Estudio Hidrolgico

INSTALACION DEL SERVICIO DE AGUA DEL SISTEMA DE RIEGO EN LAS LOCALIDADES DE COTAHUASI, PITAHUASI, QUILLUNSA, CACHANA, PIRO, COLCAN, TORO, ANCARO, SIRINGAY, PAMPACOCHA, DE LOS DISTRITOS DE TORO Y COTAHUASI LA UNION AREQUIPA

Estudio de aprovechamiento Hidrico

EXPEDIENTE TECNICO

INSTALACION DEL SERVICIO DE AGUA DEL SISTEMA DE RIEGO EN LAS LOCALIDADES DE COTAHUASI, PITAHUASI, QUILLUNSA, CACHANA, PIRO, COLCAN, TORO, ANCARO, SIRINGAY, PAMPACOCHA, DE LOS DISTRITOS DE TORO Y COTAHUASI LA UNION AREQUIPA

Sector-Yahuarccocha

Distritos:Cotahuasi y Toro.Provincia:La UnionRegin:ArequipaIng. Karina Lavado Balden

Contenido

I.-

1.OBJETOS Y ALCANCES32.ASPECTOS GENERALES43.PARMETROS GEOMORFOLGICOS53.1.REA Y PERMETRO DE CUENCA53.2.ALTURA MEDIA DE LA CUENCA (Hm)53.3.TIEMPO DE CONCENTRACIN63.4.DENSIDAD DE DRENAJE73.5.ANCHO PROMEDIO (Ap)83.6.COEFICIENTE DE COMPACIDAD (Kc)83.7.FACTOR DE FORMA (Ff)93.8.RELACIN REA ALTITUD104.ZONAS DE VIDA DEL PROYECTO115.INVESTIGACIONES DE CAMPO136.RESULTADOS DE LOS ESTUDIOS EFECTUADOS137.PRECIPITACION147.2ANLISIS DE DOBLE MASA167.1.PRECIPITACIN MEDIA ANUAL EN EL PUNTO DE INTERS177.3PRECIPITACIN MENSUAL GENERADA178CAUDALES199MAXIMAS AVENIDAS239.1MAXIMA AVENIDAS239.2RELACIN DE MAXIMAS AVENIDAS VS. PERIODO DE RETORNO.2510FACTIBILIDAD HIDROLGICA DEL PROYECTO2810.1GENERALIDADES2810.2FUNCIONAMIENTO HIDRULICO DEL PROYECTO2810.3DISPONIBILIDAD DE AGUA2810.4CAUDAL DE DISEO DE LAS OBRAS PROYECTADAS.2910.5DEMANDA DE AGUA A NIVEL DE SISTEMA DE RIEGO2910.6DEMANDA DE AGUA DEL PROYECTO.3611DISEO DE PRESA Y ALIVIADERO4311.1DEFINICION DE LA ALTURA TOTAL DE LA PRESA4311.2DISEO DE ALIVIADERO4311.3ALTURA DEL ALIVIADERO4411.4ALTURA DE CORONACIN4411.5ALTURA DE ESTRUCTURAS.4512.- RESULTADOS DEL ESTUDIO.46

ESTUDIO HIDROLGICO

1. OBJETOS Y ALCANCES

El proyecto INSTALACION DEL SERVICIO DE AGUA DEL SISTEMA DE RIEGO EN LAS LOCALIDADES DE COTAHUASI, PITAHUASI, QUILLUNSA, CACHANA, PIRO, COLCAN, TORO, ANCARO, SIRINGAY, PAMPACOCHA, DE LOS DISTRITOS DE TORO Y COTAHUASI LA UNION AREQUIPA Contempla fundamentalmente el diseo de obras de infraestructura como: 01 embalse (sector de Yahuarccocha) y sus obras conexas, , para lo cual es sumamente importante la evaluacin del recurso hdrico disponible en el rea del proyecto.

El estudio hidrolgico e hidrulico para la tiene los siguientes objetivos principales:

a) La evaluacin y anlisis de los aspectos vinculados a la oferta de los recursos hdricos superficiales tales como: escurrimiento superficial natural, avenidas mximas, etc.

b) Evaluacin y anlisis de los aspectos orientados a las demandas de agua para riego, tales como: climatologa agrcola, cedula de cultivos, evapotranspiracin, demandas unitarias de agua para riego, etc.

c) Determinacin del balance hidrolgico de tal forma que permita establecer la magnitud de la infraestructura hidrulica planteada con el propsito de dotar del recurso hdrico al rea a irrigar.

La sustancial limitacin para el desarrollo del presente estudio fue la inexistencia y/o insuficiente informacin hidrometeoro lgica en los puntos de inters, situacin que ha obligado al empleo de metodologas que se apoyan en la informacin existente en cuencas vecinas y en los factores fsicos e hidrolgicos que afectan al clima y la generacin de escurrimiento.

2. ASPECTOS GENERALES

Las cuencas de inters para el proyecto INSTALACION DEL SERVICIO DE AGUA DEL SISTEMA DE RIEGO EN LAS LOCALIDADES DE COTAHUASI, PITAHUASI, QUILLUNSA, CACHANA, PIRO, COLCAN, TORO, ANCARO, SIRINGAY, PAMPACOCHA, DE LOS DISTRITOS DE TORO Y COTAHUASI LA UNION AREQUIPA Lo constituye la Sub cuenca de Quipchane, nombre inicial luego toma el nombre de Sub cuenca de Alluag, para luego derivar hacia la cuenca de Ocoa que cuyo punto de descarga est ubicado en la cota inicial de la sub cuenca esta a 5180 m.s.n.m.,

La Sub cuenca de Quipchane pertenece a la cuenca del rio Ocoa, la cual forma parte de la vertiente del Pacifico, desembocando en las costas del departamento de Arequipa.

El relieve general de la cuenca es el que caracteriza prcticamente a la mayora de los ros interandinos, es decir el de hoyas hidrogrficas alargadas; presenta una fisiografa escarpada y en las partes abruptas cortadas por quebradas de pendientes moderadas y estrechas gargantas macizas.

Para efectos del desarrollo del presente estudio, se ha utilizado la siguiente informacin cartogrfica y topogrfica:

Carta Nacional del IGN a escala 1:100,000 (Hoja: Cotahuasi 31-q) Planos Topogrficos a escala 1:25,000 del rea del Proyecto.

Utilizando la informacin cartogrfica y topogrfica mencionada anteriormente, se analiza la cuenca de inters para el desarrollo del INSTALACION DEL SERVICIO DE AGUA DEL SISTEMA DE RIEGO EN LAS LOCALIDADES DE COTAHUASI, PITAHUASI, QUILLUNSA, CACHANA, PIRO, COLCAN, TORO, ANCARO, SIRINGAY, PAMPACOCHA, DE LOS DISTRITOS DE TORO Y COTAHUASI LA UNION AREQUIPA que pertenece a la Cuenca del ro Ocoa, Subcuenca Rio Quipchane (nombre inicial y luego toma el nombre de Alluag), en el mapa de ubicacin se muestra la microcuenca involucrada y las reas posibles a ser irrigadas.

Toma N01 Vista de la zona de embalse - 25/04/2013INSTALACION DEL SERVICIO DE AGUA DEL SISTEMA DE RIEGO EN LAS LOCALIDADES DE COTAHUASI, PITAHUASI, QUILLUNSA, CACHANA, PIRO, COLCAN, TORO, ANCARO, SIRINGAY, PAMPACOCHA, DE LOS DISTRITOS DE TORO Y COTAHUASI LA UNION AREQUIPA

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3. Municipalidad Provincial de La Unin4. PARMETROS GEOMORFOLGICOS

4.1. REA Y PERMETRO DE CUENCA

El rea y permetro de la Sub cuenca la constituyen en estudio el rea de cuenca de la zona de almacenaje llamada Subcuenca Quipchane sector Yahuarccocha, cuenca en estudio se calcul empleando las bases de las Cartas Topogrficas a escala 1/25,000, obteniendo los resultados en km2 y km. Respectivamente, se indica adems que los afluentes de esta cuenca toma el nombre de Quipchane agua arriba, para luego aguas abajo tomar el nombre de Alluag luego derivar a la cuenca de del rio Ocoa cual desemboca en el Pacifico .En el Cuadro N 01, se muestran los valores del rea y permetro.Cuadro N 01SUB-CUENCAAREA (Km2)PERIMETRO (Km.)

Quipchane12.8415.95

4.2. ALTURA MEDIA DE LA CUENCA (Hm)

Se define la altura media de la cuenca como la ordenada media de la curva hipsomtrica, a este parmetro se le conoce tambin con el nombre de elevacin de la cuenca. El clculo se realiza utilizando la siguiente formula.

Hm = Ai*Hi/Ai

Donde:Hm:Altura media de la cuencaHi:Altura media de cada rea parcialAi:rea parcial

Figura N 01. reas de la Subcuenca de Quipchane.

En la Figura N 01 la Subcuenca de Quipchane es ms uniforme, entre las cotas 4575 y 4905 msnm.En los anexos N 01 se tiene los datos para hallar la altura media, pero los datos de altura media de la Subcuenca es tiene en el cuadro N 01 Cuadro N 02SUB-CUENCAALTURA MEDIA ( MSNM)

Quipchane4875.25

4.3. TIEMPO DE CONCENTRACIN

El tiempo de concentracin se ha calculado usando la formula derivada por el USBR de los Estados Unidos, que se aprecia en el libro Diseo de Pequeas Presas[footnoteRef:1] que es la expresin siguiente: [1: Autores: United States Department of the Interior y Boreau of Reclamation. Primera Impresin en Espaol Agosto 1966.]

tc = 0.000325*L0.77/S0.385

Donde:Tc=Tiempo de concentracin (hr)L=Longitud del curso principal (km)S=Pendiente (m/m)

Con la frmula anterior se ha procedido al clculo del tiempo de concentracin de la cuenca de inters, el cual se presenta en el Cuadro N 03.

Cuadro N 03.DatosQuipchane

Longitud (m)6.092

Cota Superior5180

Cota Inferior4760

S (m/m)0.114

S (m/m)11.42

tc (hr)0.75

4.4. DENSIDAD DE DRENAJE

Este parmetro es un buen indicador del grado de desarrollo para el sistema de drenaje y est dado por el ndice llamado densidad de drenaje (). Este ndice est definido por la longitud total () de los cauces de las sub cuencas, dividida entre su rea total ().

La densidad de drenaje vara inversamente con la longitud de las corrientes y, por lo tanto, da una indicacin de la eficiencia de drenaje para sub subcuenca de Quipchane, tiene una densidad promedio de 1.43.

4.5. ANCHO PROMEDIO (Ap)

El ancho promedio es la relacin entre el rea de la cuenca y la longitud mayor del curso del ro, y tiene la siguiente expresin:

Donde:

=Ancho promedio de la cuenca en km

=rea de la cuenca, en km2

=Longitud mayor del ro en km.

Cuadro N 04ANCHO PROMEDIO DE CUENCA

Quipchane2.108

Se tiene la figura N 04 con los datos de la figura N01 y 3.

4.6. COEFICIENTE DE COMPACIDAD (Kc)

El coeficiente de compacidad o ndice de Gravelius, constituye la relacin entre el permetro de la cuenca y el permetro de un rea igual a la de un crculo es equivalente al rea de la cuenca en estudio.

Kc = P / (2 ( * A))

Kc = 0.28 * (P / A)

Siendo:

Kc = Coeficiente de CompacidadP = Permetro de la cuenca, en kmA = rea de la cuenca, en km2 Cuadro N 05COEF. COMPACIDAD

Quipchane1.2461

La Subcuenca que se aproximen a una forma circular ser cuando el valor de su Kc se acerque a la unidad; cuando se aleja de la unidad, presenta una forma ms irregular en relacin al crculo, por lo que podemos deducir que la Subcuenca Quipchane es de forma casi elptica y no circular por se aleja de unidad.

4.7. FACTOR DE FORMA (Ff)

El factor de forma es otro ndice numrico con el que se puede expresar la forma y la mayor o menor tendencia a crecientes de la microcuenca, en tanto la forma de cada microcuenca afecta los hidrogramas de escorrenta y las tasas de flujo mximo.

El factor de forma se define como la relacin entre el ancho promedio de la microcuenca Ap y la longitud mayor (L). El ancho promedio se obtiene dividiendo el rea de la por la longitud de la microcuenca.

El factor de forma tiene la siguiente expresin: Ff = Ap / L

Tambin: Ff = A / L2Donde:

Ff=Factor de forma adimensionalAp =Ancho promedio de la cuenca en kmA=rea de la cuenca en km2L=Longitud del curso ms largo en km

Una cuenca con factor de forma bajo, est sujeta a menos crecientes que otra del mismo tamao pero con un factor de forma mayor:

Cuadro N 06FACTOR DE FORMA

Quipchane0.346

4.8. RELACIN REA ALTITUDEl relieve de una cuenca condiciona el escurrimiento, as tenemos que la mayor parte de parmetros meteorolgicos e hidrolgicos (precipitaciones, caudales especficos, temperaturas, etc.) se presentan en funcin de la altitud y es interesante calcular, la distribucin de la cuenca en km2 y en % de la superficie total, por tramos de alturas. Para representar esta distribucin hemos construido dos grficos: 1) Curva HipsomtricaMediante la curva hipsomtrica definimos el relieve mediante una grfica de doble entrada cota-superficie acumulada. Los datos de elevacin son significativos sobre todo para considerar la accin de la altitud en el comportamiento de la temperatura y la precipitacin. 2) Polgonos de FrecuenciasSe define como la proporcin, en porcentaje de la superficie total de la cuenca comprendida entre curvas de nivel (rangos de altitud). Las curvas hipsomtricas y los polgonos de frecuencias para la Subcuenca Quipchane podemos observarlas en las Figura N02

Figura N 02- reas Vs Altitud de la microcuenca Quipchane

5. ZONAS DE VIDA DEL PROYECTO

MATORRAL DESRTICO - SUBA/PINO SUBTROPICAL (md-SAS)

Se distribuye, entre los 4 000 y 4 300 m.s.n.m. Pose un clima semirido-Fro, con temperatura media anual entre 4C y8C; y precipitacin pluvial total, promedio anual, entre 80 y 180 mm. La cubierta vegetal es escasa, observndose en forma muy esparcida matas de gramneas altoandinas, tayas y algunas cactceas. Las condiciones topogrficas y ecolgicas son factores que limitan toda actividad antrpica dentro de esta zona de vida.

MATORRAL DESRTICO-MONTANO SUBTROPICAL (md-MS)Se distribuye generalmente entre los 3 000 y 4 000 m.s.n.m. Posee un clima semirido-Templado Fro, con temperatura media anual entre 6C y 12C; y precipitacin pluvial total, promedio anual, entre 125 y 250 mm. La cubierta vegetal lo conforma especies graminales alto andinos con una distribucin muy dispersa, asociada con cactceas. Las tierras de esta zona de vida son utilizadas para el pastoreo estacional o temporal.Segn el Diagrama Bioclimatico de Holdridge, en estas zonas de vida, el promedio de evapotranspiracin potencial total por ao vara entre 2 y 4 veces el valor de la precipitacin, lo que lo ubica en la provincia de humedad semirido.

DESIERTO RIDO - MONTANO SUBTROPICAL (da-MS)Se distribuye entre los 3 000 Y 3 500 m.s.n.m. Posee un clima rido-Templado Fro, con temperatura media anual entre 8C y 12C; y precipitacin pluvial total, promedio anual, entre 90 y 125 milmetros. La cubierta vegetal lo constituye predominantemente cactceas y muy escasa vegetacin herbcea y arbustiva. Las tierras de esta zona de vida son utilizadas para el pastoreo estacional o temporal trashumante.

DESIERTO PERARIDO-MONTANO BAJO SUBTROPICAL (dp-MBS)Se distribuye entre los 2 000 Y 2 500 m.s.n.m., en las laderas de las estribaciones de la Cordillera de los Andes cercanas al litoral. Posee un clima perrido-Templado Clido, con temperatura media anual entre 13C y 15C; y precipitacin pluvial total, promedio anual entre 60 y 120 milmetros. La cubierta vegetal es escasa, pero durante la poca de lluvias veraniegas emergen hierbas efmeras que se asocian con la vegetacin arbustiva y algunas cactceas que si existen permanentemente. En las tierras de esta zona de vida, donde hay agua disponible para regar existe una agricultura de subsistencia, sobre la base de cultivos como maz y otros propios de la reginSegn el diagrama bioclimtico de Holdridge, la evapotranspiracin potencial total por ao para esta zona de vida vara entre 8 y 16 veces la precipitacin, ubicndola por lo tanto en la provincia de humedad: Perarido.6. INVESTIGACIONES DE CAMPOLas investigaciones en campo estuvieron principalmente enfocadas a la caracterizacin del tipo de suelo y uso de suelo, con el objeto de determinar los parmetros para cuantificar las mximas avenidas.

Determinacin de la mejor ubicacin de la y de diferentes estructuras hidrulicas desde el punto de vista de la hidrulica fluvial.

De la observacin y del cauce principal se determin que la produccin de sedimentos es mnima debido a que la pendiente y la calidad de vegetacin que aunque es mnima esto evita la erosin fuerte y por tanto el transporte de sedimentos es bajo o mnimo en las dos Subcuencas, por lo cual se recomienda tomar el 15% del Volumen til.

Toma N02 vista de la zona de Sub-cuanca Quipchane7. RESULTADOS DE LOS ESTUDIOS EFECTUADOSEs muy importante la recoleccin, concentracin y manejo racional de la informacin hidrometeorolgica en cuanto se refiere a la calidad y cantidad. Debido a que la Subcuenca en estudio no cuentan con ningn tipo de informacin hidrometeorolgica se proceder a la transferencia de informacin.

El aspecto de mayor importancia en el presente estudio, ha sido la utilizacin de informacin hidrometeorolgica de las cuencas aledaas a la de inters, utilizando tcnicas hidrolgicas comnmente aceptadas se estim la informacin hidrometeorolgica en el rea del proyecto.

METODOLOGA EMPLEADA Para efectos de la utilizacin de tcnicas de extrapolacin de informacin hidrometeorolgica de una cuenca a otra, es necesaria la existencia de un comportamiento hidrolgico similar entre ambas cuencas en anlisis. Siendo la precipitacin el inicio del ciclo hidrolgico, as como de todos los fenmenos asociados a la ocurrencia de escorrenta de variado tipo, es fundamental efectuar un anlisis del comportamiento hidrolgico.8. PRECIPITACION El objetivo del presente tem, es la estimacin de la precipitacin total anual y mensual en la cuenca y puntos especficos de inters con la finalidad de tener valores que permitan caracterizar la climatologa del rea del proyecto, calcular los valores del coeficiente de escorrenta, efectuar el balance hdrico del proyecto y otros clculos hidrolgicos usuales.

Se han empleado los datos de las estaciones climatolgicas ordinarias de SENAMHI correspondientes a Cotahuasi Salamanca, Puica, Chinchayllapa (Anexo N 03). Estos datos son consistentes y de una marcada similitud hidrolgica demostrada en la linealidad de los datos ploteados. (Ver Figura N 07)

Es conocida la variacin directa de la precipitacin total con la altitud de la cual se desprende el denominado gradiente pluviomtrico, que usualmente es un valor constante para una cuenca determinada o grupo de ellas de comportamiento hidrolgico similar

En reas montaosas que tienen caractersticas geogrficas relativamente homogneas, la elevacin por lo general explica una gran proporcin de la variacin en la precipitacin normal anual; por esta razn algunos investigadores desarrollan nicamente la relacin de precipitacin contra elevacin para dichas reas.[footnoteRef:2] [2: ]

Cuadro N 07.ESTACIONESAltitud Media (msnm)PP MEDIA ANUAL (mm)

COTAHUASI2,883.0318.5

SALAMANCA3,203.0304.9

PUICA3,362.0593.1

CHINCHAYLLAP4,100.0696.5

Figura N 03

La Figura N 03 nos muestra un r2=0.75, resultante de la correlacin lineal, entre las estaciones de Cotahuasi, Salamanca, Puica, Chinchayllapa. Lo cual nos demuestra que existe una correlacin alta entre la precipitacin y la altitud. La ecuacin resultante:PP=0.3328 * ALT 648.85

7.2 ANLISIS DE DOBLE MASAEl anlisis de doble masa denominado tambin de dobles acumulaciones, es una herramienta muy conocida y utilizada en la deteccin de inconsistencia de datos hidrolgicos mltiples, cuando se dispone de 2 ms series de datos, en lo que respecta a errores que pueden haberse producido durante la obtencin de los mismos.

El anlisis se realiza entre los datos del mismo parmetro, en este caso de precipitacin versus precipitacin para los mismos aos de informacin. Los grupos de anlisis de doble masa se formaron con el criterio de coincidir los aos disponibles de cada estacin. En la figura N 04 a continuacin, se presentan los grficos de doble masa para los grupos elegidos. El procedimiento que se realiz es el siguiente:Figura N 04

Zona de cierre

Toma N03 Vista de la zona de cierre.

8.1. PRECIPITACIN MEDIA ANUAL EN EL PUNTO DE INTERSTeniendo como dato la altitud media de las cuencas de inters y la ecuacin generada sobre la base de la relacin Altitud vs. Precipitacin, se ha obtenido la precipitacin media anual para la microcuenca de inters y zona de riego, los cuales se han detallan en el Cuadro N 08.

Cuadro N 08.LUGARALTURA MEDIAPP(mm)C.T

ESTACION-CHINCHAYLLAPA4,100.0715.631.000

Subcuenca Quipchane4,875.2973.631.361

AREA DE RIEGO

Cotahuasi2,675.0241.390.337

Toro2,968.0338.900.474

7.3 PRECIPITACIN MENSUAL GENERADA Tomando como estacin base a Chinchayllapa ha procedido al clculo de la precipitacin total en la sub cuenca y las zonas de riego de en Cotahuasi y Toro siendo en el distrito de Cotahuasi las localidadades de Cotahuasi, Pitahuasi, Puillunsa, Cachana, Piro, Colcan y en el distrito de Toro las Localidades de Toro, Ancaro, Siringay, Pampacocha empleando para tal efecto los coeficientes generadores cuyo clculo se realiz anteriormente. Los resultados de registro de precipitacin para las reas a irrigar se muestran en el Anexo N 03.Los resultados indican que la precipitacin total media anual en la Sub-cuenca-Quipchane es de 963.73 mm, bajo una distribucin mensual similar a aquella que ocurre en la Estacin Chinchayllapa.Cuadro N 09.Prom. PP. anual x ESTACIONPromedio

AoCOTAHUASISALAMANCAPUICACHINCHAYLLAP

1965215.20157.00153.00339.80216.25

1966197.30162.40277.40230.20216.83

1967372.60307.50561.60833.80518.88

1968326.40363.90724.50860.70568.88

1969271.70297.00523.10643.70433.88

1970367.90423.60610.60770.70543.20

1971292.00328.00692.10795.60526.93

1972526.90506.90904.701,171.20777.43

1973369.70384.20660.10824.70559.68

1974322.10389.40669.80855.30559.15

1975364.00320.60863.60787.30583.88

1976321.20306.70777.00877.90570.70

1977228.40181.70589.00741.00435.03

1978105.50146.40303.50309.90216.33

1979239.00221.80374.70431.40316.73

1980134.50193.10300.80320.80237.30

1981432.50403.80691.40779.40576.78

1982275.60259.30471.20418.40356.13

1983144.90111.50216.90327.60200.23

1984517.50437.10828.401,157.90735.23

1985491.70431.90807.501,095.20706.58

1986419.30457.70868.301,047.70698.25

1987173.90194.50304.60440.40278.35

1988402.10288.90718.00839.40562.10

1989321.40297.80466.30607.90423.35

1990218.40264.00499.60499.80370.45

1991310.40244.60563.10480.00399.53

1992152.3036.20202.00303.30173.45

1993268.80294.90620.30674.80464.70

1994329.50323.20772.70902.80582.05

1995327.10242.60578.40672.40455.13

1996322.10357.70604.40823.70526.98

1997415.40442.80718.60849.50606.58

1998413.90394.40783.30786.50594.53

1999554.90490.00839.401,050.10733.60

2000424.30426.30887.80978.80679.30

2001415.90350.50794.80812.30593.38

2002386.00383.10767.20873.60602.48

2003194.60203.30407.70330.00283.90

2004288.50268.10426.90592.90394.10

2005203.20206.50491.90419.50330.28

Fuente: Elaboracin propia.

Se observa que las lneas acumuladas de los datos de precipitacin promedio es la cuadro N 09 de las estaciones involucradas no presenta un quiebre apreciable; por lo tanto consideramos que la informacin pluviomtrica es consistente y homognea.8 CAUDALESEl objeto del presente tem es la estimacin de los caudales naturales o escorrenta superficial natural en los puntos de aprovechamiento involucrados en el esquema hidrulico del proyecto y que corresponden bsicamente a las Sub-Cuenca de Quipchane.

Dado que no se ha encontrado informacin hidromtrica alguna en la zona del proyecto as como en la zona de riego, para la generacin de caudales se ha empleado el mtodo Ecuaciones regionales para la vertiente del pacifico, estudio Evaluacin del Potencial Hidroenergetico en el Per-HIDROSIG (pag-14) cuadro N12.

Este mtodo se basa en la ajustar en cada regin que puede considerarse hidrolgicamente homognea a los fines de estudio, ecuaciones de regresin mltiple, donde establece la relacin de caudal medio anual(Qa) con variables y parmetros, independientes, tales como PP, Evapotranspiracion, rea de cuenca, densidad de drenaje, ndice de pendiente, longitud de cuenca y altitud, , el cual a partir de las ecuacin de regresin ajustada, es posible estimar los valores de Qa en las ecuaciones no aforadas.

Generacin de Caudales al 75% de PersistenciaLos datos promedios generados para las Subcuencas en estudio, se presenta en el Cuadro N 10.

En el Anexo N 06 se muestran las curvas de duracin de caudales para la sub cuenca Quipchane de las precipitaciones y caudales generados se muestran los cuadro N10 y 12, y que segn los datos de regresin para la zona es segn la Cuadro N 11 se procesan de a datos de regresin, indicados para la zona de estudio.Cuadro N 10

Fuente: Elaboracin propia.

Cuadro N 11-Ecuacion de Regresion-Sub cuenca de EstudioQa= exp(a)xAbxPPc

ZONA 3abcQuipchane-Km2

REGION 2 ALTA-20.4490.962.4512.84

Cuadro N 12.

Fuente: Elaboracin propia.

Para el desarrollo y determinacin del la persistencia la 75% de aprecia en el cuadro N 13Cuadro N 13.

Fuente: Elaboracin propia.En el siguiente cuadro N 14 se aprecia los caudales de persistencia al 75% de en m3/seg

Cuadro N 14Caudales al 75% de Persistencia m3/segMesSub Cuenca-Quipchane

ENERO0.264

FEBRERO0.251

MARZO0.245

ABRIL0.085

MAYO0.015

JUNIO0.009

JULIO0.010

AGOSTO0.027

SEPTIEMBRE0.030

OCTUBRE0.044

NOVIEMBRE0.040

DICIEMBRE0.118

En el cuadro N 15 se aprecia el volumen de aporte de la cuenca Quipchane con la cual se har el balance hdrico. Cuadro N 15

Toma N03 Vista de cierre la zona de Sector Yahuarccocha.9 MAXIMAS AVENIDASPara el diseo de la presa, bocatomas, aliviadero y dems obras de arte, es necesario tener como informacin bsica el clculo de caudales mximos en la microcuenca involucrada en el proyecto.

9.1 MAXIMA AVENIDAS El objeto del presente tem, es la estimacin de las mximas avenidas par el diseo del aliviadero para diferentes periodos de retorno inters que corresponden a la Su-cuenca de Quipchane.Para el anlisis probabilstico de eventos de precipitacin mxima extrema, se utiliz la serie de precipitacin mxima en 24 horas de la Estacin Salamanca correspondiente al periodo 1967 2005 para un total de 39 aos, cuyo detalle se muestra en el siguiente cuadro N 16:Cuadro N 16NAOPP (mm)

1.0196722.6

2.0196818.5

3.0196921.5

4.0197024.6

5.0197126.9

6.0197230.7

7.0197324.2

8.0197417.5

9.0197532.4

10.0197622.3

11.0197720.2

12.0197815.3

13.0197917.7

14.0198010.8

15.0198134.2

16.0198214.8

17.0198312.9

18.0198449.0

19.0198514.7

20.0198621.8

21.0198725.0

22.0198828.9

23.0198917.6

24.0199023.1

25.0199119.5

26.019926.8

27.0199315.6

28.0199429.5

29.0199522.6

30.0199613.3

31.0199732.7

32.0199824.7

33.0199931.7

34.0200021.4

35.0200126.2

36.0200218.5

37.0200321.0

38.0200422.6

39.0200512.9

Fuente: Elaboracin propia

9.2 RELACIN DE MAXIMAS AVENIDAS VS. PERIODO DE RETORNO.El anlisis de frecuencia de eventos mximos, se realiz probando el ajuste de la informacin a las distribuciones estadsticas tericas: Normal, Lognormal II parmetros, Log normal III parmetro, Log Gumbel y Gumbel. Para cada uno de los ajustes se realiz la prueba de bondad de ajuste de Chi-cuadrado, de donde se opt por la distribucin Gumbel como la de mejor ajuste.

Cuadro N 17Anlisis de frecuencia de la precipitacin mxima en 24 horas Estacin SalamancaPeriodo de RetornoProbabilidad de no excedenciaPrecipitacin de Diseo (mm)Gumbel

1000099.9974.88

200099.9565.06

100099.960.83

50099.856.6

20099.5051.00

10099.0046.76

5098.0042.50

2095.0036.81

1090.0032.42

580.0027.84

Fuente: Elaboracin propia Anlisis de caudales mximos para diferentes periodos de retornoEn vista que para la cuenca de embalse de la presa Yahuarcocha no se cuenta con informacin de caudales mximos instantneos, el anlisis de mximas avenidas se realiz con la ayuda del programa HEC-HMS v.3.2, para la generacin de caudales de avenidas para diferentes periodos de retorno.

Modelo de cuencaCon la precipitacin mxima en 24 horas para diversos periodos de retorno, distribucin Gumbel (1992 2011), y con un CN = 80, se procedi a la generacin de los caudales mximos instantneos con el Mtodo SCS del hidrograma triangular unitario sinttico, para los periodos de retorno de 5, 10, 20, 50, 100, 200, 1000, 2000 y 10,000 aos, en base a los siguientes parmetros geomorfolgicos de la cuenca. Ver Cuadro Cuadro N 18Parmetros geomorfolgicos - Caractersticasrea (km2)Longitud (m)Desnivel (m)Pendiente (%)

12.843676.4342011.4

Fuente: Elaboracin propia

Los parmetros fsicos de la Cuenca necesarios para calcular el volumen de escurrimiento superficial y forma del hidrograma, mediante los modelos de Nmero de Curva (SCS Curve Number). La Curva Nmero (CN), a partir de las tablas del mtodo (al no ser posible la calibracin por aforos, caso del presente estudio), podra ser para la cuenca de embalse la condicin II y grupo de suelos hidrolgico C a D, es decir un valor de CN comprendido en un rango de 78 a 84.

Las CN con valores igual o mayores a 80 corresponderan en el Per, a cuencas de las regiones de Sierra (Aplicaciones de ELECTROPERU) y Costa.

Por las caractersticas de la cuenca, pluviosidad, experiencias anteriores y el marco terico, se opt para la cuenca de embalse, por un valor de CN = 80. Se muestran en el siguiente cuadro.

Cuadro N 19

ParmetroYAHUARCOCHA

Longitud del cauce principal L (m)3676.43

Desnivel del cauce principal H (m)420.00

Curva nmero CN80

Perdida inicial Ia (mm)12.70

Tiempo de concentracin Tc (min)25.01

Tiempo de concentracin Tc (hr)0.42

SCS Lag (hr)0.25

SCS Lag (min)15.01

Fuente: Elaboracin propiaModelo meteorolgicoEl modelo meteorolgico consiste en definir la tormenta de diseo que ser utilizada en la simulacin de la relacin precipitacin - escorrenta, para la represa Yahuarcocha. Para obtener las respectivas tormentas de diseo se utiliz la opcin SCS Storm.

Caudales de mximas avenidasEl siguiente cuadro muestra los resultados mediante la ejecucin del programa HEC-HMS para periodos de retorno de: 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000, 2,000 y 10,000 aos respectivamente, para la represa Yahuarcocha.Cuadro N 20Caudales de mxima avenidas para distintos periodos de retornoPeriodo de retorno (aos)Embalse Yahuarcocha

Caudal Pico (m3/s)

1000035.30

200025.90

100022.10

50018.50

20014.00

10010.90

508.00

204.80

103.30

51.90

Fuente: Elaboracin propia

10 FACTIBILIDAD HIDROLGICA DEL PROYECTO

10.1 GENERALIDADES El presente tem, tiene como objetivo principal, dimensionar los alcances del proyecto de riego, basados en la disponibilidad de los recursos hdricos que permitan garantizar un nivel adecuado de satisfaccin de las demandas de agua para riego existente.

10.2 FUNCIONAMIENTO HIDRULICO DEL PROYECTO

El funcionamiento hidrulico del proyecto ha previsto utilizar las aguas de la Sub-cuenca de Quipchane. A continuacin se presentan las coordenadas de los puntos de captacin y embalse del proyecto:

Cuadro N 21Localizacin de la infraestructura del Proyecto.Infraestructuramsnmxy

Eje de la presa4779.0733693.178309770

Aliviadero4768.3733457.008309530

10.3 DISPONIBILIDAD DE AGUA

La disponibilidad de agua del proyecto, comprende el caudal natural de la Sub cuenca de Quipchane, de esta subcuenca, para este diseo la persistencia es de 75% de probabilidad pasara igual o menor en algn del momento del ao, para el caso de mes de enero por lo que toma dicho caudal de diseo, donde se reporta el mayor caudal de los datos metrolgicos de los aos registrados que almacenar el agua y lo soltar para ser captado aguas abajo por otros canales.

10.4 CAUDAL DE DISEO DE LAS OBRAS PROYECTADAS.

De los resultados obtenidos en el desarrollo del presente estudio se obtiene los siguientes caudales de diseo para las obras proyectadas.

Avenidas de diseoSe analiz la avenida mxima extraordinaria para un periodo de retorno de 500 aos (milenaria) de:Q500 = 18.5 m3/s

Q 500 salida = 3.29 m3/s

10.5 DEMANDA DE AGUA A NIVEL DE SISTEMA DE RIEGO

Clculo de Evapotranspiracin Potencial

Para el clculo de la evapotranspiracin potencial se han tomado el mtodo de Thornthwaite, para el cual a partir de los datos de la estacin Cotahuasi se ha generado los datos de segn correccin de altura para las zonas de riego de los distritos de Cotahuasi y Toro. En el Cuadro N 22 y 23 se muestran los valores de la Evapotranspiracin potencial mensual de la fomula.

Cuadro N 22

Cuadro N 23

Precipitacin al 75% de PersistenciaEn hidrologa el anlisis de frecuencia de precipitacin es muy importante porque nos permite predecir la disponibilidad de agua a partir de datos histricos de precipitacin. Es decir podemos saber con qu frecuencia se va a presentar una precipitacin de cierta magnitud. Para esto es muy importante el dato de precipitacin al 75% de persistencia que indica el porcentaje de tiempo en que la precipitacin es igual o mayor que un valor dado.

Los resultados de los valores finales para el trabajo de la precipitacin al 75% de probabilidad se muestran en el Cuadro N 24 y 25.En el Anexo N 05 se muestra las curvas de persistencia. Cuadro N 24

Cuadro N 25

Necesidad de Agua de los Cultivos

En los Cuadros N 26 y 27 se muestran las has requeridas 376 has y las has sembradas en dos campaas 436 has, los coeficientes de cultivo y la cedula de Cultivos seleccionados para el sector de Sector o Zonas de riego de Cotahuasi, y Toro estas ltima zona a la vez tres zonas de riego que por estas a la misma altura, muy cercana adems de tener la misma fuente de distribucin de agua se ha tomado de como un solo sector de riego. Se puede apreciar que en los meses de mayor el rea irrigable mxima es 256 has para la zona de Cotahuasi, 120 has para Toro, que en total son 436 has.

Cuadro N 26Sembradas en dos campaas

Cuadro N 27Has requeridas y/o Utilizadas.

La evapotranspiracin del cultivo se calcula multiplicando el factor de cultivo Kc por la evapotranspiracin potencial. Para el presente estudio los clculos se han realizado mensualmente siendo las cedulas de cultivo como aprecia en los cuadros N 23.

Las necesidades efectivas de riego se obtienen por las diferencias de la evapotranspiracin real del cultivo menos la Precipitacin Efectiva, pero en los cuadro 29 y 31, se aprecia las has sembradas es mayor que las has utilizadas debido a que se usa en algunos casos las mismas has para la segunda campaa, pero para la evaluacin econmica se utilizara las siembras.

Cuadro N 28.

Cuadro N 29

Cuadro N 30

Cuadro N 31

Cuadro N 32

Cuadro N 33

10.6 DEMANDA DE AGUA DEL PROYECTO.

Se ha considerado irrigar las zonas de riego, con un total de 436 Has (1ra campaa de 376ha y 2da campaa 60 ha) cuadro N 26 se aprecia la cantidad de has que se cultivara como, cebada, maz choclo, trigo, papa, olluco, quinua, alfalfa, pastos, habas y hortalizas. Se ha considerado la eficiencia de riego: segn el cuadro 34, debido a la existencia del riego por gravedad:

Cuadro N 34

Cuadro N 35

Cuadro N 36

El mayor mdulo de riego se obtiene para el mes de noviembre: 156 y 86 l/s/ha cuadro N 35 y 36. Teniendo en cuenta que la cantidad de reas a satisfacer es: 436 Has, siendo que se debe tener una tubera de salida de 0.242 ml/seg, adems de requiere 2.97 MMC, segn el cuadro N 25 adems en cuadro N 31 se tiene el balance hdrico, por lo que en el cuadro N 37 se aprecia la demanda de agua que se requiere para los cultivos de la zona de riego.

Cuadro N 37-Demanda de agua

Cuadro N 38

Toma N04 Vista de zonas a mejorar-Sector de Cotahuasi

Toma N05 Vista de distrito de Cotahuasi.

Municipalidad Provincial de La Unin.

Cuadro N39

Figura N 05

En el Cuadro N 40 se muestra que el almacenamiento del embalse corresponde a 2,268,454.52 m3 (Volumen til +Volumen de Sedimentos), se observa que en el mes de marzo la condicin es llena, en el mes de Diciembre se queda vaco. El embalse proveer de agua en los meses de Abril a Diciembre. En Enero hasta febrero que se llena y el caudal. Cuadro N 40

SIMULACION

Figura N 06

En la Figura N 06, se puede apreciar que el mes de febrero se llena y el volumen del mes marzo pasara por el alivio, por la demanda requerida por que se tiene las precipitaciones suficientes para abastecer de agua a los cultivos en estos los meses de abril a diciembre.

Los dems meses el embalse progresivamente ir disminuyendo su volumen dado que aportar agua para el riego. En los meses de abril y Diciembre el embalse ir disminuyendo su volumen hasta encontrarse vaco.

11 DISEO DE PRESA Y ALIVIADERO

11.1 DEFINICION DE LA ALTURA TOTAL DE LA PRESA

Altura del Volumen til + Volumen Muerto

Para el clculo de la altura de la presa, primero se confecciono la Curva Altura-Volumen. En ella se observa, que la altura del almacenamiento correspondiente al NAMO (Volumen til + Volumen muerto) es de 11.00 metros y el almacenamiento es de 2.54 MMC

HVU+VM = 11.00 m 11.2 DISEO DE ALIVIADERO

Para el diseo del aliviadero del embalse se empleo la Avenida Mxima, aplicando un Tiempo de retorno de 500 aos correspondiente a la Sub-cuenca de Quipchane, se disea con el caudal de mxima avenida que es de 18.5 m3/seg. Cuadro N 41-Sub-cuenca de Quipchane.Periodo de retorno (aos)Embalse Yahuarcocha

Caudal Pico (m3/s)

1000035.30

200025.90

100022.10

50018.50

20014.00

10010.90

508.00

204.80

103.30

51.90

Fuente: Elaboracin propia

11.3 ALTURA DEL ALIVIADERO

Para determinar la altura del aliviadero es necesario transitar a travs del embalse la corriente captada en el punto de ingreso al embalse

Se asume un vertedero de pared gruesa.

Se emplea la formula Q = 1.7.L.H3/2

L = Ancho del Aliviadero (m)H = Altura de Carga (m)Q = Caudal (m3/s)

Con un ancho de 16 m, y el caudal mximo calculado luego de transitar el caudal por el embalse igual a 3.29 m3/s.L = 16.00 m;H = 0.20 m.

Por lo que el NAME se encuentra en la cota 4779.52 m.s.n.m.

11.4 ALTURA DE CORONACIN

La altura de coronacin de la presa ser el NAME mas el resguardo que asegure que las olas, en el momento que se produce el NAME, no salten por encima del dique. El resguardo se calcula mediante la siguiente ecuacin:

Resguardo (m) = 0.9.L1/4

L: Longitud mxima de la lamina de agua del embalse (Km.)= 1.450

Resguardo = 1.8 m

11.5 ALTURA DE ESTRUCTURAS.

ALTURA DE PRESA: 13.00 m.

Altura de la Presa (m)Cota (m.s.n.m.)Area Acumulada (m2)Area Acumulada (km2)Volumen (m3)Volumen Acumulado (m3)Volumen Acumulado (MMC)

04768.30.000.000.000.000.00

14769.319123.150.029,561.589,561.580.01

24770.336457.330.0427,790.2437,351.820.04

34771.3117829.910.1277,143.62114,495.440.11

44772.3157959.530.16137,894.72252,390.160.25

54773.3195081.640.20176,520.58428,910.740.43

64774.3237060.680.24216,071.16644,981.900.64

74775.3281752.650.28259,406.67904,388.570.90

84776.3347115.670.35314,434.161,218,822.731.22

94777.3393016.010.39370,065.841,588,888.571.59

104778.3457893.100.46425,454.552,014,343.122.01

114779.3583841.450.58520,867.282,535,210.402.54

124780.3620915.970.62602,378.713,137,589.113.14

134781653537.420.65637,226.703,774,815.813.77

Figura N 07

Fuente: Elaboracin propia

Figura N 08

Fuente: Elaboracin propia12 .- RESULTADOS DEL ESTUDIO.

Cuadro N 43 DESCRIPCIONDATOS FINALESOBSERVACIONES

ALTURA ESTRUCTURA DE PRESA13.00altura de diseo

ALTURA DE PRESA CON DESPALME13.50altura desde cota natural de terreno

ALTURA DEL DESPALME0.50

ALTURA HIDRAULICA DE PRESA11.00calculo alt/vol

ALTURA DE ALIVIO0.20

ALTURA DE CORONACION1.80

ALTURA DE ALMACENAMIENTO11.00

ANCHO DE CORONA6.00

NIVEL DE AGUA EXTRAORDINARIO (NAME)11.20altura de presa mas alivio

Fuente: Elaboracin propia

13.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Con el volumen almacenado se podr se utilizar 376 ha estas son la requeridas (206 has se mejoraran y 170 has de ampliacin) pero en dos campaas se tendr 436 has (1ra campaa 376 ha y 2da campaa 60 has) estas son las has que sern requeridas para el estudio de evaluacin econmica.

La altura de la proyectada ser de 11.00m (VU+VM-10%), por que requiere un volumen de 2.97 MMC. Para la demanda del los cultivos este volumen es el que requiere para el balance hdrico del proyecto, se tendr una altura total de la presa de 13.00 m donde se incluye el despalme de 0.50m.

El embalse se llenara en los meses de enero a marzo con la cuenca de embalse y se descargara progresivamente en los meses de abril-diciembre de acuerdo al volumen requerido, habiendo consumido su volumen til al final del mes de Diciembre.

El caudal mximo que descargar el Aliviadero es de 3.29 m3/s, para 500 aos del tiempo de retorno

Las aguas del embalse presentan baja concentracin de sales y sodio, clasificndose como de tipo C1S1, siendo de buena aptitud para su uso en el riego de cultivos sin restriccin alguna

En el presente estudio se ha utilizado el mtodo racional para la generacin de caudales, por ser un rea pequea de drenaje. Se ha trabajado con las estaciones de Cotahuasi, Salamanca, Puica, Chinchayllapa indicando que dichos datos has sido complementado con estudios de la Cuenca de Ocoa realizados por la Autoridad nacional de Agua (ANA).

Se recomienda implementar estaciones meteorolgicas e hidromtricas en el mbito del proyecto, de no poder realizarse sera recomendable la instalacin un pluvimetro digital en la parte alta de la cuenca y de reglas limnimetricas a la descarga de la Quebrada aguas abajo en Agua blanca.

ANEXOS

ANEXO N 01 AREAS DE LA MICROCUENCA

ANEXO N 02 Datos Meteorologicos-cuatro estaciones.

ANEXO N 03 Datos-Generacion de Precipitacion la Sub-Cuenca

ANEXO N 04 Datos-Generacion de Precipitacion las Zonas de Riego

ANEXO N 05 Datos-Generacion de La Caudal - Subcuenca

ANEXO N 06 CURVAS DE DURACION MENSUALES

CUADRO DE EXCEL PP-GENERADO

CAUDALES MENSUALES DE DE DESCARGA M3/SEG

ANEXO N 07 Datos de Precipitacion mxima en 24 horas (mm)

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