aplicaciÓn del software hec 2.1.1

5/8/2018 APLICACIÓN DEL SOFTWARE HEC 2.1.1 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/aplicacion-del-software-hec-211 1/28

APLICACIÓN DEL SOFTWARE HEC-HMS 2.1 AL DISEÑO DE ALIVIADEROS

I.-INTRODUCCION

El aliviadero es una estructura fundamental en la vida útil de una presa, como tal su

diseño se fundamenta en determinar el tránsito de avenida o el tránsito de caudalesque describe el cambio de flujo en función del tiempo (hidrograma Q vs T ), en unpunto de un curso de agua apartir de hidrogramas conocidos en uno o más puntosaguas arriba de una cuenca

Debe tenerse en cuenta que la forma de la onda cambia según se mueve aguas abajo,estos cambios que sufre la onda se deben a contribuciones de agua y a que lasvelocidades en los distintos puntos de la onda son desiguales.

El tránsito de avenidas en reservorios es una técnica que se emplea para conocer elcambio de forma y el desplazamiento en el tiempo del hidrograma de entrada y salidadel reservorio, Para efectuar un tránsito de avenidas en reservorios se debe conocerlas relaciones entre almacenamiento y caudales de salida, para establecer estarelación es necesario manejar dos tipos de curvas: la de elevaciones - volúmenes dealmacenamiento del reservorio, y la de elevaciones - volúmenes de salida por la obra deexcedencias. La primera curva se obtiene a partir de los planos topográficos del vaso,la segunda, si se trata de un vertedero de cresta

El modelo Hec-Hms: Hydrologic Engineering Center (HEC), Hydrologic ModelingSystem (HMS) es un modelo hidrológico de eventos desarrollado por el US Army Corpof Enginners de los Estados Unidos,ha sido diseñado para simular el proceso deprecipitación escorrentía de cuencas con drenaje dendítrico. El modelo ha sidoconcebido para ser aplicada a un gran rango de situaciones geográficas resolver ungran número de problemas. Esto incluye desde disponibilidad de agua y problemas deinundaciones para grandes cuencas hasta el drenaje urbano de pequeñas cuencas. Loshidrogramas producidos pueden ser utilizados directamente o conjuntamente conotros programas para el estudio de problemas relacionados con disponibilidad de agua,

drenaje urbano, predición de inundaciones, impacto de urbanización futura, diseño dealiviaderos para represas, reducción de daños por inundaciones, legislación sobreplanicies de inundación y operación de sistemas.



II.-OBJETIVOS

2.1.-OBJETIVO GENERAL

Aplicación del modelo Hec- Hms en el diseño de aliviaderos.

2.2.-OBJETIVOS ESPECIFICOS

-Determinar los hidrogamas de entrada y salida.

-Modelamiento hidrológico de una cuenca de trasvase.

III.REFERENCIA BIBLIOGRAFICA

3.1.-VERTEDEROS DE DEMASIAS

Los vertederos de demasías o de excedencias son estructuras que forman parte de lapresa y que permite la salida de volúmenes de agua excedentes al aprovechamiento.La capacidad de la obra de excedencias la determinan la avenida de diseño, lascaracterísticas del vaso y el programa de operation de la obra.

la avenida de diseño para aliviaderos esta fundamentada en el transito de avenida

Tránsito de avenidas : Ve = Vs + dVa

Vs = Ve ² dVa

Donde : Ve = volúmen de entrada al vaso

Vs = volúmen de salida del vaso

dVa=variación del vol. almacenado en el vaso



La obra de excedencias, además de tener suficiente capacidad debe ser hidráulica yestructuralmente adecuada.La misión de los aliviaderos es la de liberar, si es preciso, grandes cantidades de aguao atender necesidades de riego. Para evitar que el agua pueda producir desperfectosal caer desde gran altura, los aliviaderos se diseñan para que la mayoría del líquido sepierda en una cuenca que se encuentra a pie de presa, llamada de amortiguación el cualpermite que las descargas localizadas no erosionen al pie de la cortina u otrasestructuras aguas abajo (vertedero-rápida,disipador,de,energía).

3.2.-TRANSITO DE CAUDALES O TRANSITO DE AVENIDA EN EMBALSES

El tránsito de caudales es útil para determinar el tiempo y el caudal (hidrograma Q vsT ),en un punto de un curso de agua apartir de hidrogramas conocidos en uno o máspuntos aguas arriba.

El hidrograma de una avenida representa el movimiento de una onda al pasar por unpunto.Debe tenerse en cuenta que la forma de la onda cambia según se mueve aguasabajo, estos cambios que sufre la onda se deben a contribuciones de agua y a que lasvelocidades en los distintos puntos de la onda son desiguales

Cambio en el intervalo de tiempo de la información de la entrada



Las ondas de las avenidas se forman debido a un aumento no uniforme del caudal delcurso de agua a causa de una tormenta importante, para su estudio existen métodoshidrológicos que describen los cambios de la onda durante el tiempo.Estos, métodoshidrológicos que describen los cambios de la onda durante el tiempo, estos métodos

hidrológicos precisamente están dentro del tránsito de avenidas.La configuración desarrollada en un tránsito de avenidas tiene los siguienteselementos:

-Embalse

-presa

-Estructura de salida



Un análisis de un sistema hidrológico es determinar la operación y salida , pues eldesplazamiento del agua en un sistema hidrológico depende de la propiedades físicasdel sistema tales como la medida y la forma de sus líneas de corriente y la interaccióndel agua con el aire,calor.

3.3. HIDROGRAMAS

Un hidrograma es una gráfica en la que se representa el caudal que pasa por unasección de u río, como función del tiempo (CFE, 1986). Por su parte Duque, R. (1978),indica que un hidrograma se refiere al volumen deescurrimiento por unidad de tiempo,que pasa de manera continua por una determina secció transversal de un río. Asímismo sostiene que el hidrograma es una gráfica o tabla que muest la tasa de flujocomo función del tiempo en un lugar dado de la corriente, además que hidrograma esuna expresión integral de las características fisiográficas y climáticas que rige las

relaciones entre la lluvia y la escorrentía de una cuenca de drenaje particular.



3.4.-AVENIDAS MÁXIMAS REGISTRADAS

Avenida (características (pico, tiempo de duración,volúmen)

Registros de una serie de Qmáx, análisis de frecuencia (TR, riesgos, fallas, costos,

pérdidas de vidas humanas)La forma del hidrograma esta en función de la cuenca (área,pendiente, tipo de terreno y vegetación, tipos y distribución de la tormenta, clima, posición geográfica)



3.5.-AVENIDA MÁXIMA PROBABLE (AMP)Es la avenida que puede esperarse de la combinación más severa de condicionesmeteorológicas e hidrológicas que sean razonablemente posibles en una región.

Qmax 1000 años > Qmax 100 años > Qmax 10 años

RIESGO TAMANO DE PRESA

TR AVENIDA DEDISENO PARA EL

VERTEDOR

Pequeño

Pequeña (H<15m)

Intermedia (15m<H<30)

Grande (H>30m)

50 ² 100 anos

100 anos ² 0.5 AMP

0.5 AMP ² 1 AMP

Significante

Pequeña (H<15m)


Grande (H>30m)

100 anos ² 0.5 AMP

0.5 AMP ² 1 AMP

1 AMP

Alto

Pequeña (H<15m)


Grande (H>30m)

0.5 AMP ² 1 AMP

1 AMP

1 AMP

3.6. TORMENTA DE DISEÑO

La Tormenta de Diseño es un patrón de precipitación definido que se utiliza en eldiseño de un sistema hidrológico, esta se define mediante un valor de altura deprecipitación en un punto dado.

LHUMSS - PROMIC (1993), definen a la Tormenta de Diseño como la distribuciónhipotética de la cantidad de lluvia precipitada en un cierto periodo de tiempo definido.En el estudio de avenidas, representa a la lluvia que genera un caudal extremo condeterminado periodo de retorno.

Por lo general una Tormenta de Diseño es la entrada a un sistema de calculo, loscaudales resultantes que caracterizan a una cuenca se calculan mediante



procedimiento de lluvia escorrentía y la circulación de estos caudales por los cursosde drenaje de una cuenca.

3.7.-. TRANSITO DE AVENIDAS EN RESERVORIOS

Un reservorio de almacenamiento cumple la función de regulación, esto es, permitealmacenar los volúmenes que escurren en exceso para que puedan aprovecharse cuandolos escurrimientos sean escasos (CFE, 1986).

El tránsito de avenidas en reservorios es una técnica que se emplea para conocer elcambio de forma y el desplazamiento en el tiempo del hidrograma de entrada y salidadel reservorio

(CFE, 1986). Para efectuar un tránsito de avenidas en reservorios es debe conocer lasrelaciones entre almacenamiento y caudales de salida, para establecer esta relación esnecesario manejar dos tipos de curvas: la de elevaciones - volúmenes dealmacenamiento del reservorio, y la de elevaciones - volúmenes de salida por la obra deexcedencias. La primera curva se obtiene a partir de los planos topográficos del vaso,la segunda, si se trata de un vertedero de cresta libre, es simplemente la curva dedescarga de esa obra de excedencias. Mediante estas dos curvas se puede conocer,para cada volumen almacenado en la presa, la elevación del agua y con esta el gasto desalida, y de ahí la relación volumen de almacenamiento-caudal de salida (Chow, 1994).

El transito de avenidas a través de reservorios o vasos de almacenamiento se realizapor los siguientes propósitos:

- Conocer la evolución de los niveles a partir de uno inicial para confrimar si la reglade operación seleccionada (políticas de salidas por la obra de excedencias y la obra detoma) es adecuada, de manera que al presentarse la avenida no se pongan en peligro lapresa, bienes materiales o vidas humanas aguas abajo.

- Dimensionar la obra de excedencias durante la etapa de estudio y proyecto. - Fijarla altura de cortina, y dimensionar las obras de desvio de aguas.

En le diseño hidrológico de una presa se abordan básicamente dos aspectos:

1.-La evaluación de los recursos hídricos (disponibilidad según demanda y definir lacapacidad más adecuada del embalse).

2.- La estimación de las máximas avenidas



3.8.-HEC-HMS V 2.1

El programa contiene una plataforma de trabajo integral que comprende una base dedatos, facilidades para entrada de datos, herramientas computacionales y depresentación de resultados. La interface gráfica permite el acceso a los diferentescomponentes del modelo para su utilización y cambio de parámetros.

3.8.1.-COMPONENTES DEL MODELO.

3.8.1.1.-Elementos Hidrológicos

-representación física de la cuenca es configurada en el componente BASIN. Loselementos hidrológicos de una red dendrítica son conectados para simular el procesode escorrentía. Los elementos disponibles son:

a).-subcuenca (subbasin).

b).-cauces (reach)

c).-confluencias (junction)

d).-Almacenamiento (reservoir)

e).-Tomas (diversión),

f).-Fuentes (sources)

g).-salida (sink).

-Los cómputos son realizados en una secuencia aguas abajo desde el punto máselevado. El modelo usa tres componentes para simular la escorrentía:

pérdidas

transformaciones

tránsito.

Las pérdidas por infiltración pueden ser simuladas mediante diferentes métodos:SCS, SCS por cuadrícula y Green and Ampt. Las transformaciones son utilizadas paratransformar el exceso de precipitación en escorrentía y pueden realizarse por variosmétodos. Los métodos de Hidrograma.



3.8.1.2.-Descripcion de los elementos Hidrológicos

a).-Subcuenca

La subcuenca es un elemento que generalmente no tiene entrada de flujo y tiene sólo

una salida.

Representa una de las dos formas de producir flujo en la cuenca. La escorrentía escalculada utilizando datos meteorológicos, descontando las pérdidas y transformandoel resultado en escurrimiento el cual es sumado al flujo base. La subcuenca puede serutilizada para simular múltiples situaciones y tamaño de subcuencas.

b).-Cauces.

Un cauce es un elemento con una o más entradas y sólo una salida. Las entradas

vienen de otros elementos de la cuenca. Si hay más de una entrada, todas las entradasson sumadas antes de calcular la salida. La salida puede ser calculada utilizando uno delos varios métodos disponible.

Los cauces son utilizados para simular ríos y quebradas.

C.-Almacenamientos.

Un almacenamiento es un elemento con una o varias entradas y sólo una salida. Lasentradas provienen de otros elementos del modelo de cuenca. Si hay varias entradas,

estas son sumadas antes de calcular las salidas. Las salidas son calculadas mediantemétodos de almacenamiento ² caudal.

Este elemento es usado para simular embalses, lagos y lagunas.



4.2. MODELAMIENTO HIDROLOGICO DE LA SUBCUENCA YURACC CON ELSOFTWARE HEC-HMS 2.1

4.2. 1.-Ingresar Datos generales

4.2.2.-DEFINIENDO LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS COMPONENTES HIDROLÓGICOS DE LA

SUB CUENCA YURACC.



Entorno de los componentes hidrológicos de la Subcuenca Yuracc



A.- FUENTE SOURCE:

Se usa para introducir agua dentro del modelo de la cuenca, en este caso para representar el

hidrograma de entrada la Subcuenca.

A.1.- Ingresar datos del hidrograma de entrada de la Subcuenca Yuracc

Se ingresaran los datos de la tormenta calculado para un Tr= 100 años para luego transitarlo

conectado aguas abajo con el elemento Reservorio o Embalse.

A.1.1.Elegimos unidades de los caudales de entrada (m3/seg).



A.1.2.Definiendo los parámetros de especificación del tiempo en que se desarrolla la tormenta

de entrada.

En este caso supongamos que el tránsito de ingreso de caudales se de el 27 de Julio del 2011

iniciándose a las 3:00pm y terminando a las 12:00 hrs. y considerando un intervalo de tiempo de

30 min para el que se obtendrán los resultados finales en graficas y tablas.



A.1.3.-Ingresando caudales de entrada:



A.1.4.seleccionamos el hidrograma de entrada (Gage1) a la fuente source:

A.1.5.Ingresar el área de la Subcuenca:



B.EMBALSE (RESERVOIR).

Se usa para modelar la retención y atenuación de un hidrograma causado por un embalse, cuya

entrada pude provenir de uno o varios elementos hidrológicos, situados aguas arriba del depósito

y proporciona como resultado del cálculo un único flujo saliente.

B.1.-Definir las características del embalse, puesto que se va a suponer que la avenida de diseño

se presenta en el caso más desfavorable con el embalse lleno,se indica que al estado inicial le

corresponde una altura h=0 y a continuación se introducen los superalmacenamientos del

embalse y el caudal desaguado para (L=7.0m) correspondientes a cada valor por encima del

NAMO.



4.2.3.-Definido el modelo que queremos simular se procede definir el modelo meteorológico

(Meteorologic Model):

Como ya se conoce el hidrograma de entrada al embalse son caudales generados, por lo tanto no

se necesita la inf ormación entonces seleccionamos no precipitación.



4.2.4.-Finalmente se define el intervalo de cálculo desde el menú Component/Control

especificación/New, este intervalo debe ser aproximadamente la decima parte del tiempo de

crecida del hidrograma t =8hrs =480min por lo que se toma un intervalo aproximado de 30

minutos , es con esta información que se ordena al programa modelar el hidrograma de la

avenida de diseño.

4.2.5.-Correr el modelo definido a través del menú RUN CONFIGURATION



4.2.6.-Se computa el modelo ingresado.



4.2.7.-REPORTE: GRAFICA DEL CAUDAL DE ENTRADA EN LA SUBCUENCA YURACC



Del reporte observamos que:

-Tenemos un caudal máximo de descarga de 6.651 m3/seg en el periodo del 27 de julio de 2011.

-Además se tiene un caudal total de descarga 57.06m3/seg.



8.2.-REPORTE DE LAS CARACTERISTICAS DEL EMBALSE: GRAFICA DEL CAUDAL DE ENTRADA Y EL CAUDAL DE SA



DISEÑO DE PRESAS Y EMBALSES RH-542

DOCENTE: ING .Mgs LEONIDAS ARIAS BALTAZAR

26

Del reporte en el embalse tenemos:

-Máximo caudal de entrada en el embalse = 6.651m3/seg.

-Máximo caudal de salida en el embalse =2.618 m3/seg este valor será utilizado paradiseñar las obras y canales de descarga del aliviadero.

-El caudal total de entrada es de 60.201 m3/seg.

- El caudal total salida es de 46.07 m3/seg

-El Superalmacenamiento máximo alcanzado es 34.570 m3 , para una elevación de0.362m.





27





28

V.CONCLUSION

Con el moldeamiento de Hec Hms se obtuvo:

-Tenemos un caudal máximo de descarga de 6.651 m3/seg en el periodo del 27 de julio de 2011.

-Además se tiene un caudal total de descarga 2.618 m3/seg.

- Máximo caudal de entrada en el embalse = 60.201 m3/seg.

-El caudal total de entrada es de 3591.0 m3/seg.

- El caudal total salida es de 46.07 m3/seg

-Máximo caudal de salida en el embalse =2.618 m3/seg este valor será utilizado paradiseñar las obras y canales de descarga del aliviadero. Se observa que la laminación

del Hidrógrama del embalse produce una disminución del caudal punta cercana a 50%

-Superalmacenamiento máximo alcanzado es de 34.570 m3 , para una elevación de0.362m.

-La máxima altura de la lamina del agua sobre el NAMO es exactamente de 1.3 por loque el NAME = NAMO +1.3m

NAME =3747.32+1.3

NAME =3748.62 msnm

V. BIBLIOGRAFIA

-Chow,VT Maiddement D.R.Mays L.W.(1998) Aplicación Hidrologica.

-Hec Hms Hydrologic Modeling System Technical reference Manual

aplicaciÓn del software hec 2.1.1

Documents