UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENERIA AGRICOLA
TESIS “GENERACION DE DESCARGAS MENSUALES EN LA MICROCUENCA PALLCCA UTILIZANDO EL METODO DE LUTZ SCHOLZ A 3075 msnm – MARIA PARADO DE BELLIDO –CANGALLO –AYACUCHO” 2012
TESIS PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE: INGENIERO AGRICOLA PRESENTADO POR: RONAL MENDOZA VEGA
2012
DEDICATORIA Con todo cariño a mis Padres Leovigilda y Eleodoro, por su incomparable sacrificio en mi formación profesional.
A mis hermanos Cesar y Rossmery, por todo
su apoyo incondicional
durante la formación de mi vida profesional
AGRADECIMIENTO
A la Universidad Nacional San Cristóbal de Huamanga, alma mater de mi formación profesional. A la Facultad de Ciencias Agrarias, en especial a la Escuela de Formación Profesional de Ingeniería Agrícola. A los Docentes de la Escuela de Formación Profesional de Ingeniería Agrícola, por sus valiosas enseñanzas y orientaciones que me condujeron a lograr mis Objetivos. A la MSc. Ing. Sandra Del Águila Ríos, por su asesoramiento y conducción del Trabajo de Tesis. A todas las personas, que de una u otra manera colaboraron con sus sugerencias en el desarrollo y culminación del Trabajo de Investigación .
iv
“GENERACION DE DESCARGAS MENSUALES EN LA MICROCUENCA PALLCCA UTILIZANDO EL METODO DE LUTZ SCHOLZ A 3075 msnm – MARIA PARADO DE BELLIDO –CANGALLO –AYACUCHO” 2012 INDICE Paginas TITULO
2.5.1 Modelo propuesto por Lutz Scholz ……………………………………….…28 2.6
Tratamiento de datos hidrometeorológicos ……………………………………….…29 2.6.1 Análisis de consistencia de la información ……………...………………….31 2.6.1.1
Análisis de Saltos
2.6.1.2
……………………………………….…33
Identificación de Saltos Evaluación y cuantificación Corrección de los datos
Análisis de Tendencias
………………………………....44
Tendencia Media Tendencia de desviación estándar
2.6.2 Complementación y/o extensión datos Hidrometeorológicos……..….…….57 ……………..….58
2.6.2.1
Ecuación de Regresión Lineal simple
2.6.2.2
Procesos de complementación de datos por R.L.M ......….60
2.5.2.3
Complementación de Datos No Anuales
Extensión de datos no anuales
…………..…………….65
III
MATERIALES Y METODOS …………………………...………………………………67
3.1
Materiales
………………………..…………………………67
3.1.1
……………………………..……………………67
Cartografía
vi 3.1.1.1 Contexto Geográfico de la zona de Estudio……….……..…...…….67 3.1.1.2
la Microcuenca Pallcca…………………………..…….……….…...68
Ubicación y demarcación de la unidad fisiográfica …….…..…..65
Aspectos geológicos
.…...…..….71
Geomorfología. Litología y Estratigrafía. Geología estructural Geodinámica Externa
Aspectos ecológicas
……………………………………….....74
Descripción de la zona de vida.
Bosque Seco-Montano Sub Tropical (bs-MS) Paramo muy húmedo Subalpino Sub tropical (pmh) ……………………….…………77
3.1.2 Hidrometeorología Información Hidrométrica
3.1.2.2
Estaciones Pluviométricas de la Zona de estudio..……..…82
3.1.2.3
Estaciones Meteorológicas complementarias en la Zona de estudio
3.1.3 Equipos y programas de Computo 3.2
………....………………..........77
3.1.2.1
....…………………..……........87 ………………………….………88
……………………………………………...……………89
Metodología
3.2.1 Análisis Cartográfico y estadístico de la información 3.2.1.1
Análisis cartográfico de la microcuenca
Area total Índice de compacidad Factor de forma Orden de corrientes Densidad de corriente Densidad de Drenaje Pendiente media de la cuenca Índice de pendiente Curvas Hipsométricas de una cuenca Perfil longitudinal del cauce principal Pendiente del cauce principal Rectángulo equivalente
……..……..….90 …………….….90
vii 3.2.1.2
Análisis de regionalización de la Información ……………………………..…102
Pluviométrica
3.2.2 Aplicación de los Modelos Determinísticos parciales
……….…...…112
3.2.2.1 Precipitación sobre la Cuenca
…….………...112
Método de Isoyetas
3.2.2.2 Coeficiente de escorrentía “C”
….…….……..114
Método de “L. TURC” 3.2.2.3 Cálculo de la Evaporación Potencial
……….……...114
Pemman para las condiciones del Perú (Garcia, j. 1984) ………………..……...121
3.2.2.4 Calculo de la precipitación efectiva
3.2.2.5 Fundamentos del balance hidrológico del modelo …….…….…..124 3.2.2.6 Periodos del ciclo hidrológico
……………………..…………126
3.2.2.7 Calculo de retención de la cuenca …………………………….….127
Almacenamiento Hidrico Retención de la lamina total Retención total de la cuenca.
3.2.2.8 Relación entre gastos de retención “G” y abastecimiento de la cuenca “A” ……………………………………..…………..129
Gasto de la retención “G” Coeficiente de agotamiento “a” Abastecimiento de la retención “A”
3.2.2.9 Calculo del caudal mensual promedio
…………...…………..133
3.2.3 Generación de caudales mensuales para periodos extendidos 3.2.3.1 Generación con modelo marcoviano de primer orden
.……..134 ….…..134
Regresión multiple 3.2.3.2 Test estadístico
………………………………………………....138
viii …………………………………………………139
IV
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
4.1
De la aplicación de los modelos determinísticos …………………...……….….139 4.1.1 De la precipitación mensual de la microcuenca Pallcca..…………….......139 4.1.2 De las variables meteorológicas complementarias a la microcuenca......147 4.1.3 De la evaporación en la microcuenca Pallcca……….…………...……..….151 4.1.4 Del coeficiente de escorrentía “C” de la microcuenca Pallcca………..….156
4.2
De la generación de caudales para un periodo extendido
……….……...159
4.2.1 De la generación descargas medias mensuales para el año promedio la microcuenca Pallcca....…………..…………………………………………..162 4.2.2 De la generación de descargas media mensuales para un periodo extendido de la microcuencas Pallcca…........................…………………..……..132 Y RECOMENDACIONES
………...……………..167
V
CONCLUSIONES
VI
RESUMEN
…………………………………………...……………..170
VII
BIBLIOGRAFIA
…………………………………………...……………..171
VIII
ANEXOS
……………………………………………...…………..173
ix LISTA DE FIGURAS Paginas 2.1
Estructura aproximada de la atmósfera
……………….. 6
2.2
El ciclo hidrológico
……………….10
2.3
Esquema físico del ciclo hidrológico
……………….11
2.4
Diagrama de Block
……………….12
2.6
Zonas y procesos del agua subsuperficial
……………… 16
2.8
Relación entre precipitación y escorrentía total
……………… 18
2.9
Modelo de balance hídrico simple
……………….19
2.10
Balanza hídrico en una cuenca
……………….20
2.11
Esquema sistema hidrológico
……………… 21
2.12
Representación del sistema hidrológico global
……………….23
2.13
Esquema del sistema hidrológico
……………… 24
2.14
Diagrama de flujo para el tratamiento de datos hidrometeorológicos……...…… 30
2.15
Tipos de errores
……………….31
2.16
Caminos de análisis según el tipo de series
……………….33
2.17
Forma típica de un salto
……………….34
2.18
Esquema simplificado para el análisis de saltos
……………….35
2.19
Esquema de diagrama de doble masa
……………….38
2.20
Esquema de análisis de doble masa
……………….39
2.21
Formas típicas de series con tendencias
……………….44
2.22
Esquema simplificado de análisis de tendencia
……………….45
2.23
Visualización de las series sin tendencia
……………….56
2.24
Tipos de correlación
……………….58
2.25
Visualización de las series sin periodicidades
……………….62
3.01
Orden de corrientes
……………….91
3.02
Trazo de curvas Hipsométricas
……………….94
3.03
Elevación media
……………… 95
3.04
Trazo de rectángulo equivalente
……………….98
3.05
Método de Isoyetas
……………...112
3.06
Curvas para el cálculo de la precipitación efectiva
…………….. 122
3.07
Fundamentos del balance hidrológico
……………...100
x LISTA DE CUADROS Paginas 2.01
Números aleatorios normalmente distribuidos para caudales
……………..… 66
3.01
Principales áreas
…………….…. 68
3.02
Curva de descarga de corriente rio Ñuñunhuaycco
…………….…. 80
3.03
Registro de caudales diarios
…………….…. 81
3.04
Estaciones pluviométricas identificadas
…………….…. 83
3.05
Estaciones pluviométricas seleccionadas
…………….…. 83
3.06
Periodo de registro de la información pluviométrica identificadas ………….……. 84
3.07
Periodo de registro de la información pluviométrica identificadas …………….…. 85
3.08
Periodo de registro de la información pluviométrica identificadas …………….…. 85
3.09
Estaciones meteorológicas
…………….…. 87
3.10
Ubicación de las estaciones meteorológicas seleccionadas
…………….…. 88
3.11
Variables registradas de las estaciones meteorológicas
……………….. 88
3.12
Método de Lutz Scholz
……………..… 89
3.13
Áreas acumuladas
……………… 100
3.14
Parámetros geomorfológico de superficie, forma relieve y drenaje..…………… 101
3.15
grupo de análisis de las estaciones pluviométricas identificadas ...…………… 103
3.16
grupo de análisis de las estaciones pluviométricas seleccionadas..…………… 105
3.17
Análisis de consistencia de las estaciones pluviométricas seleccionadas..…… 105
3.18
Registro de precipitación mensual Putacca
………….……110
3.19
Registro de precipitación mensual Tambillo
…………….…110
3.20
Registro de precipitación mensual Sachabamba
…………….…111
3.21
Registro de precipitación mensual Pampa Cangallo
………….……111
3.22
Cuadro de valores de albedo superficial
…………….…117
3.23
Tabla de radiación en el tope de la atmósfera
………….……117
3.24
Tabla de fotoperiodo
…………….…118
3.25
Tabla psicrométrica para temperaturas positivas
…………….…119
3.26
Tabla psicrométrica para temperaturas negativas
…………….…120
3.27
Cuadro para el cálculo de la precipitación efectiva
…………….…121
3.28
Cuadro de PE (según Bureao of Reclamation)
……...…….…123
3.29
Variables de los coeficientes del polinomio
……………....127
3.30
Coeficientes de almacenamiento hídrico
.……………...133
4.01
Precipitación media mensual en las estaciones seleccionadas
…….….……..140
4.02
Precipitación total anual
….…….……..140
4.03
Calculo de los coeficientes pluviométricos
…….….……..145
4.04
Precipitación mensual de la microcuenca Pallcca
………..……..145
4.05
Gradiente térmica de la temperatura media mensual de la zona en estudio…….148
4.06
Gradiente térmica de la temperatura mínima mensual de la zona en estudio......148
4.07
Gradiente térmica de la temperatura máxima mensual de la zona en estudio.....149
4.08
Temperaturas mensuales estimadas de la microcuenca Pallcca ……………....149
4.09
Calculo de la evapotranspiración potencial (Penman García)
……………....152
4.10
Calculo de la evapotranspiración potencial (Hargreaves)
……………....153
4.11
Calculo de la evapotranspiración potencial (Thornthwaite)
……………....153
4.12
Variación mensual promedio de la evaporación de la zona de estudio…….…....154
4.13
Caudales promedios mensuales registrados de la microcuenca Pallcca.….…....157
4.14
Información preliminar para determinar el coeficiente de escorrentía de la microcuencaPallcca
……...….…....158
4.15
Coeficiente de escorrentía estimado por el método de L. TURC
……...….…....158
4.16
Retención total de la mcrocuenca Pallcca
……...….…....159
4.17
Calculo de gasto de la retención de la microcuenca Pallcca
……...….…....159
4.18
Caudales generados para el año promedio en la microcuenca Pallcca...….…....160
4.19
Generación de descargas mensuales para un año periodo
4.20
Test estadístico del periodo de descargas medias mensuales generadas...…....164
……...….…....162
xii LISTA DE MAPAS Paginas 3.01
Ubicación de la microcuenca Pallcca
…..…………….69
3.02
Relaciones del área de interés con de Influencia de acuíferos
…………..…….70
3.03
Mapa geológico de la microcuenca Pallcca
..…….…………73
3.04
Mapa ecológico de la microcuenca Pallcca
...…...….…….. 75
3.05
Mapa hidrográfico de la microcuenca Pallcca
……….………..76
3.06
Mapa distribución de las estaciones identificadas
….……………..86
3.07
Mapa delimitación de la microcuenca Pallcca
.………………..99
4.01
Mapa curvas de las precipitaciones medias
……………....142
4.02
Mapa áreas parciales de las isoyetas
..……………..143
4.03
Mapa de isoyetas
..……….…….144 LISTA DE GRAFICOS Paginas
3.01
Sección de control del rio Ñuñunhuaycco
………………...77
3.02
Curva de descarga H vs Q
………………...79
3.03
Principales curvas geomorfológicas
……………….100
3.04
Histogramas de las precipitaciones anuales
……………….103
3.05
Histogramas de precipitaciones mensuales de las estaciones seleccionadas…..104
3.06
Análisis de doble masa
……………….104
3.07
Curvas para el calculo de la precipitación efectiva
……………….122
4.01
Correlación de precipitación vs altura
……………….140
4.02
Histogramas de precipitaciones generadas en la microcuenca Pallcca………….146
4.03
Variación de la temperatura estimada para la microcuenca Pallcca…..………….150
4.04
Comparación del ETP calculado vs Evaporacion en la microcuenca Pallcca.......154
4.05
Tendencia de la escorrentía de la Microcuenca Pallcca