Revista Polo del Conocimiento


Polo del Conocimiento

 

 

 

Caudales mximos con varios periodos de retorno de una microcuenca del cantn Rocafuerte (Manab, Ecuador)

 

Maximum flows with several return periods of a micro-basin of the Rocafuerte canton (Manab, Ecuador)

 

Vazes mximas com vrios perodos de retorno de uma microbacia do canto Rocafuerte (Manab, Equador)

 

Dayanne Mara Cedeo-Muoz I
dayannecm93@gmail.com
 https://orcid.org/0000-0002-9944-0131


,Horacio Antonio Cedeo-Muoz II
horacioantonio_3@hotmail.com
https://orcid.org/0000-0001-6799-5979
Susana Dueas III
susanadu2000@yahoo.com
https://orcid.org/0000-0002-0579-4327
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Correspondencia: [email protected]

 

 

Ciencias Tcnicas y Aplicadas

Artculo de Investigacin

 

* Recibido: 23 de julio de 2022 *Aceptado: 12 de agosto de 2022 * Publicado: 02 de septiembre de 2022

 

         I.            Universidad Tcnica de Manab, Instituto de Postgrado, Programas de Postgrado, Maestra de Investigacin en Prevencin y Gestin de Riesgos, Ingeniera Hidrulica, Portoviejo, provincia de Manab, Ecuador.

       II.            Universidad Laica Eloy Alfaro de Manab, Mster Universitario en Hidrologa y Gestin de los Recursos Hdricos, Ingeniero Hidrulico, Docente de la Facultad de Ingeniera Civil en la Universidad Laica Eloy Alfaro de Manab, Manta, Ecuador.

     III.            Universidad Tcnica de Manab, Instituto de Postgrado, Coordinadora del Programas de Postgrado, Maestra de Investigacin en Prevencin y Gestin de Riesgos, Mster en Administracin de Empresas, Ingeniera Industrial Docente de la Facultad de Ingeniera Zootcnica, Portoviejo, provincia de Manab, Ecuador.

 

 

 

 


 

Resumen

Los caudales mximos son de suma importancia ya que sirven para saber la cantidad de precipitacin que cae en una determinada rea, adems de esto se aplican para los clculos de diseos de obras hidrulicas, Este artculo tiene como propsito, presentar el estudio para obtener caudales mximos en varios periodos de retorno en una microcuenca que incluye la zona urbana del cantn Rocafuerte, provincia de Manab, Ecuador, el cual servir como un instrumento para los clculos de futuros proyectos hidrulicos que se requieran en el rea en cuestin. Se incluye la lnea base del estudio, en el que se encuentra la ubicacin general del sitio de inters, y la descripcin de las condiciones existentes del rea objeto de anlisis, adems contiene la descripcin general de la informacin a emplear en los varios parmetros de estudios, se presenta el modelo metodolgico utilizado en el estudio de ndole hidrolgico de la zona que contiene: a) recoleccin de informacin tcnica servible, b) obtencin de parmetros para clculos, c) utilizacin del mtodo racional, Como resultado se tiene en detalle la determinacin de los caudales mximos instantneos, asociado a diferentes periodos de retorno de la microcuenca, adems un mapa de flujo de superficie, que se realiz mediante un software de anlisis de procesamientos geoespaciales. Esta informacin, posteriormente, incidir en proponer y preparar medidas que sirvan para mitigar y reducir los efectos de inundaciones en el rea urbana del cantn Rocafuerte, provincia Manab, Ecuador.

Palabras Clave: Caudales mximos; hidrolgico; tiempo de retorno; microcuenca; Rocafuerte; inundaciones.

 

Abstract

The maximum flows are of great importance since they serve to know the amount of precipitation that falls in a certain area, in addition to this they are applied for the calculations of hydraulic works designs, This article has the purpose of presenting the study to obtain maximum flows in several return periods in a micro-basin that includes the urban area of ​​the Rocafuerte canton, province of Manab, Ecuador, which will serve as an instrument for the calculations of future hydraulic projects that are required in the area in question. The baseline of the study is included, in which the general location of the site of interest is found, and the description of the existing conditions of the area under analysis, it also contains the general description of the information to be used in the various study parameters. , the methodological model used in the hydrological study of the area is presented, containing: a) collection of useful technical information, b) obtaining parameters for calculations, c) use of the rational method, As a result, the determination of the instantaneous maximum flows, associated with different return periods of the micro-basin, as well as a surface flow map, which was carried out using geospatial processing analysis software. This information, later, will affect the proposal and preparation of measures that serve to mitigate and reduce the effects of flooding in the urban area of ​​the Rocafuerte canton, Manab province, Ecuador.

Keywords: Maximum flows; hydrological; return time; micro-basin; Strong rock; floods.

 

Resumo

As vazes mximas so de grande importncia, pois servem para conhecer a quantidade de precipitao que cai em uma determinada rea, alm disso so aplicadas para os clculos de projetos de obras hidrulicas. escoa em vrios perodos de retorno em uma microbacia que inclui a rea urbana do canto Rocafuerte, provncia de Manab, Equador, que servir de instrumento para os clculos de futuros projetos hidrulicos necessrios na rea em questo. A linha de base do estudo est includa, na qual se encontra a localizao geral do local de interesse, e a descrio das condies existentes da rea em anlise, contm tambm a descrio geral das informaes a serem utilizadas nos vrios estudos. , apresenta-se o modelo metodolgico utilizado no estudo hidrolgico da rea, contendo: a) coleta de informaes tcnicas teis, b) obteno de parmetros para clculos, c) utilizao do mtodo racional, vazes mximas instantneas, associadas a diferentes perodos de retorno da microbacia, bem como um mapa de vazes superficiais, que foi realizado por meio de software de anlise de processamento geoespacial. Esta informao, posteriormente, afetar a proposta e preparao de medidas que sirvam para mitigar e reduzir os efeitos das inundaes na rea urbana do canto Rocafuerte, provncia de Manab, Equador.

Palavras-chave: Vazes mximas; hidrolgico; tempo de retorno; microbacia; Rocha forte; inundaes.

 

 

 

Introduccin

Los proyectos de ingeniera aprovechamiento hdrico requieren de informacin hidrolgica para su apropiado dimensionamiento. En Ecuador se cuenta con datos de precipitaciones y, diminutamente de caudales que lleven registros, lo que a su vez dificulta la determinacin de las escorrentas y clculos de obtencin hdrica de las cuencas. Con el propsito de rebajar esta escenario, en la prctica, se acude a modelos empricos y semi-empricos creados en otros pases (Sandoval Erazo & Aguilera Ortiz, 2014). El artculo tiene como fin la obtencin de caudales mximos en una microcuenca.

Ubicacin:

El sitio del proyecto en estudio se encuentra localizado en la zona urbana de la ciudad de Rocafuerte, provincia de Manab, Ecuador. Los lmites de la cuenca de aporte quedan delimitados por las cotas superiores y sus lneas divisorias, para esta rea se delimito de tal manera que incluye la mayora del casco urbano.

Descripcin general del terreno de influencia:

El rea actual que se estudiara es un rea con pendientes suaves y fuertes, el rea de estudio es de aproximadamente 430Ha, con cotas mayores (aproximadamente igual a 41 msnm) y menores (aproximadamente igual a 11 msnm). En el rea de influencia se encuentran construcciones, asentamientos y desarrollo urbano.

 

Fuente: Autores.

 

 

 

 

 

 

 

Figura 1: Microcuenca Rocafuerte

 

 

Materiales y Mtodos

Recopilacin, revisin y anlisis de informacin:

El estudio se realiz con informacin secundaria recopilada y recomendaciones de las normas actuales ecuatorianas. La informacin secundaria se obtuvo de los siguientes documentos: a) Coeficientes para el clculo de las Curvas de Intensidad Duracin Frecuencia INAMHI 2015Versin 2019 puesto que en la zona no hay una estacin cercana que cumpla la condiciones para la generacin de estos datos se asumi la estacin ms cercana (PORTOVIEJO-UTM COD. M005). b) Sistema topogrfico referencial. Este estudio presenta a continuacin los anlisis hidrolgicos realizados, tendientes a encontrar los caudales en eventos de crecientes mximas para diferentes periodos de retorno. Para calcular los caudales de drenaje del rea, se plantea desarrollar el estudio cumpliendo con los siguientes alcances: -Determinacin de curvas de intensidad - duracin - frecuencia para la zona de proyecto, con el fin de calcular la lluvia de diseo para diferentes periodos de retorno. -Aplicacin de un modelo lluvia-escorrenta, tipo Mtodo Racional, para el clculo de los caudales mximos instantneos para diferentes periodos de retorno aferentes a la zona.

Metodologa:

La metodologa se encamin a determinar caudales mximos instantneos para diferentes periodos de retorno para el rea de drenaje en la zona de influencia. Con base en las imgenes satelitales existentes para la zona se determin el rea de drenaje de la hoya aferente a la zona en estudio por todos los lados aportantes; sus caractersticas fueron complementadas a travs de informacin secundaria para definir las caractersticas morfolgicas de la referida cuenca hidrogrfica, que sirvieron para determinar la respuesta a eventos de precipitacin extrema en trminos de escorrenta superficial. El coeficiente de escorrenta se defini apropiadamente de caracterizaciones de campo y la norma aplicable actual mientras que las intensidades de precipitacin de lluvias, como se mencion con anterioridad, se calcularon a partir de las curvas Intensidad Duracin Frecuencia, I-D-F con sus respectivas ecuaciones, definidas por el INAMHI, para la zona de estudio, las cuales fueron calculadas en base a las coordenadas del lugar en cuestin. Para determinar los caudales mximos instantneos asignados a diferentes periodos de retorno se utiliz el mtodo Racional, dado el tamao menor de la cuenca, ya que la norma dice se aplicar para reas con una superficie inferior a 5 km2. (Cdigo Ecuatoriano De La Construccin De Parte IX Obras Sanitarias, 06-1992-08-18).

Curvas intensidad-duracin-frecuencia:

Esta ecuacin puede ser conjugada para diferentes periodos de retorno, y se presenta a continuacin:

 

Figura 2: Intensidades Mximas De La Estacin Portoviejo Cod. M0005

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

 

 

Figura 3: Curvas de Intensidad Duracin Frecuencia, Valores (mm/h)

 

 

 

 

 

 

 

 


Figura 4: Curvas de Intensidad Duracin Frecuencia

 

Mtodo Racional:

Como se mencion previamente en este estudio, para calcular los caudales mximos instantneos en la zona de proyecto se utiliz el mtodo Racional. La ubicacin de la hoya hidrogrfica aferente al rea de inters presentada en la (figura 1). El referido mtodo est expresado por la siguiente ecuacin:

Q = 0.00278 F C i A

En donde:

Q: Caudal mximo de descarga de escorrenta superficial, m3/s

F: Factor de reduccin de la lluvia puntual por rea de drenaje, valor adimensional.

C: Coeficiente de escorrenta, valor adimensional

i: Intensidad de lluvia, mm/h.

A: rea de drenaje, ha.

Intensidad de la lluvia:

Este parmetro se fundamenta en la observacin de cantidad de mililitros (mm) precipitados en un determinado periodo de tiempo, generalmente en horas. (Lpez, 2019) El valor de la intensidad de lluvia depende del tiempo de concentracin de sta, de la frecuencia del aguacero de diseo con el cual se diseen las obras que transportarn la escorrenta superficial, y de la precipitacin misma cada durante el mencionado aguacero. En la (figura 2), se determina la intensidad de la lluvia, mediante la ecuacin respectiva.

Coeficiente de escorrenta:

La escorrenta se logra concretar como la cantidad de agua de una tormenta que drena o que fluye sobre la superficie del suelo. Cuando esta se origina, escurre a los cauces aumentando su volumen; a medida que el agua llega de las zonas ms alejadas empieza gradualmente a decrecer el caudal al poco tiempo de terminada la precipitacin. (Fernanda J. Gaspari , Gabriela E. Senisterra, & Ral M. Marlats , 2007). El coeficiente de escorrenta integra una gran cantidad de variables hidrometeorolgicas y caractersticas de infiltracin morfolgicas del suelo y las condiciones de uso, cobertura y ocupacin del suelo. Entre las variables hidrometereolgicas deben considerarse la intensidad y duracin de la precipitacin, la lluvia antecedente, la evaporacin, etc. Entre las variables de infiltracin y morfolgicas del suelo deben considerarse el grado de humedad y encharcamiento antecedente, la pendiente, la existencia de depresiones que permitan almacenamientos superficiales de agua, las posibilidades de escurrimiento encauzado (natural o antrpico), la capacidad de infiltracin, el almacenamiento de humedad en el suelo, etc. Entre las variables de condiciones de uso, cobertura y ocupacin del suelo deben considerarse las reas permeables, las reas impermeables, el tipo y grado de cobertura vegetal, etc. Este coeficiente depende claramente de las caractersticas de drenaje de la hoya estudiada. Se ha redefinido el coeficiente de escorrenta igual a 0.8 (valor medio) para reas similares (Zonas centrales densamente construidas, con vas y calzadas pavimentadas) a las que se recomienda en la tabla VIII.4 Valores de C para diversos tipos de superficie (Cdigo Ecuatoriano De La Construccin De Parte IX Obras Sanitarias, 06-1992-08-18).

rea de drenaje:

El rea de drenaje o tributaria corresponde al rea en proyeccin horizontal aferente a la zona de proyecto. Esta rea, como se mencion previamente, se ha cuantificado igual a 430Ha.

Tiempo de Concentracin:

El tiempo de concentracin, se define como el lapso que toma toda el rea drenante en aportar a la escorrenta en la seccin de salida, asimismo como el intervalo de tiempo en que se produce el caudal mximo en dicha seccin (MANZANO, 2012). Cuando se utiliza la frmula Racional, se debe suponer que el caudal mximo ocasionado por una determinada intensidad del aguacero de diseo sobre un rea de drenaje especfica es producido por el referido aguacero. Tcnicamente, se define este ltimo como el tiempo de concentracin, TC. Desde el punto de vista de la seguridad en la obtencin de caudales mximos instantneos, se ha definido la frmula de Kirpich para estos clculos. Para esta frmula, el valor resulta 5 min, por lo que se adopta el valor de 5 minutos.

Frmula de Kirpich:

TC = 3.9780 x L0.77 x S-0.385

En donde:

TC: Tiempo de concentracin de la hoya hidrogrfica, en min.

L: Longitud del cauce principal, en km.

S: Pendiente total del cauce principal, igual a la cada total entre la longitud del cauce principal, en m/m.

 

 

Resultados y Discusin

 

 

 

 

 

 


Figura 5: Caudales Mximos para varios periodos de retorno (m3/s)

 

Se obtienen los caudales mximos para varios periodos de retorno que son 5, 10, 25, 50 y 100 aos, en las unidades de metro cubico sobre segundo (m3/s), para la microcuenca, dichos caudales se obtuvieron mediante el mtodo racional utilizado para cuencas menores a 5km, como las normas del Ecuador lo estipulan, los mismo sirve como herramienta para futuros diseos de obras hdricas ya que actualmente la capacidad de drenaje en la microcuenca es mnima, esto ocasiona que sistema de alcantarillado pluvial no abastezca para el transporte del caudal por precipitaciones mximas. Lo que conlleva a que en precipitaciones extremas con caudales mximos ocasionen inundaciones.

 

Conclusiones

  • El mtodo racional es un instrumento til para la obtencin de todos estos valores.
  • Los caudales mximos obtenidos son esenciales para el diseo de obras hidrulicas de drenaje que permitan subsanar las inundaciones en el rea estudiada.
  • Al momento de disear obras hidrulicas se deben tomar en cuenta todos estos caudales mximos para obtener los clculos de diseos acertados.

 

Referencias

  1. Cdigo Ecuatoriano De La Construccin De Parte IX Obras Sanitarias. (06-1992-08-18). Subsecretara de Saneamiento Ambiental y Obras Sanitarias y el Instituto Ecuatoriano de Obras Sanitarias, IEOS. 5.4.2.1, Ecuador.
  2. Fernanda J. Gaspari , Gabriela E. Senisterra, & Ral M. Marlats . (2007). Relacin precipitacin - escorrenta y nmero de curva bajo diferentes condiciones del uso del suelo. Cuenca Modal del sistema Serrano de Ventana, Argentina. Revista de la Facultad De Ciencias Agrarias, 21-28.
  3. Lpez, N. A. (2019). ESTIMACIN DE INTENSIDAD DE LLUVIA PARA EL DESARROLLO DE UN SISTEMA DE ALERTA TEMPRANA ANTE RIESGO POR REMOCIN DE MASA, EN UN SECTOR DE LA COMUNIDAD DEL CAMPANERO DE LA ZONA 8 DE MIXCO. GUATEMALA.
  4. MANZANO, I. D. (2012). APLICACIN DE UN MODELO HIDROLGICO PARA SIMULAR EL COMPORTAMIENTO DE UNA MICROCUENCA URBANA EN LA CUIDAD DE OCAA. Colombia.
  5. Sandoval Erazo, W. R., & Aguilera Ortiz, E. P. (Diciembre de 2014). Determinacin de Caudales en cuencas con poco informacin Hidrolgica. Revista Ciencia UNEMI, 100-110.

 

 

 

 

 

2022 por los autores. Este artculo es de acceso abierto y distribuido segn los trminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribucin-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).x

 

 

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