con el fin de calcular el caudal sólido. Objetivos Objetivo general ❖ Determinar el caudal solido correspondiente a los ríos Machángara, Yanuncay, Tomebamba y Tarqui. Objetivo específico. ❖ Obtener el mapa de la cuenca des aportes correspondientes a los ríos Machángara, Yanuncay, Tomebamba y Tarqui. ❖ Escalar el mapa para ser impreso en una hoja A3. ❖ Usar el método de la malla de puntos para calcular el área de la cuenca de aporte. ❖ Calcular el caudal solido correspondiente a los ríos Machángara, Yanuncay, Tomebamba y Tarqui. Marco teórico Cuenca de aporte es una unidad geográfica e hidrológica, formada por un rio principal y todos sus territorios asociados entre el origen del rio y su desembocadura. Además, la cuenca hidrográfica incluye el área y los ecosistemas asociados a esta. Dentro de los términos que generalmente se utilizan, para definir e identificar los componentes que identifican las características de una cuenca tenemos: Subcuencas Conjunto de microcuencas que drenan a un solo cauce con caudal fluctuante pero permanente. Microcuencas Una microcuenca es toda área en la que su drenaje va a dar al cauce principal de una Subcuenca; es decir, que una Subcuenca está dividida en varias microcuencas. 2 Quebradas Es toda área que desarrolla su drenaje directamente a la corriente principal de una microcuenca. Cuenca alta Corresponde generalmente a las áreas montañosas o cabeceras de los cerros, limitadas en su parte superior por las divisorias de aguas. Cuenca media Donde se juntan las aguas recogidas en las partes altas y en donde el río principal mantiene un cauce definido. Cuenca baja o zonas transicionales Donde el río desemboca a ríos mayores o a zonas bajas tales como estuarios y humedales. Caudal Solido Se compone de los sedimentos arrastrados por las corrientes del rio, estos sedimentos provienen de la erosión provocada en su mayoría por el agua de las precipitaciones. Método de la Malla de puntos La Cuadricula: es un método practico para realizar dibujos con precisión a la escala deseada, escala natural o real 1:1 el detalle del dibujo es cuadro a cuadro; de ampliación al doble 2:1, el detalle de la escala real en la cuadricula se aumenta al doble y escala de reducción 1:2 el detalle de la cuadricula de la escala real se reduce a la mitad. El cálculo del área a través de la malla de puntos es un procedimiento tradicional y analógico que permite a través una malla de puntos y conociendo la escala del polígono determinar el área. Procedimiento Calculo de la escala Obtuvimos los mapas de las cuencas de aporte correspondientes a los ríos Machángara, Yanuncay, Tomebamba y Tarqui, estas nos fueron proporcionadas por ETAPA en formato A1 con escala 1:100000. 3 Cuencas hidrográficas del Azuay El mapa se imprimió en Formato A3 por ello fue necesario calcular el factor de escala. entonces: 𝐴1 − 50% − 𝐴3 𝐴1 𝑒𝑠 𝑎 1: 100000 Por ende 𝐴3 𝑒𝑠 𝑎 𝐴3 𝑒𝑠 𝑎 𝐴3 𝑒𝑠 𝑎 1 : 100000 2 1: 2(100000) 1: 200000 Ergo la escala correspondiente en A3 es de 1:200000 Aplicación del método de la Malla de puntos 4 El procedimiento correspondiente a este apartado podrá observarse en los anexos. Áreas Área de la cuenca de aporte del rio Machángara Machángara Número de puntos 299 Número de cuadros 7475 Área de un cuadro 40000000000 mm2 Área de la Cuenca 2.99E+14 mm2 Área de la Cuenca 299000000 m2 Área de la Cuenca 29900 ha Área de la Cuenca 115.4440154 mi2 Error 8% Área de la cuenca de aporte del rio Yanuncay Yanuncay Número de puntos 393 Número de cuadros 9825 Área de un cuadro 40000000000 mm2 Área de la Cuenca 3.93E+14 mm2 Área de la Cuenca 393000000 m2 Área de la Cuenca 39300 ha Área de la Cuenca 151.7374517 mi2 Error 5% 5 Área de la cuenca de aporte del rio Tomebamba Tomebamba Número de puntos 370 Número de cuadros 9250 Área de un cuadro 40000000000 mm2 Área de la Cuenca 3.7E+14 mm2 Área de la Cuenca 370000000 m2 Área de la Cuenca 37000 ha Área de la Cuenca 142.8571429 mi2 Error 3% Área de la cuenca de aporte del rio Tarqui Tarqui Número de puntos 460 Número de cuadros 11500 Área de un cuadro 40000000000 mm2 Área de la Cuenca 4.6E+14 mm2 Área de la Cuenca 460000000 m2 Área de la Cuenca 46000 ha Área de la Cuenca 177.6061776 mi2 Error 3% Caudal Solido Sedimentos arrastrados por el rio Machángara 𝑆= 519 𝐴0.28 Donde 𝑆 = 𝑆𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑙 𝑟𝑖𝑜 𝑒𝑛 ( 𝐴 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑎 𝑒𝑛 (𝑚𝑖 2 ) Entonces 6 𝐴𝑐𝑟𝑒𝑠 ) 𝑃𝑖𝑒𝑠 𝑆= 519 115.4440.28 𝑆 = 137.310 𝑎𝑐𝑟𝑒𝑠/𝑝𝑖𝑒𝑠 Sedimentos arrastrados por el rio Yanuncay 𝑆= 519 𝐴0.28 Donde 𝑆 = 𝑆𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑙 𝑟𝑖𝑜 𝑒𝑛 ( 𝐴𝑐𝑟𝑒𝑠 ) 𝑃𝑖𝑒𝑠 𝐴 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑎 𝑒𝑛 (𝑚𝑖 2 ) Entonces 𝑆= 519 151.7370.28 𝑆 = 127.192 𝑎𝑐𝑟𝑒𝑠/𝑝𝑖𝑒𝑠 Sedimentos arrastrados por el rio Tomebamba 𝑆= 519 𝐴0.28 Donde 𝑆 = 𝑆𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑙 𝑟𝑖𝑜 𝑒𝑛 ( 𝐴𝑐𝑟𝑒𝑠 ) 𝑃𝑖𝑒𝑠 𝐴 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑎 𝑒𝑛 (𝑚𝑖 2 ) Entonces 𝑆= 519 142.8570.28 𝑆 = 129.358 𝑎𝑐𝑟𝑒𝑠/𝑝𝑖𝑒𝑠 Sedimentos arrastrados por el rio Tarqui 𝑆= 519 𝐴0.28 Donde 𝑆 = 𝑆𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑙 𝑟𝑖𝑜 𝑒𝑛 ( 𝐴 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑎 𝑒𝑛 (𝑚𝑖 2 ) Entonces 𝑆= 519 177.6060.28 𝑆 = 121.707 𝑎𝑐𝑟𝑒𝑠/𝑝𝑖𝑒𝑠 7 𝐴𝑐𝑟𝑒𝑠 ) 𝑃𝑖𝑒𝑠 Resultados Áreas de las cuencas de aporte obtenidas usando el método cuadriculado. Área de las Cuencas de aporte (ha) Área Real (ha) Área Aproximada (ha) Error Machángara 32500 29900 8% Yanuncay 41472 39300 5% Tomebamba 38041 37000 3% Tarqui 47630 46000 3% Resultados del caudal sólido Caudal Sólido Area (mi2) Caudal Sólido (acres/pies) Machángara 115.4440154 137.3103768 Yanuncay 151.7374517 127.1924631 Tomebamba 142.8571429 129.3584518 Tarqui 177.6061776 121.7079925 Conclusiones El método Cuadriculado es muy exacto al momento de calcular el área de una cuenca de aporte, este sería una gran opción en caso de no contar con una cuenca definida ni un área de aporte clara para lograr diseños factibles de distintas obras hidráulicas ligadas al área de la cuenca de aporte. En cuanto al caudal sólido este varia con respecto al área de aporte de la cuenca hidrográfica correspondiente a un cuerpo de agua determinado, esto se debe a que mientras mas grande la cuenca de aporte los sólidos sedimentables se precipitan al fondo del cause de los cuerpos de agua por lo que no son arrastrados por la corriente e integrados al caudal sólido. 8 Bibliografía Azuay, D. (n.d.). DIAGNÓSTICO DEL INVENTARIO DE RECURSOS HÍDRICOS EN LA PROVINCIA. https://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/3680/1/UPSCT002575.pdf El uso de la malla de puntos para calcular áreas (incluye malla de puntos). (2016, September 15). Ordenación Y Gestión En Cuencas Hidrográficas.; Ordenación y Gestión en Cuencas Hidrográficas. https://portafoliopedrotrejo.wordpress.com/2016/09/15/el-uso-de-la-malla-depuntos-para-calcular-areas-incluye-malla-de-puntos/ UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS ESCUELA DE INGENIERÍA AMBIENTAL “ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO HIDROLÓGICO Y ESTADO ACTUAL DEL RECURSO HÍDRICO EN LAS CUENCAS DEL RÍO TOMEBAMBA Y YANUNCAY DURANTE EL AÑO 2015” AUTORES. (n.d.). Retrieved November 18, 2021, from http://dspace.ucuenca.edu.ec/bitstream/123456789/27757/1/PROYECTO%20T% c3%89CNICO%20COMPLETO.pdf Anexos 9
