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Caudales m�ximos con varios periodos de retorno de una microcuenca del cant�n Rocafuerte (Manab�, Ecuador)

 

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

 

Vaz�es m�ximas com v�rios per�odos de retorno de uma microbacia do cant�o Rocafuerte (Manab�, Equador)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: dayannecm93@gmail.com

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas �

Art�culo de Investigaci�n

 

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

 

         I.            Universidad T�cnica de Manab�, Instituto de Postgrado, Programas de Postgrado, Maestr�a de Investigaci�n en Prevenci�n y Gesti�n de Riesgos, Ingeniera Hidr�ulica, Portoviejo, provincia de Manab�, Ecuador.

       II.            Universidad Laica Eloy Alfaro de Manab�, M�ster Universitario en Hidrolog�a y Gesti�n de los Recursos H�dricos, Ingeniero Hidr�ulico, Docente de la Facultad de Ingenier�a Civil en la Universidad Laica Eloy Alfaro de Manab�, Manta, Ecuador.

     III.            Universidad T�cnica de Manab�, Instituto de Postgrado, Coordinadora del Programas de Postgrado, Maestr�a de Investigaci�n en Prevenci�n y Gesti�n de Riesgos, M�ster en Administraci�n de Empresas, Ingeniera Industrial Docente de la Facultad de Ingenier�a Zoot�cnica, Portoviejo, provincia de Manab�, Ecuador.

 

 

 

 

 

Resumen

Los caudales m�ximos son de suma importancia ya que sirven para saber la cantidad de precipitaci�n que cae en una determinada �rea, adem�s de esto se aplican para los c�lculos de dise�os de obras hidr�ulicas, Este art�culo tiene como prop�sito, presentar el estudio para obtener caudales m�ximos en varios periodos de retorno en una microcuenca que incluye la zona urbana del cant�n Rocafuerte, provincia de Manab�, Ecuador, el cual servir� como un instrumento para los c�lculos de futuros proyectos hidr�ulicos que se requieran en el �rea en cuesti�n. Se incluye la l�nea base del estudio, en el que se encuentra la ubicaci�n general del sitio de inter�s, y la descripci�n de las condiciones existentes del �rea objeto de an�lisis, adem�s contiene la descripci�n general de la informaci�n a emplear en los varios par�metros de estudios, se presenta el modelo metodol�gico utilizado en el estudio de �ndole hidrol�gico de la zona que contiene: a) recolecci�n de informaci�n t�cnica servible, b) obtenci�n de par�metros para c�lculos, c) utilizaci�n del m�todo racional, Como resultado se tiene en detalle la determinaci�n de los caudales m�ximos instant�neos, asociado a diferentes periodos de retorno de la microcuenca, adem�s un mapa de flujo de superficie, que se realiz� mediante un software de an�lisis de procesamientos geoespaciales. Esta informaci�n, posteriormente, incidir� en proponer y preparar medidas que sirvan para mitigar y reducir los efectos de inundaciones en el �rea urbana del cant�n Rocafuerte, provincia Manab�, Ecuador.

Palabras Clave: Caudales m�ximos; hidrol�gico; 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 vaz�es m�ximas s�o de grande import�ncia, pois servem para conhecer a quantidade de precipita��o que cai em uma determinada �rea, al�m disso s�o aplicadas para os c�lculos de projetos de obras hidr�ulicas. escoa em v�rios per�odos de retorno em uma microbacia que inclui a �rea urbana do cant�o Rocafuerte, prov�ncia de Manab�, Equador, que servir� de instrumento para os c�lculos de futuros projetos hidr�ulicos necess�rios na �rea em quest�o. A linha de base do estudo est� inclu�da, na qual se encontra a localiza��o geral do local de interesse, e a descri��o das condi��es existentes da �rea em an�lise, cont�m tamb�m a descri��o geral das informa��es a serem utilizadas nos v�rios estudos. , apresenta-se o modelo metodol�gico utilizado no estudo hidrol�gico da �rea, contendo: a) coleta de informa��es t�cnicas �teis, b) obten��o de par�metros para c�lculos, c) utiliza��o do m�todo racional, vaz�es m�ximas instant�neas, associadas a diferentes per�odos de retorno da microbacia, bem como um mapa de vaz�es superficiais, que foi realizado por meio de software de an�lise de processamento geoespacial. Esta informa��o, posteriormente, afetar� a proposta e prepara��o de medidas que sirvam para mitigar e reduzir os efeitos das inunda��es na �rea urbana do cant�o Rocafuerte, prov�ncia de Manab�, Equador.

Palavras-chave: Vaz�es m�ximas; hidrol�gico; tempo de retorno; microbacia; Rocha forte; inunda��es.

 

 

 

Introducci�n

Los proyectos de ingenier�a aprovechamiento h�drico requieren de informaci�n hidrol�gica 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 determinaci�n de las escorrent�as y c�lculos de obtenci�n h�drica de las cuencas. Con el prop�sito de rebajar esta escenario, en la pr�ctica, se acude a modelos emp�ricos y semi-emp�ricos creados en otros pa�ses (Sandoval Erazo & Aguilera Ortiz, 2014). El art�culo tiene como fin la obtenci�n de caudales m�ximos en una microcuenca.

Ubicaci�n:

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

Descripci�n 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.

 

 

 

 

 

 

 

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Figura 1: Microcuenca Rocafuerte

 

 

Materiales y M�todos

Recopilaci�n, revisi�n y an�lisis de informaci�n:

El estudio se realiz� con informaci�n secundaria recopilada y recomendaciones de las normas actuales ecuatorianas. La informaci�n secundaria se obtuvo de los siguientes documentos: a) Coeficientes para el c�lculo de las Curvas de Intensidad � Duraci�n � Frecuencia INAMHI 2015Versi�n 2019 puesto que en la zona no hay una estaci�n cercana que cumpla la condiciones para la generaci�n de estos datos se asumi� la estaci�n m�s cercana (PORTOVIEJO-UTM COD. M005). b) Sistema topogr�fico referencial. Este estudio presenta a continuaci�n los an�lisis hidrol�gicos realizados, tendientes a encontrar los caudales en eventos de crecientes m�ximas para diferentes periodos de retorno. Para calcular los caudales de drenaje del �rea, se plantea desarrollar el estudio cumpliendo con los siguientes alcances: -Determinaci�n de curvas de intensidad - duraci�n - frecuencia para la zona de proyecto, con el fin de calcular la lluvia de dise�o para diferentes periodos de retorno. -Aplicaci�n de un modelo lluvia-escorrent�a, tipo M�todo Racional, para el c�lculo de los caudales m�ximos instant�neos para diferentes periodos de retorno aferentes a la zona.

Metodolog�a:

La metodolog�a se encamin� a determinar caudales m�ximos instant�neos para diferentes periodos de retorno para el �rea de drenaje en la zona de influencia. Con base en las im�genes 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 caracter�sticas fueron complementadas a trav�s de informaci�n secundaria para definir las caracter�sticas morfol�gicas de la referida cuenca hidrogr�fica, que sirvieron para determinar la respuesta a eventos de precipitaci�n extrema en t�rminos de escorrent�a superficial. El coeficiente de escorrent�a se defini� apropiadamente de caracterizaciones de campo y la norma aplicable actual mientras que las intensidades de precipitaci�n de lluvias, como se mencion� con anterioridad, se calcularon a partir de las curvas Intensidad � Duraci�n � 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 cuesti�n. Para determinar los caudales m�ximos instant�neos asignados a diferentes periodos de retorno se utiliz� el m�todo Racional, dado el tama�o menor de la cuenca, ya que la norma dice �se aplicar� para �reas con una superficie inferior a 5 km2�. (C�digo Ecuatoriano De La Construcci�n De Parte IX Obras Sanitarias, 06-1992-08-18).

Curvas intensidad-duraci�n-frecuencia:

Esta ecuaci�n puede ser conjugada para diferentes periodos de retorno, y se presenta a continuaci�n:

 

Figura 2: Intensidades M�ximas De La Estaci�n Portoviejo Cod. M0005

 

 

 

 

 

 

 

 

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Figura 3: Curvas de Intensidad � Duraci�n � Frecuencia, Valores (mm/h)

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 4: Curvas de Intensidad � Duraci�n � Frecuencia

 

M�todo Racional:

Como se mencion� previamente en este estudio, para calcular los caudales m�ximos instant�neos en la zona de proyecto se utiliz� el m�todo Racional. La ubicaci�n de la hoya hidrogr�fica aferente al �rea de inter�s presentada en la (figura 1). El referido m�todo est� expresado por la siguiente ecuaci�n:

Q = 0.00278 F C i A

En donde:

Q: Caudal m�ximo de descarga de escorrent�a superficial, m3/s

F: Factor de reducci�n de la lluvia puntual por �rea de drenaje, valor adimensional.

C: Coeficiente de escorrent�a, valor adimensional

i: Intensidad de lluvia, mm/h.

A: �rea de drenaje, ha.

Intensidad de la lluvia:

Este par�metro se fundamenta en la observaci�n de cantidad de mililitros (mm) precipitados en un determinado periodo de tiempo, generalmente en horas. (L�pez, 2019) El valor de la intensidad de lluvia depende del tiempo de concentraci�n de �sta, de la frecuencia del aguacero de dise�o con el cual se dise�en las obras que transportar�n la escorrent�a superficial, y de la precipitaci�n misma ca�da durante el mencionado aguacero. En la (figura 2), se determina la intensidad de la lluvia, mediante la ecuaci�n respectiva.

Coeficiente de escorrent�a:

La escorrent�a 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 m�s alejadas empieza gradualmente a decrecer el caudal al poco tiempo de terminada la precipitaci�n. (Fernanda J. Gaspari , Gabriela E. Senisterra, & Ra�l M. Marlats , 2007). El coeficiente de escorrent�a integra una gran cantidad de variables hidrometeorol�gicas y caracter�sticas de infiltraci�n morfol�gicas del suelo y las condiciones de uso, cobertura y ocupaci�n del suelo. Entre las variables hidrometereol�gicas deben considerarse la intensidad y duraci�n de la precipitaci�n, la lluvia antecedente, la evaporaci�n, etc. Entre las variables de infiltraci�n y morfol�gicas 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 antr�pico), la capacidad de infiltraci�n, el almacenamiento de humedad en el suelo, etc. Entre las variables de condiciones de uso, cobertura y ocupaci�n del suelo deben considerarse las �reas permeables, las �reas impermeables, el tipo y grado de cobertura vegetal, etc. Este coeficiente depende claramente de las caracter�sticas de drenaje de la hoya estudiada. Se ha redefinido el coeficiente de escorrent�a igual a 0.8 (valor medio) para �reas similares (Zonas centrales densamente construidas, con v�as y calzadas pavimentadas) a las que se recomienda en la tabla VIII.4 Valores de C para diversos tipos de superficie (C�digo Ecuatoriano De La Construcci�n De Parte IX Obras Sanitarias, 06-1992-08-18).

�rea de drenaje:

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

Tiempo de Concentraci�n:

El tiempo de concentraci�n, se define como el lapso que toma toda el �rea drenante en aportar a la escorrent�a en la secci�n de salida, asimismo como el intervalo de tiempo en que se produce el caudal m�ximo en dicha secci�n (MANZANO, 2012).� Cuando se utiliza la f�rmula Racional, se debe suponer que el caudal m�ximo ocasionado por una determinada intensidad del aguacero de dise�o sobre un �rea de drenaje espec�fica es producido por el referido aguacero. T�cnicamente, se define este �ltimo como el tiempo de concentraci�n, TC. Desde el punto de vista de la seguridad en la obtenci�n de caudales m�ximos instant�neos, se ha definido la f�rmula de Kirpich para estos c�lculos. Para esta f�rmula, el valor resulta 5 min, por lo que se adopta el valor de 5 minutos.

F�rmula de Kirpich:

TC = 3.9780 x L0.77 x S-0.385

En donde:

TC: Tiempo de concentraci�n de la hoya hidrogr�fica, en min.

L: Longitud del cauce principal, en km.

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

 

 

Resultados y Discusi�n

 

 

 

 

 

 

Figura 5: Caudales M�ximos para varios periodos de retorno (m3/s)

 

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

 

Conclusiones

• El m�todo racional es un instrumento �til para la obtenci�n de todos estos valores.
• Los caudales m�ximos obtenidos son esenciales para el dise�o de obras hidr�ulicas de drenaje que permitan subsanar las inundaciones en el �rea estudiada.
• Al momento de dise�ar obras hidr�ulicas se deben tomar en cuenta todos estos caudales m�ximos para obtener los c�lculos de dise�os acertados.

 

Referencias

1. C�digo Ecuatoriano De La Construcci�n De Parte IX Obras Sanitarias. (06-1992-08-18). Subsecretar�a 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, & Ra�l M. Marlats . (2007). Relaci�n precipitaci�n - escorrent�a y n�mero 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. L�pez, N. A. (2019). ESTIMACI�N DE INTENSIDAD DE LLUVIA PARA EL DESARROLLO DE UN SISTEMA DE ALERTA TEMPRANA ANTE RIESGO POR REMOCI�N DE MASA, EN UN SECTOR DE LA COMUNIDAD DEL CAMPANERO DE LA ZONA 8 DE MIXCO. GUATEMALA.
4. MANZANO, I. D. (2012). APLICACI�N DE UN MODELO HIDROL�GICO PARA SIMULAR EL COMPORTAMIENTO DE UNA MICROCUENCA URBANA EN LA CUIDAD DE OCA�A. Colombia.
5. Sandoval Erazo, W. R., & Aguilera Ortiz, E. P. (Diciembre de 2014). Determinaci�n de Caudales en cuencas con poco informaci�n Hidrol�gica. Revista Ciencia UNEMI, 100-110.

 

 

 

 

 

� 2022 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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