Anexo IIIb Estudio Hidrologico

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    06-Jul-2015

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<p>ESTUDIO HIDROLGICO</p> <p>SUMINISTRO HIDROELCTRICO EN LA LOCALIDAD DE HORNOPIREN CUENCA RIO CUCHILDEO</p> <p>COMUNA DE HORNOPIREN, REGIN DE LOS LAGOS JULIO, 2005</p> <p>Emisin Preparado por Javier Gho</p> <p>3 14.07.2005</p> <p>Aprobacin Juan Marcus S. Aprobacin Cliente Jos T. Elton G-H</p> <p>INDICEI. DETERMINACIN DEL REGIMEN HIDROLGICO .......................................................................... 3 1. Antecedentes................................................................................................................................................... 3 2. Objetivos .......................................................................................................................................................... 3 3. Procedimiento de Clculo.............................................................................................................................. 5 3.1 Anlisis de la pluviometra........................................................................................................ 5 3.2 Clculo de la escorrenta anual ................................................................................................ 6 3.3 Determinacin de los caudales medios mensuales................................................................... 8 3.3.1 Anlisis de Frecuencia y tipificacin hidrolgica de aos ....................................................... 8 3.3.2 Modelo de Distribucin de Caudales Medios Mensuales........................................................ 9 3.3.3 Distribucin de Frecuencia para los caudales medios mensuales ........................................ 10 II. ANLISIS DE CRECIDAS............................................................................................................... 13 1. Introduccin ................................................................................................................................................... 13 2. Ajuste a la Funcin de Gumbel................................................................................................................... 13 2.1 Definicin de la funcin de Gumbel ........................................................................................ 13 2.2 Determinacin de la Probabilidad .......................................................................................... 14 3. Bondad del Ajuste ..................................................................................................................................... 14 3.1. Test de Kolmogorov-Smirnov ................................................................................................ 15 3.2. Coeficiente de Correlacin .................................................................................................... 15 4. Ajuste a Gumbel ......................................................................................................................................... 16 4.1 Aplicacin de Kolmogorov Smirnov. ................................................................................... 17 2 4.2 Aplicacin del Coeficiente de Correlacin (R ) ....................................................................... 17 4.3 Determinacin de lluvias mximas para perodos de retorno .................................................. 18 5. Estimacin de la Escorrenta Superficial a partir de la Precipitacin (Valores Mximos) .......................... 19 5.1 Anlisis de Frecuencias Hidrolgicas (Pearson III) ................................................................. 19 5.2 Mtodo Racional Modificado por valores obtenidos en la cuenca ........................................... 23 5.3 Mtodo de Verni-King modificado........................................................................................... 25 III. ANEXOS........................................................................................................................................ 26 ANEXO 1.Valores crticos de D en la Prueba de Bondad de Ajuste de Kolmogorof - Smirnof. ...................... 26 ANEXO 2.Trabajos de Terreno ....................................................................................................................... 27</p> <p>I. Determinacin del Rgimen Hidrolgico</p> <p>2</p> <p>I. DETERMINACIN DEL REGIMEN HIDROLGICO 1. AntecedentesLa Comuna de Hualaihu, Provincia de Palena X Regin tiene 2.787 km2 y 8.233 habitantes donde a lo menos el 84% es poblacin rural. En la comuna est el pueblo de Hornopirn (ex Ro Negro) 41 58 S, 72 28 W, a 109 km de Puerto Montt y se llega desde esta ciudad por la Carretera Austral, realizando un paso en transbordador desde Caleta La Arena en el continente, hasta Cocham. La cuenca del Ro Cuchildeo recoge las aguas de una divisoria de altas cumbres en direccin Norte Sur localizada entre los 72 30 y los faldeos de volcn Hornopirn (1.572 msnm, 72 25 53 W, 41 52 34 Sur). En la parte norte se destaca la probable influencia del Lago Cabrera situado app. a los 520 msnm y unos 420 msnm de diferencia de cota con el rea de nacimiento del Ro Cuchildeo, por lo que se presume que hay aporte subterrneo desde este lago. La Carta IGM Volcn Hornopirn (4145 7215), escala 1:50.000 (pg. 4 sgte.) muestra una delimitacin de la cuenca aportante de unos 23 km2, que como superficie a emplear no refleja la influencia tanto del lago, como del probable aporte desde la ladera del volcn.</p> <p>2. ObjetivosEl estudio hidrolgico a nivel de Ingeniera Bsica que se presenta, est dividido en dos partes: I. II. Determinacin del Rgimen Hidrolgico Anlisis de Crecidas</p> <p>Los resultados indicados en la propuesta son los siguientes: Delimitar las cuencas aportantes, investigar la informacin hidrolgica disponible y, sobre esta base, estimar los caudales disponibles para generacin. Estimar en la captacin (bocatoma), los caudales disponibles con un grado de seguridad mnimos y de diseo. Sobre la base de datos de pluviometra, determinar la escorrenta y las crecidas para un perodo dado de retorno. Se determinarn las estadsticas de caudales medios mensuales disponibles en el punto de captacin, con probabilidades de ocurrencia 50%, 90% y 95% y la curva para extrapolar otras probabilidades. De igual forma, se efectuar una estimacin de los caudales medios mensuales, mnimos y mximos. Realizar un anlisis de crecidas y eje hidrulico con base en informacin de lluvias mximas (24 horas), en base a los registros pluviomtricos de la Direccin General de Aguas.</p> <p>I. Determinacin del Rgimen Hidrolgico</p> <p>3</p> <p>I. Determinacin del Rgimen Hidrolgico</p> <p>4</p> <p>3. Procedimiento de Clculo3.1 Anlisis de la pluviometra Hornopirn cuenta con estacin pluviomtrica y registros de precipitaciones y lluvias mximas (24, 48 y 72 horas) desde el ao 1997 hasta Enero 2004; este registro est incompleto, faltando solo el primer trimestre del ao 1997. Para efectos de completar la serie de datos se adquiri informacin de una estacin cercana con informacin de similar perodo. Tabla I.1 Estaciones Hidromtricas de ReferenciaNombre de Estacin Hornopirn Puelo Tipo Pluviomtrica Pluviomtrica Cdigo BNA 10610001-2 10523001-K Codificacin UTM 53522547 Norte 711367 Este 5387242 Norte 727683 Este</p> <p>La informacin es bastante homognea y las estaciones tienen un alto grado de correlacin (R2 = 0,9364), segn se muestra en la Fig. I.1</p> <p>800 700 600</p> <p>y = 0,7726x - 0,4269 R2 = 0,9364</p> <p>Puelo (mm/mes)</p> <p>500 400 300 200 100 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000</p> <p>Hornopirn (mm/mes)</p> <p>Fig I.1 Correlacin de precipitaciones entre Estacin Puelo y Hornopirn Tal como se indica en el grfico, la correlacin establecida para rellenar los datos faltantes entre ambas estaciones fue: Ppcin. Hornopirn (mm/mes) = 1,294 * Ppcin. Puelo (mm/mes) + 0,5526I. Determinacin del Rgimen Hidrolgico 5</p> <p>Tabla I.2 Estadstica de Precipitaciones Hornopirn (Rellenada y Corregida)Estacin : Cdigo BNA : Altitud : Cuenca :Hornopirn 10610001-2 23 msnm Costeras Ro Puelo y Ro Yelcho</p> <p>Latitud S : Longitud W; Subcuenca :</p> <p>41 57 00 72 27 00 Costeras entre Pta.Tentelhu y Ro Negro (incl.)</p> <p>UTM Norte : UTM Este : Area Drenaje :</p> <p>5352547 (m) 711367 (m) 0 km2</p> <p>AO 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004</p> <p>ENE 421,3 159,0 88,5 165,5 469,0 171,5 315,0 64,5</p> <p>FEB 108,4 65,8 127,5 355,5 192,5 203,0 138,5 81,5</p> <p>MAR 103,7 175,0 205,0 195,6 387,5 382,5 125,5 245,5</p> <p>ABR 670,0 152,5 172,0 236,0 199,0 377,0 143,0 704,0</p> <p>MAY 134,1 231,0 373,5 149,0 553,5 683,0 162,0 52,0</p> <p>JUN 515,0 225,2 424,5 737,0 505,0 447,5 543,5 882,5</p> <p>JUL 645,7 368,0 419,0 500,0 571,5 281,3 386,1 252,1</p> <p>AGO 457,0 444,0 565,0 299,0 309,0 431,5 366,0 343,0</p> <p>SEP 322,5 136,5 351,0 222,5 132,8 418,5 405,0 369,5</p> <p>OCT 419,5 143,0 127,5 302,0 110,5 715,5 299,0 377,5</p> <p>NOV 351,0 123,0 118,0 292,0 256,0 493,0 329,5 164,5</p> <p>DIC 313,8 105,5 226,5 295,5 90,0 228,1 356,0 311,0</p> <p>Total 4462,0 2328,5 3198,0 3749,6 3776,3 4832,4 3569,1 3847,6</p> <p>Tipo ao normal seco normal normal normal hmedo normal normal</p> <p>3.2 Clculo de la escorrenta anual Dado que la cuenca del Ro Cuchildeo no tiene control fluviomtrico - salvo aforos espordicos - y por ende registros, se estimar la escorrenta anual sobre la base de la pluviometra de la estacin Hornopirn. Para esto, y considerando de que no existen datos suficientes con mediciones de varias temporadas como para efectuar un modelo hidrolgico calibrado, se estimar la escorrenta anual con frmulas empricas, del tipo: Es [m3/m2] = K * funcin (Precipitacin [m]). En estas frmulas, para llevar el valor de precipitacin a volumen [m3] se emplea el valor del rea de la cuenca aportante en m2, que corresponde al sector aguas arriba donde se realiz el aforo - del rea delimitada en las cartas cuya superficie total es de 126 km2. Cabe destacar que esta es una superficie ficticia, que ha sido empleada para estimar caudales en el ro por parte de la DGA y que de alguna forma compensa los aportes tanto del flujo subterrneo como el del Lago Cabrera, y otros como posible aporte subsuperficial desde la ladera del Volcn Hornopirn, que en forma surgente dan origen al ro en cuestin. Para usar la frmula ms apropiada se hizo una revisin bibliogrfica, siendo ms recomendable emplear en la zona la frmula de Turc. Frmula de Turc: H (mm/ao) = P - P / (0,9 + (P/L)2 )1/2 Siendo, L = 300 + 25*t + 0,05* t2 [mm/ao]</p> <p>Los valores de pluviometra que se utilizan son los anuales, resultado de la suma de los totales mensuales.I. Determinacin del Rgimen Hidrolgico 6</p> <p>En esta frmula, el trmino que resta representa el denominado dficit de escorrenta, el cual es funcin de la temperatura, correlacin relacionada estrechamente con la evapotranspiracin. En este caso, la temperatura media anual, t (C), en la localidad es de 10C, lo que da como resultado 555 [mm]. Los registros de aforo de la DGA medidos en el puente del Ro Cuchildeo, en Hornopirn son los siguientes: Fecha Febrero 19, 2001 Julio 11, 2002 Caudal [l/s] 13.694 17.823</p> <p>Si bien no existe ningn registro histrico de medicin, los valores anteriores sirvieron para comprobar los valores obtenidos en el modelo y ajustar la correlacin empleada, al considerarse datos muy confiables por estar dentro del perodo en que la DGA ha realizado registros pluviomtricos. Para poder corroborar los resultados de la ecuacin con los medidos en terreno, el consultor realiz correcciones diferentes para ao normal y ao hmedo, conservando los valores de la distribucin del ao seco como criterio conservador, para no obtener resultados sobreestimados que sean factor de decisiones erradas por sobreestimacin de valores. En cuencas de estas caractersticas es muy conveniente no emplear los valores anuales porque estos estudios generalmente son realizados en periodos estivales y el rgimen de lluvias est fuertemente concentrado en Invierno; en este caso, los registros pluviomtricos muestran que en cinco meses se concentra alrededor del 53% de las lluvias anuales (Mayo-Septiembre). Por lo anterior, en los meses de menor horas luz da y mayor demanda de consumo domiciliario, existe la plena seguridad de poder trabajar con caudales mayores para obtener una mayor produccin de energa. En resumen, los valores estimados y los aforados son los siguientes: Fecha Febrero 19, 2001 Julio 11, 2002 Caudal [l/s] aforado 13,7 17,8 Caudal [l/s] estimado 13,0 16,8</p> <p>Los valores anteriores, se ajustan muy cercanamente a los valores aforados en terreno, lo que se considera ms que aceptable ya que tiene un rango de error del orden de un 6 %. La Tabla I.3 presenta en su segunda columna la precipitacin anual registrada en la Estacin Pluviomtrica de Hornopirn, y en tercera columna el valor resultado de la Ecuacin de Turc.</p> <p>I. Determinacin del Rgimen Hidrolgico</p> <p>7</p> <p>Tabla I.3 Clculo de Escorrenta Anual en el Cauce</p> <p>Ao 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004</p> <p>P (mm/ao) 4462,0 2328,5 3198,0 3749,6 3776,3 4832,4 3569,1 3847,6</p> <p>H (mm/ao) 3915,7 1791,8 2655,2 3204,8 3231,5 4285,6 3024,9 3302,6</p> <p>V (m3/ao) 505128181 231143409 342517905 413425524 416860417 552839603 390210140 426033932</p> <p>Qmedio (m3/s) 16,0 7,3 10,9 13,1 13,2 17,5 12,4 13,5</p> <p>3.3 Determinacin de los caudales medios mensuales Para la determinacin de los caudales medios mensuales de la estadstica de la cuenca, a partir de las escorrentas anuales, se desarrolla una metodologa acorde a las caractersticas de esta zona. 3.3.1 Anlisis de Frecuencia y tipificacin hidrolgica de aos Se efecta un anlisis de frecuencia de los valores de escorrenta anual, clasificando los aos segn la Probabilidad de Excedencia (Pe) en: Secos: Normales: Hmedos: si Pe es menor al 20% si Pe est entre el 20 y el 80% si Pe es mayor al 80%</p> <p>Los resultados de este anlisis de frecuencia se indican en la Tabla I.4; el valor de la columna n/(N+1) representa la probabilidad de excedencia y su rango establece la tipificacin de ao hmedo, normal o seco. Tabla I.4 Anlisis de Frecuencia de Caudales Medios Anuales y Tipo de AoP ((0,9+(P/ H L)2)0,5 (mm/ao) 8,2 4,3 5,9 6,9 6,9 8,8 6,6 7,1 3915,7 1791,8 2655,2 3204,8 3231,5 4285,6 3024,9 3302,6 Qmedio Q (m3/s) orden 16,0 7,3 10,9 13,1 13,2 17,5 12,4 13,5 17,53 16,02 13,51 13,22 13,11 12,37 10,86 7,33</p> <p>Ao (mm/ao) (P/L)21997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 4462,0 2328,5 3198,0 3749,6 3776,3 4832,4 3569,1 3847,6 65,8 17,9 33,8 46,5 47,1 77,2 42,1 48,9</p> <p>V (m3/ao) 505128181 231143409 342517905 413425524 416860417 552839603 390210140 426033932</p> <p>Ao 2002 1997 2004 2001 2000 2003 1999 1998</p> <p>Orden n/(N+1) 1 2 3 4 5 6 7 8</p> <p>Tipo</p> <p>0,111 hmedo 0,222 normal 0,333 normal 0,444 normal 0,556 normal 0,667 normal 0,778 normal 0,889 seco</p> <p>I. Determinacin del Rgimen Hidrolgico</p> <p>8</p> <p>3.3.2 Modelo de Distribucin de Caudales Medios Mensuales Adoptando como modelo de distribucin los registros de pluviometra de la estacin de referencia, analizada, corregida y rellenada, es posible emplearla como referencia para deducir la distribucin mensual de caudales en aos hmedos, normales y secos. El supuesto anterior, es til cuando no es posible correlacionar con un modelo hidrolgico fluvial la distribucin de caudales al no haber registros f...</p>