UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

UNIVERSIDAD NACIONAL SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

ESCUELA DE POSTGRADO

MAESTRIA EN INGENIERIA CIVIL MENCION EN RECURSOS HIDRICOS Y MEDIO AMBIENTE

PLAN DE TESIS:

MODELAMIENTO HIDROLOGICO EN LA SUBCUENCA DE CHINCHE CON LA APLICACIN DEL MODELO WEAP (SISTEMA DE EVALUACION Y PLANEACION DE AGUA), DISTRITO DE MARANURA PROVINCIA DE LA CONVENCION REGION CUSCO

Presentado por el Bachiller Ernesto Pao Ancasi como pre requisito para optar al grado de MAGISTER en Ingeniera Civil Mencin en Recursos Hdricos y medio Ambiente

TUTOR:

CUSCO PER

2015INTRODUCCIN

El presente estudio se realizara el proceso de modelamiento hidrolgico en la Subcuenca de Chinche con una superficie de 69102.6 ha, ubicado en el distrito de Maranura de la provincia de La Convencion, por lo que se caracteriza por la disponibilidad de recursos naturales, especialmente agua y Bosues pero con muchas limitaciones referidas a lo accidentado de su territorio y los fuertes procesos de erosin que afectan al escaso recurso suelo.

La cantidad de recursos hdricos disponibles en la sub cuenca es variable de importancia que puede limitar el desarrollo de la vida y tambin incidir en el desarrollo de actividades productivas tales como agricultura, ganadera. Por ello, resulta fundamental el anlisis de cul ser la disponibilidad futura de este vital elemento. En este estudio se intentara proveer la informacin necesaria para comprender los alcances del cambio climtico, en trminos de vulnerabilidad del sector de los recursos hdricos en la sub cuenca, con el fin de contribuir al proceso de toma de decisiones.

Es por eso que a pesar de la poca informacin que contiene esta Subcuenca se tratara de aplicar el modelo WEAP de la mejor manera posible y proceder a generar condiciones climticas que influyen en la generacin de caudales.

Para lograr este objetivo se utilizara el modelo de simulacin hidrolgica generado por el Instituto del Medio Ambiente SEI (Stockholm Environment Institute), conocido como Water Evaluation And Planning System o simplemente WEAP. El modelo fue calibrado y validado a partir de datos histricos mensuales representativos de la cuenca disponibles entre Abril de 1975 y Marzo de 2005. Los parmetros calibrados y validados fueron utilizados para simular la disponibilidad futura del recurso a base de escenarios futuros de las variables meteorolgicas de entrada (precipitacin y Temperatura) necesarias para la operacin del modelo.

De todo esto podemos decir que la modelacin de sistemas hidrulicos, es un medio relativamente de bajo costo utilizado para evaluar los efectos de corto y largo plazo de las actividades humanas sobre los procesos hidrolgicos en la Subcuenca. Adicionalmente, estos modelos hidrolgicos proveen una herramienta de ayuda en la toma de decisiones para mitigar y disminuir los impactos de proyectos sobre la Subcuenca.

El Autor.CAPITULO I

1.1. PROBLEMA OBJETO DE INVESTIGACIN:

El manejo del recurso hdrico en la sub cuenca de Chinche est supeditado en muchas ocasiones a las necesidades de abastecimiento de agua sin previo anlisis de la mxima eficiencia, debido a la falta de investigaciones en el rea del comportamiento hidrolgico del agua, en la sub cuenca se presentan diferentes escenarios tales como: el creciente desarrollo comercial, poblacional y a la vez las altas condiciones de vulnerabilidad en la zona de estudio, haciendo notoria la relevancia en la administracin y control del recurso, por lo que el estudio y la caracterizacin de la sub cuenca son necesarios para la planificacin en el manejo del recurso hdrico y/o en el desarrollo integral de la zona.En la sub cuenca de Chinche tambin se desconoce la disponibilidad y estado actual del recurso hdrico, lo cual limita una planificacin prospectiva frente a una alta demanda del recurso hdrico.

1.2. FORMULACIN DEL PROBLEMA

La sub cuenca en estudio cuenta con estudios hidrolgicos como la aplicacin del modelo WEAP de manera que permita una simulacin hdrica?

Existe informacin suficiente en el rea de estudio para realizar la modelacin planteada?

Ser factible la aplicacin del modelo hidrolgico desarrollado en la sub cuenca de estudio para determinar el balance hdrico?

1.3. JUSTIFICACIN

1.3.1. Justificacin Terica

Es de importancia realizar una simulacin del comportamiento hidrolgico de la sub cuenca Chinche, a partir del resultado del anlisis de los datos obtenidos e informacin histrica, considerando que el rea de estudio est comprendida dentro de la cuenca Vilcanota.

La aplicacin de la simulacin hidrolgica es una herramienta que permita pronosticar a futuro los cambios en la disponibilidad de agua, en funcin de los escenarios de cambio climtico planteados.

En los ltimos aos en el mbito de la Subcuenca del rio chinche se han registrado eventos extremos como lo ocurrido en el ao 2012 los cuales han provocado daos a la propiedad particular publica, daos a la agricultura etc. Con la consiguiente prdida reduccin de las reas productivas asi como del patrimonio material de las personas

El presente trabajo de investigacin permitir dar a conocer el balance hidrolgico de la sub cuenca as como el aprovechamiento de los sistemas de riego y de consumo poblacional.

Adems se pretende plantear propuestas acordes a los resultados obtenidos de los recursos agua y suelo, que servirn para optimizar su uso eficiente y as elevar la produccin agrcola.

1.3.2. Justificacin Metodolgica

Los modelos hidrolgicos son herramientas que pueden ayudar a la planificacin explicando el comportamiento de la sub cuenca en la actualidad y en el futuro, en este sentido WEAP es una herramienta de modelacin, capaz de integrar ofertas de agua generadas por procesos hidrolgicos a nivel de sub cuenca, con la gestin del agua regida por demandas y necesidades ambientales. WEAP presenta ventajas sobre otros modelos hidrolgicos, pudiendo integrar y ofertas con modelos hidrolgicos y demandas de agua en relacin con la gestin del recurso, adems de su capacidad de trabajar sobre escenarios futuros, como el escenario de cambio climtico, lo que permitira saber el comportamiento de la sub cuenca en estudio.

1.3.3. Justificacin Prctica

Debido a la ubicacin geogrfica de la sub cuenca, los recursos hdricos para satisfacer sus necesidades de agua son escasos, esto hace necesaria la planificacin de recursos a futuro para lograr satisfacer la demanda de agua de forma satisfactoria, aumentando las captaciones actuales en la sub cuenca.

1.4. OBJETIVOS

1.4.1. Objetivo general

Determinar el comportamiento hidrolgico en la subcuenca de Chinche, mediante el manejo del modelo de simulacin hidrolgica WEAP (Sistema de Evaluacin y Planeacin de Agua).

1.4.2. Objetivos especficos

Determinar y analizar las caractersticas morfomtricos de la Sub cuenca de chinche y su incidencia en el comportamiento hidrolgico.

Establecer los parmetros Hidrometeoro lgica con la regionalizacin de datos climtico para la Subcuenca de Chinche que influyen en las variaciones de los caudales que son necesarios para el modelo de simulacin hidrolgica WEAP.

Evaluar los escenarios futuros con la variacin de cobertura vegetal (humedales andinos) e incremento de temperatura en la Subcuenca en estudio

Generar caudales mximos y mnimos para el control de avenidas en la Subcuenca del rio chinche Simular el comportamiento hidrolgico de la Subcuenca en base a los diferentes caudales mximos. Determinar las zonas de riesgo.CAPITULO II

1.5. REVISIN BIBLIOGRAFCA

1.5.1. WEAP (Water Evaluation and Planning System).

1.5.1.1. DEFINICION DE WEAP

WEAP es una herramienta de modelacin para la planificacin y distribucin de agua que puede ser aplicada a diferentes escalas, desde pequeas zonas de captacin hasta extensas cuencas. WEAP tiene una amplia base de usuarios en todo el mundo y est disponible en diferentes idiomas, incluido el espaol. En el mapa que se muestra a continuacin (Figura 1), se presenta una seleccin de proyectos que usan WEAP en diferentes regiones del mundo. En la pgina web de WEAP estn disponibles un gran nmero de recursos para los usuarios (ver

http://www.weap21.org/).Figura 1. Seleccin de proyectos donde se han realizado proyectos WEAP en varios lugares alrededor del mundo.

WEAP explcitamente incluye demandas de agua con prioridades asociadas y usa escenarios para evaluar diferentes esquemas de distribucin del recurso. WEAP incluye un modelo hidrolgico, as como varios mdulos que permiten integrar WEAP con el modelo de agua subterrnea MODFLOW y con el modelo de calidad del agua QUAL2K. WEAP tambin ha sido utilizado en conjuncin con modelos socio-econmicos. Informacin acerca de ejemplos de aplicaciones especficas usando estos vnculos entres modelos se encuentra en la pgina de publicaciones de WEAP (http://www.weap21.org/index.asp?doc=16).1.5.1.2. Quienes Usan WEAP?

WEAP tiene una audiencia mltiple dependiendo del tipo de interaccin, abarca a un gran nmero de usuarios, desde aquellos encargados de la planificacin hidrolgica, hidrlogos, agrnomos, economistas, hasta funcionarios pblicos encargados del recurso hdrico, y comunidades locales. Usando la esquemtica de WEAP, entidades pblicas de planeacin de agua y comunidades locales pueden colaborar en la descripcin fsica de la zona de inters. Una vez el sistema est construido, se pueden implementar las demandas y suministros de agua y observar el balance del recurso en la regin, (UNAL, 2010).

1.5.1.3. Requerimientos para Usar la Herramienta

WEAP es accesible debido a su interfaz grfica, lo cual lo hace ms simple que otros modelos similares. Sin embargo, se requiere conocimiento tcnico para usarlo y se recomienda disponer de un computador de buena calidad con acceso a Internet. Finalmente, dependiendo de las cuestiones que se esperan resolver con WEAP, el modelo puede requerir un rango amplio de datos, ya sea desde poca informacin si el problema es simple, hasta una gran cantidad de datos climticos, y de suministro y demanda de agua si se est modelando la hidrologa y los recursos hdricos de un sistema complejo.

1.5.1.4. Datos requeridos para la aplicacin de WEAP

UNA La Molina. (2010): La recopilacin de datos para aplicaciones de WEAP se muestra en el siguiente cuadro 18 en donde se presenta una lista de los datos que han sido procesados e incluye una clasificacin de prioridad de datos segn su importancia para el modelo.

Cuadro 02. Datos requeridos para la elaboracin del modelo WEAP.

Datos RequeridosFormato preferidoObservaciones

CLIMA

precipitacinExcel, texto o csv.los datos de precipitacin deben ser histricas y estos datos de clima son necesarios para alimentar al modelo

temperaturaExcel, texto o csv.

humedad relativaExcel, texto o csv.

VientoExcel, texto o csv.

LatitudExcel, texto o csv.

USO DE SUELO

DEM (modelo elevacin digital)GISestos datos son necesarios para caracterizar la sub cuenca

cubertura vegetalGIS

tipo de sueloGIS

geologaGIS

reas de riegoGIS

DATOS PARA CALIBRACION

RosExcel, texto o csv.datos necesarios para el comportamiento del modelo y calibracin

NevadosExcel, texto o csv.

Fuentes de aguaExcel, texto o csv.

OTROS

nmero de usuariosExcel, Wordel modelo requiere de estos datos para calcular la demanda

poblacin pecuariaExcel, Word

crecimiento percpitaExcel, Word

calidad de aguaExcel, Word

canales de riegoExcel, Word

1.5.1.5. Proceso de aplicacin de WEAP

El desarrollo de un modelo de simulacin hidrolgica WEAP incluye generalmente las siguientes etapas:

Definicin del estudio.

Bsqueda de informacin.

Desarrollo del modelo.

Calibracin.

Uso del modelo, generacin de escenarios.

1.5.1.6. Calibracin

Proao J., D. (2010): El proceso de calibracin se trata de encontrar un conjunto de parmetros hidrolgicos que permitan obtener una representacin de los caudales, que se asemejen a los datos histricos de la manera ms cercana posible, para lograr esto, ser necesario elaborar comparaciones entre las series de datos histricos versus los calculados en sitios donde existan estaciones hidrolgicas.

Es importante anotar que desde el punto de vista de programacin, WEAP no corre el modelo sino hasta que todos los datos necesarios estn debidamente entrados en el modelo. Por ejemplo, si en un elemento especifico falta un parmetro, WEAP suspende la corrida del modelo.

1.5.1.7. Aspectos metodolgicos de la calibracin del modelo

Proao J., D. (2010): En el proceso de calibracin, es de suma importancia el anlisis de las caractersticas hidrolgicas particulares asociadas a los ecosistemas que puedan ser relevantes dentro de la cuenca de estudio.

Es necesario establecer factores de calibracin generales para todos las microcuenca, estos modificaran los parmetros de uso de suelo.

En general los problemas que se presentan dentro de la calibracin, corresponden a ajustar los caudales pico y base.

Si se busca aumentar la respuesta de caudales pico se debe ajustar la escorrenta superficial la cual es directamente afectada por RRF (factor de resistencia al escurrimiento) y Ks (conductividad en la zona de raz), ambos afectan la reactividad de las microcuenca. Por otra parte, si lo que se busca es afectar los caudales base se debe ajustar el Pfd (direccin de flujo preferente) y Kd (conductividad profundidad).

El proceso de calibracin del modelo desarrollado de acuerdo al anlisis de oferta y demanda de agua descrito con anterioridad se realiza en tres etapas consecutivas. Estas etapas permiten revisar el comportamiento del modelo primero en las cuencas aportantes que corresponden a zonas de rgimen natural, luego en las cuencas intermedias y finalmente en las cuencas bajas.

1.5.2. LA HIDROLOGIAExisten varias definiciones sobre la hidrologa:

Etimolgicamente proviene de las voces: Hidra. = agua; y logos = tratado, siendo la ciencia que estudia al agua.

1.5.2.1. Importancia de la hidrologa en proyectos agrcolas

Segn Vsquez, A. (1997), el manejo de cuencas y los proyectos agrcolas implica la ejecucin de actividades interdisciplinarias que tienen como eje principal de accin al recurso agua y como mbito de planificacin la Cuenca hidrogrfica. Desde este punto de vista la Hidrologa juega un rol Importante en la planificacin de cuencas y formulacin de proyectos agrcolas, principalmente en los aspectos que tienen relacin con el dimensionamiento de estructuras de uso y control de agua as como estudios y gestin del medio ambiente. Su aplicacin directa se evidencia en los estudios de conservacin de suelos (anlisis de lluvias pare el diseo de estructuras de control de escorrenta en zonas montaosas), abastecimiento de agua para el uso agrcola y/o poblacional (disponibilidad de agua en los ros, quebradas, lagunas), Control de avenidas (defensas ribereas).

Estudio y construccin de obras hidrulicas.

Drenaje:

Irrigacin

Regulacin de los cursos de agua y control de inundaciones:

Control de la erosin:

1.5.2.2. El ciclo hidrolgico

Segn Guevara, E. (1999), el ciclo hidrolgico es la sucesin de los cambios que sufre el agua en la hidrosfera y que obedece a leyes fsicas, el ciclo hidrolgico es el foco central de la hidrologa.

1.5.3. CUENCA HIDROGRAFICA.

Segn Guevara, E. (1999), cuenca hidrogrfica es una unidad fsica bien definida y comprende todo el rea que aporta a un sistema de drenaje comn en un punto, a partir del cual hacia aguas arriba, la cuenca es bordeada por una divisoria o lnea de separacin de la precipitacin (Divortium acuarium) que cae sobre las cuencas vecinas.

1.5.3.1. Clasificacin de las cuencas hidrogrficas:

Guevara, E. (1999), considera las siguientes:

A. De acuerdo a su sistema de descarga o destino final de sus aguas:

Cuencas exorreicas, cuando las aguas de la cuenca llegan al mar directamente por va sub superficial o subterrnea.

Cuencas endorreicas, tambin llamadas lacustre o de evaporacin. Es un territorio sin desage aparente en que las aguas drenan hacia un lago.

Cuencas arreicas, aquellas cuyas aguas no desembocan ni en el mar ni en un depsito Interior, sino que sus aguas se pierden en el camino por evaporacin o infiltracin sin que en este ltimo caso se conviertan en corrientes subterrneas.

Cuencas Criptorricas, regin continental de drenaje subterrneo, carente de una red fluvial permanente y organizada superficialmente.

B. De acuerdo a su sistema de drenaje.

Se llama sistema de drenaje al arreglo o distribucin de los ros, quebradas o arroyos, que se han venido formando travs de los aos en la corteza terrestre. La clasificacin, si bien es de sistemas de drenaje, tambin puede ser referida a las cuencas, La clasificacin da el orden primero al escurrimiento menor, o sea, aquel que no pasa de ser tributario; el ri de segundo orden se forma de la unin de dos afluentes de primer orden. De la confluencia de dos cursos de segundo orden comienza un ro de tercer orden y as sucesivamente. En caso de referirse a las cuencas, se hablar de cuenca de primer orden, de segundo orden, etc.

C. Su relieve (Topografa).

Cuencas de montaa y de alta montaa.

Cuencas de llanos, pampas o praderas.

D. Segn vertiente.

Vertientes del Pacifico, del atlntico y del Caribe.

Vertientes de un lago u hoya, como en el caso del Titicaca.

Vertientes sin desembocadura al mar o cuencas endorreicas.

E. Segn su posicin relativa dentro de una cuenca mayor.

Cuencas altas (situadas en la parte alta de la cuenca mayor, que no deben confundirse con cuencas de alta montaa).

Cuencas bajas.

F. Segn su tamao relativo:. Cuencas muy grandes.

Cuencas grandes.

Cuencas medianas.

Cuencas pequeas

Microcuencas.

G. Segn su balance hdrico en condiciones dadas.

Cuencas balanceadas (la oferta y la demanda de agua son iguales).

Cuencas deficitarias o criticas (poca oferta y mucha demanda de agua)

Cuencas con exceso. (Mucha oferta y poca demanda de agua.)

H. segn su densidad poblacional.

Densamente pobladas

Medianamente pobladas.

Escasamente pobladas.

De las muchas caractersticas que posee una cuenca, slo unas cuentas son relevantes en el anlisis hidrolgico, a continuacin se describen aquellos parmetros de usos ms frecuentes para interpretar las caractersticas fsicas de las cuencas.

1.5.4. SISTEMA HIDROGRAFICO.

Segn Reye, L. citado por Linsley, P. (1975), la categora de regin hidrogrfica est referida al mbito territorial que comprende a un conjunto de cuencas o sistemas que son tributarios de una regin o vertientes o una porcin de ocano.

1.5.5. PARAMETROS GEOMORFOLOGICOS DE UNA CUENCA

Reye, L. citado por Linsley, P. (1975), est referida a la descripcin sistemtica de la geometra de una cuenca, su red de drenaje y la desigualdad vertical de la forma de la cuenca a saber.

Guevara, E. (1997), considera que la determinacin de los parmetros geomorfolgicos son los siguientes:A. Superficie de la cuenca: B. Permetro: C. Forma de la cuenca: Coeficiente de Compacidad o ndice de Gravellus: Factor Forma de la cuenca: D. Sistema de Drenaje.- Orden de la corriente de agua.- Densidad de drenaje, Extensin media de la escorrenta superficial, Frecuencia de ros (F), E. Caractersticas del relieve de una cuenca.- Rectngulo equivalente, Polgono de frecuencia de la altitud, Curva hipsomtrica, Altitud mxima de la cuenca: F. Pendiente de la corriente principal: Pendiente media del ro, Declive equivalente constante, G. Pendiente de la cuenca, ndice de pendiente media de le cuenca,H. Otros

Corriente de torrencialidad, Coeficiente de masividad (cm.).- 1.5.6. INFORMACION HIDROLOGICA

Segn Monselvan, G. (1999), los estudios hidrolgicos requieren gran cantidad de informacin, la cual puede ser obtenida a diferentes grados de detalle de acuerdo a su utilizacin e importancia en los procesos hidrolgicos. La informacin que aqu se analizar se refiere nicamente a aquellos factores que tienen influencia en las relaciones precipitacin - escorrenta, como: precipitacin, clima, escorrenta, suelos, vegetacin, topografa.

1.5.6.1. Precipitacin

Segn Monselvan, G. (1999), la precipitacin es, en general, el trmino que se refiere a todas las formas de humedad emanadas de la atmsfera y depositadas en la superficie terrestre y es el principal parmetro de entrada del ciclo hidrolgico y el factor determinante del desprendimiento lento de las partculas del suelo en los procesos de erosin ocurre en forma lquida (lluvia, niebla, roci) o slidos (nieve y granizo); se deriva del vapor de agua de la atmsfera con caractersticas determinadas por la Influencia de otros factores climticos, tales como viento, temperatura, altitud, radiacin y presin atmosfrica.

1.5.6.1.1. Formacin de la precipitacin

Segn Guevara, E. (1997), la formacin de la precipitacin requiere de tres condiciones fundamentales:

Un mecanismo de enfriamiento y condensacin: ascenso dinmico o adiabtico, mezcla de masas de aire de diferente temperatura y enfriamiento por contacto y radiacin.

Un mecanismo que favorezca el crecimiento de las gotas de nube: cristales de hielo y procesos de consistencia de las gotas.

Un mecanismo que produzca la acumulacin de humedad suficiente para dar lugar a tasas de lluvia observable: procesos de convergencia de flujos horizontales netos de vapor de agua hacia la columna de aire sobre el rea de lluvia; los flujos provienen de las zonas de divergencia en la atmsfera superior.

1.5.6.1.2. Forma de precipitacin

Segn Linsley, K. (1975), cualquier producto formado por la condensacin del vapor de agua atmosfrico en el aire libre o en la superficie de la tierra es un hidrometeoro. Incluido la calina, neblina, nieve o hielo, entre las formas de precipitacin tenemos:

Llovizna: Lluvia: Escarcha: Nieve: 1.5.6.1.3. Tipos de precipitacin

Segn Guevara, E. (1997), la precipitacin se clasifican d acuerdo con el mecanismo de enfriamiento que produce la condensacin en: Convectiva, Orogrfica y Ciclnica.

a. Precipitaciones Convectiva, b. Precipitacin orogrfica, c. Precipitacin. Ciclnica:

Precipitacin ciclnica frontal,

Precipitacin ciclnica no frontal.-

1.5.6.1.4. Medicin de la precipitacin

Segn Linsley, K. (1975), se ha desarrollado una gran variedad de instrumentos y tcnicas para obtener informacin de las diferentes fases de la precipitacin. Los instrumentos para medir la cantidad e intensidad de la precipitacin son los ms importantes, otros instrumentos incluyen aparatos para medir el tamao y la distribucin de las gotas de agua y para establecer el tiempo del comienzo y el fin de la precipitacin.

1.5.7. ANLISIS DE DATOS DE PRECIPITACINSegn Chereque, W. (1990), en nuestro medio casi siempre nos encontramos con datos y/o registros incompletos, por lo que es necesario completar dichos datos, con el objeto de tener un perodo homogneo de registros, se proceden a completar estimando los diferentes datos faltantes, denominndose correlacin a la operacin o procedimiento lento por el medio del cual se completan los datos faltantes, por la particularidad que presente cada estacin en sus registros histricos se pueden aplicar los siguientes mtodos matemticos:

1.5.7.1. Completacin y extensin de registrosSegn Chereque, W. (1990), en nuestro medio casi siempre nos encontramos con datos y/o registros incompletos, por lo que es necesario completar dichos datos, con el objeto de tener un perodo homogneo de registros, se proceden a completar estimando los diferentes datos faltantes, denominndose correlacin a la operacin o procedimiento lento por el medio del cual se completan los datos faltantes, por la particularidad que presente cada estacin en sus registros histricos se pueden aplicar los siguientes mtodos matemticos:

1.5.7.1.1. Matriz de correlacin.

Chereque, W. (1990), nos permite conocer el grado de similitud de los registros de las estaciones en estudio Para ello se ha confeccionado un cuadro de doble entrada en el que se muestran las estaciones que en cuya Interseccin se halla su correspondiente coeficiente de correlacin y las constantes respectivas de la ecuacin de regresin.

a. Mtodo de la Proporcin: b. Mtodo de la Regresin Lineal:

c. Mtodo la proporcin normal o razn normal:

d. Mtodo de le Regresin lineal mltiple:

1.5.7.1.2. Anlisis de consistenciaSegn Chereque, W. (1990), seguidamente se tiene que evaluar la consistencia de la informacin referida a la calidad y homogeneidad, realizndose los siguientes anlisis:

Anlisis de histograma Anlisis de doble masa Anlisis estadstico.1.5.7.2. Regionalizacin de datos pluviomtricos

Segn Chereque W. (1990), teniendo conocimiento que la variacin de la precipitacin es directamente proporcional a la altura, se hace uso de la ecuacin de regresin lineal, considerando como variables independientes a las alturas (X) de ubicacin de cada estacin considerada, y como variables dependientes a las precipitaciones (Y), de las estaciones seleccionadas respectivamente.

Con la aplicacin de la ecuacin as obtenida, se calcula la precipitacin media anual para la cuenca en estudio, considerando su altitud media a partir de los datos de la estacin ndice, cuya relacin de estos datos da el factor de correccin, y con este dato se puede calcular el registro histrico para la Cuenca.

Clculo de precipitacin efectiva (pe) Anlisis de frecuencia o persistencia. 1.5.7.3. Anlisis de lluvias torrenciales

Segn Molina, M. (1975), se entiende por tormenta, al conjunto de lluvias que obedecen a una misma perturbacin meteorolgica y de caractersticas bien definidas.

1.5.7.3.1. Elementos del anlisis de tormentas

Intensidad (I): Duracin (D): Histograma: Intensidad mxima: Frecuencia (F): 1.5.7.3.2. Anlisis de frecuencia de tormentas

Segn Chereque, W. (1990), el anlisis de frecuencia de tormentas consiste en ajustar los datos en de intensidades mximas de lluvias de diferentes duraciones a una distribucin probabilstica, con el objeto de poder pronosticar la tormenta de diseo para un periodo de retorno determinado con el anlisis de frecuencia se construyen los grficos denominados curvas de intensidad - duracin - frecuencia, que son de mucha utilidad para determinar intensidades mximas de cualquier duracin para un determinado perodo de retorno.

A. Distribucin Normal o Gauss

B. Distribucin Logaritmal:

C. Distribucin Log-Pearson Tipo III:

D. Distribucin del valor Extremo Tipo I o Gumbel.

1.5.8. ESCORRENTIASegn Guevara, E. (1997), la precipitacin efectiva o excedente fluye por diferentes caminos haca la red de drenaje y se evala en algn sitio de inters del cauce como escorrenta, escurrimiento lento o caudal.

1.5.9. MEDICIN DE CAUDALES

Segn Molina, M. (1975), de todos los elementos del ciclo hidrolgico, la escorrenta es el nico que se puede medir directamente con una cierta precisin. Esto se consigue mediante el aforo de los ros, quebradas, manantes El mtodo que se emplea para aforar un curso de agua depende fundamentalmente de las caractersticas de este, en cuanto a naturaleza de su lecho, su pendiente y la magnitud de su caudal, principalmente, pudiendo ser con vertederos, aforadores RBC, mtodos de velocidad - seccin, correntmetros y aforos qumicos; queda a criterio del tcnico escoger para cada caso el mtodo ms conveniente.

1.5.9.1. Generacin de caudales.

Segn PLAN MERISS INKA (1980), es muy frecuente en nuestro medio la ausencia de datos hidromtricos, por lo que se tiene que estimar dichos datos.

Para la obtencin de datos de caudal mensuales, se puede conseguir mediante el uso de modelos matemticos de auto correlacin, como el modelo Lluvia -Escorrenta, utilizado en la sierra, que a continuacin describiremos.

Modelo de generacin de caudales mensuales para el promedio

La ecuacin fundamental del balance hdrico mensual propuesta por Fisher se expresa as:

Dnde:

CM1= Caudal mensual (mm/mes)

P1 = Precipitacin total mensual sobre la cuenca (mm/mes)

D1= Dficit de escurrimiento (mm/mes)

G1 = Gasto de la retencin en la cuenca (mm/mes)

A1= Abastecimiento de la retencin (mm/mes).

CAPITULO III

1.6. HIPOTESIS Y VARIABLES 1.6.1. HIPTESIS GENERAL

La modelacin hidrolgica planteada permitira optimizar el uso del recurso hdrico en la sub cuenca de Chinche1.6.2. HIPTESIS ESPECFICA

Si contamos con la aplicacin de un modelo Hidrolgico en la sub cuenca en estudio, entonces permitir una simulacin hdrica en lo actual y en futuro.

Si contamos con suficiente informacin hdrica, entonces se puede tener una herramienta importante para los estudios hidrolgicos.

Si se determina la oferta y demanda hdrica existente en la sub cuenca, entonces se puede conocer la disponibilidad real de los recursos hdricos utilizables para satisfacer los mltiples usos actuales y en el futuro.1.6.3. Identificacin de Variables.

En esta seccin se presenta tanto la definicin conceptual como la operacional de las variables desarrolladas que permiten describir el manejo integral de las cuencas hidrogrficas: caractersticas, partes que la conforman, su funcin, importancia y deterioro.

Objetivo especificoVariablesDescripcin

Determinar y analizar las caractersticas morfomtricos de la Sub cuenca de Chinche y su incidencia en el comportamiento hidrolgico.caracterizacin morfomtrica de la sub cuenca de chinche para ver su incidencia en las mximas avenidasEs el estudio Cuantitativo de las caracteristicas fisicas de una cuenca hidrografica, y se utiliza para analisar la red de drenaje, las pendientes, y la forma de una ccuenca a partir del calvulo de valores numericos. Dentro de este contexto, es importante sealar que las mediciones deben ser realizadas sobre un mapa con suficiente informacin hidrogrfica topogrfica.

Establecer los parmetros hidrometeorologicos para la sub cuenca de Chinche Parmetros Climatolgicos de la Sub cuenca de chincheestos datos climatolgicos se obtendr de servicio nacional de meteorologa e hidrologa (SENAMHI) la cual se regionalizara para obtener los datos para la Sub cuenca en estudio

Generar caudales mximos y mnimos para el control de avenidas en la Subcuenca del rio chinchecaudal maximo y minimo de la sub cuenca de chinche para el control de avenidasla magnitud del caudal de diseo es funcin directa del periodo de retorno que se le asigne, el que a su vez depende de la importancia de la obra de la vida de esta

Simular el comportamiento hidrolgico de la Subcuenca en base a os diferentes caudales mximos. Determinar las zonas de riesgo. simular el comportamiento del caudal mximo en la seccin del rio la macnitud del caudal de diseo es funcin directa del periodo de retorno ue se le asigne, el que a su vez depende de la importancia de la obra de la vida de esta

1.6.4. Operacionalizacion de Variables

Variables cualitativas: estado de salud, nivel educativo, participacin Comunitaria, cultura organizacional, equidad de gnero, tipo de cultivo, Normatividad de la ley de agua, cultura ecolgica, tipo de vivienda, Calidad de infraestructura.

Variables cuantitativas: edad, ingreso familiar y por campaa agrcola, tarifa de agua, volumen de agua por hectrea, volumen de agua para consumo, volumen de agua desperdiciada, rendimiento por hectrea, cedulas de cultivo, delimitacin de cuencas, nivel de empleo

1.6.5. Indicadores.-

VariablesIndicadoresTcnicas

Determinar y analizar las caractersticas morfomtricos de la Sub cuenca de Chinche y su incidencia en el comportamiento hidrolgico.reaesto se determinara haciendo uso de los software de Arcgis 10.2 , Civil 3D

Permetro

ndice de Gravelius

Curva hipsomtrica

Altura media

Red de Drenaje

Densidad de Drenaje

Establecer los parmetros hidrometeorologicos para la sub cuenca de Chinche Precipitacin Promedio Mensual AnualEstos datos se obtendra regionalizando de series historicas de los datos de estaciones cercanas al rea de estudio

Evapotranspiracin de Referencia

Temperatura media mensual

Humedad Relativa

Horas de sol Media Mensual

Velocidad de viento

Radiacin

Generar caudales mximos y mnimos para el control de avenidas en la Subcuenca del rio chincheEscurrimientola determinacin del caudal mximo se determinara por mtodos directos e indirectos mtodos estadsticos tambin se utilizara el software d HEC-HMS para determinar los caudales mximos

Tiempo de concentracin

coeficiente de Escorrenta

intensidad mxima de lluvia

caudal mximo

caudal mnimo

Simular el comportamiento hidrolgico de la Subcuenca en base a os diferentes caudales mximos. Determinar las zonas de riesgo. caudal mximopara simular el comportamiento hidrolgico en base a los caudales mximos se ara el uso del software HEC-RAS

caudal minico

seccin transversal del rio

1.6.6. MATRIZ DE CONSISTENCIAI PROBLEMA OBJETO DE INVESTIGACIONII HIPOTESISIII OBJETIVOSIV VARIABLESV INDICADORESVI METODOLOGIA

1.1 IDENTIFICACION DEL PROBLEMA

El manejo del recurso hdrico en la sub cuenca de Chinche est supeditado en muchas ocasiones a las necesidades de abastecimiento de agua sin previo anlisis de la mxima eficiencia, debido a la falta de investigaciones en el rea del comportamiento hidrolgico del agua, en la sub cuenca se presentan diferentes escenarios tales como: el creciente desarrollo comercial, poblacional y a la vez las altas condiciones de vulnerabilidad en la zona ante inundaciones, haciendo notoria la relevancia en la administracin y control del recurso, por lo que el estudio y la caracterizacin de la sub cuenca son necesarios para la planificacin en el manejo del recurso hdrico y/o en el desarrollo integral de la zona.

2.1 HIPOTESIS GENERAL

La modelacin hidrolgica planteada permite optimizar el uso del recurso hdrico en la sub cuenca de Chinche.

2.2 HIPOTESIS ESPECFICAS

A. Si contamos con la aplicacin de un modelo hidrolgico en la sub cuenca en estudio, entonces permitir una simulacin hdrica en lo actual y en futuro.

B. Si contamos con suficiente informacin hdrica, entonces se puede tener una herramienta importante para los estudios hidrolgicos.

C. Si se determina la oferta y demanda hdrica existente en la sub cuenca, entonces se puede conocer la disponibilidad real de los recursos hdricos utilizables para satisfacer los mltiples usos actuales y en el futuro

3.1 OBJETIVO GENERAL

Determinar el comportamiento hidrolgico en la Subcuenca de Chinche, en base al modelamiento con WEAP

3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

A. Determinar y analizar las caractersticas morfomtricos de la Sub cuenca de Chinche y su incidencia en el comportamiento hidrolgico.B. Establecer los parmetros hidrometeorologicos para la sub cuenca de Chinche

C. Generar caudales mximos y mnimos para el control de avenidas en la Subcuenca del rio chincheD. Simular el comportamiento hidrolgico de la Subcuenca en base a os diferentes caudales mximos. Determinar las zonas de riesgo. Est en funcin de la variable independiente (sub cuenca)

y la variable dependiente (la oferta y demanda hdrica, uso del recurso hdrico de la sub cuenca)

- cubertura vegetal, tipo de suelo, pendiente, rea, permetro, centroide, y otros con sus respectivas unidades de medicin de la sub cuenca de Chinche.-uso de cartografa, imagen satelital y mapeo de uso actual de suelo de la zona.

1.2 2.2 - base de datos histricos de precipitacin, humedad, velocidad de viento, y temperatura media.

Obtencin de informacin para determinar la oferta y demanda hdrica existente (identificacin, ubicacin, aforo) con sus unidades de medicin.- Eventos de planeamiento participativo del uso de recursos hdricos (Po, Ag, Pe y otros), informacin secundaria.

1.3 2.3 Variable dependiente

Ros, manantes, lagunas

Ubicacin, caudal, tipo, usos.Georeferenciacin Uso de RBC correntmetro y cartografas.

1.4 2.4 Infraestructura de riegoUbicacin, longitud y seccin, usos, rea de riego y caudal de ingreso.Georeferenciacin, uso de cartografa, tracking del canal.

1.5 2.5 Sub cuencarea, topografa, clima, precipitacin y rango altitudinal.Uso de cartografa, imagen satelital, informacin sec.

CAPITULO IV

1.1. TIPO Y DISEO DE INVESTIGACION

1.1.1. TIPO DE INVESTIGACION.

El nivel de investigacin ser Descriptivo Explicativo y correlacional virtud a la descripcin cualitativa de la descripcin de la sub cuenca del rio chinche cuantitativamente las relaciones de causa y efecto de los anlisis hidrometeoro lgicos e hidromtricos de la sub cuenca, y correlacionalmente se predecir el balance hidrolgico mediante la demanda hdrica para fines agrcolas.

1.1.2. GENERALIDADESa. Ubicacin poltica:

Regin

: Cusco

Departamento

: Cusco

Provincia

: La Convencion

Distrito

: Maranura

Comunidades

: Chinche, Maranura Alta.

b. Ubicacin geogrfica

Latitud

: 1258' 6.36 Sur.

Longitud

: 7239' 39.43" Oeste.

Altitud mxima : 4200 m.

Altitud mnima

: 1050m.

Altitud media

: 2625.00 m.

c. Ubicacin hidrogrfica

Cuenca

: Media del Vilcanota

Sub cuenca

: Chinche.

d. UBICACIN ECOLGICA

Temperatura Media Anual : 5.4 C

Precipitacin Media Anual : 1036.26 mm.e. EXTENSIN

Extensin Total de la Sub Cuenca : 69102.6 ha.

1.1.3. ACCESIBILIDAD

Se cuenta con una carretera asfaltada que peridicamente est en mantenimiento por lo qu ourre los deslizamientos principalmente en pocas donde se presenta lluvias, este acceso parte de la ciudad de Cusco hasta el distrito de Maranura provincia de La Convencion, pasando por el sector de estudio donde se realizara la investigacin, abarca aproximadamente 207 km.

Cuadro 01: Vas de Acceso

Tramo de la viaTipo de viaLongitudTiempo

Cusco - QuillabambaAsfaltada 223,00 Km5,00 hr

Quillabamba - MaranuraAsfaltada 16,00 Km20 min

Cusco - MaranuraAsfaltada 207,00 Km4 hr y 40min

Maranura - Inicio de Sub cuenca de ChincheAsfaltada 0,50 Km10min

Fuente: Elaboracin Propia

MAPA DE UBICACIN DE LA SUB CUENCA DE CHINCHE

1.1.4. MATERIALES E INSTRUMENTOS A UTILIZAR

1.1.4.1. Materiales de campo.

Cmara fotogrfica. Bateras tipo AA (1.5 volts) Tableros de madera.

Fichas para el llenado de datos.

Cuadernos de Campo. Carta nacional a escala 1/50 000 Mapa hidrolgico Imagen satelital1.1.4.2. Equipos de medicin Baldes graduados de 5L. Tubo PVC SAL 4 (Long. 50 cm)

Nivel de Carpintero, Cronmetro Winchas de 5m Y 30 m.

Aforadores tipo RBC: de 1.5L y 5.0L. Correntmetro seba - universal. Receptores de GPS 60 (Sistema de Posicionamiento Global). Cronmetros.1.1.4.3. Equipos y materiales de oficina.

Computadora.

Impresora.

Discos Compactos.

Papel bond y Plumones. Engrapador, Archivadores.1.1.4.4. Software a utilizar.

Arc Gis (sistema de informacin geogrfica) SIH (sistema de informacin hidrolgica)

WEAP (sistema de planeamiento de agua)

Hydraccess. Map Source.1.1.4.5. Otros

Camioneta.

Motocicleta.

1.2. POBLACIN DE ESTUDIO

La poblacin estar constituida por los pobladores que necesitan el recurso hdrico para efectos agrcolas que habitan en esta sub cuenca

La muestra la conforman el rea de la sub cuenca tributaria de la cuenca del rio VilcanotaNCOMUNIDADESPOBLACION

(N familias)

1Chinche220.00

2Versalles85.00

3Maranura poblado500.00

4Maranura Alta158.00

5Huallpamayta120.00

6Yuracmayo50.00

7Beatriz Alta80.00

total1,213.00

1.3. SELECCIN DE LA MUESTRA

Se tomara como tamao de muestra a 350 familias previamente identificadas segn la necesidad que se tenga

Toda el rea de la sub cuenca del rio Chinche

1.4. METODOLOGIA

Sobre la base de los objetivos y alcances del plan de tesis, la metodologa utilizada para el estudio de la sub cuenca comprende tres etapas: Etapa pre campo, etapa campo y gabinete.1.4.1. PRE CAMPO

Se pretende realizar la recopilacin y clasificacin sistemtica de toda la informacin existente de la sub cuenca.

A partir del Mapa topogrfico y cartas a escala 1: 50, 000 realizadas por el Instituto Geogrfico Nacional (IGN) se determinara la red hidrogrfica y la delimitacin de la sub cuenca del mbito de estudio.

Se elaborar fichas de encuestas acordes a los temas de estudio.

1.4.2. TRABAJO DE CAMPO

En esta etapa se coordinar con los actores locales: Municipio distrital, Comunidades Campesinas y usuarios de Comit de Regantes.

Se realizar la identificacin de las fuentes de agua, ubicacin, georeferenciacin, aforo llenado de ficha de campo y constatacin de usos ya sea para uso poblacional, pecuario y infraestructuras de riego.Una vez realizada la identificacin se proceder a realizar las evaluaciones del recurso hdrico, en los aspectos de calidad de agua.

En los cauces de los ros principales de la sub cuenca se proceder a realizar un aforo con correntmetro tipo molinete seba-universal para la calibracin del caudal actual.Contrastacin del mapeo de uso actual de suelo con la ayuda del imagen satelital, y tambin se realizar la contratacin de la cubertura vegetal de la sub cuenca.

1.4.3. TRABAJO DE GABINETE

La siguiente fase es un trabajo de gabinete, se efectuara el procesamiento y anlisis de toda la informacin obtenida en la etapa de campo, luego se proceder a la sistematizacin de la base de datos con la informacin de campo mediante el uso de software y/o programas de (Arc Gis), la que almacenar toda la informacin a mucho detalle de fuentes hdricas, infraestructura de aprovechamiento hidrulico.Adems se generara mapas de uso actual de suelo, mapa de cubertura vegetal, mapa de recursos hdricos y otros mapas necesarios para el presente estudio, esto con la ayuda de programas de cmputo como: Map Source, Arc Gis, Hidracces, SIH, WEAP. V. PRESUPUESTO

DETALLEUNIDAD CANT. COSTOCOSTO TOTAL

UNIT. (S/.)PAR. (S/.) (S/.)

PAGO DE PERSONAL4800.00

Und.41200.004800.00

MATERIALES DE ESCRITORIO1095.00

Papel bondMillar130.0030.00

Lapiceros Caja 16.506.50

Cuaderno espiral x 100 hojas Unid.23.507.00

Borradores Doc.0.256.001.50

Copias fotostticas de informacin de fuentes hdricas Millar1150.00150.00

Tinta de impresora Unid.2250.00500.00

CDsDoc.120.0020.00

Papel sbana o papelgrafosCiento230.0060.00

Plumones 147Caja 220.0040.00

Plumones 103Caja 225.0050.00

Cinta masking tape Unid.35.0015.00

Plumones delgados Doc.115.0015.00

Revelados fotogrficos Unid.1002.00200.00

MATERIALES DE APOYO NECESARIOS 2068.00

Mapa base de la microcuenca georeferencial digitalizada Glb.1700.00700.00

carta nacional 1/25000 Juego1200.00200.00

Baldes Pares214.0028.00

Botas Unid.225.0050.00

Regla metlica 1.0mUnid.225.0050.00

Nivel de carpinteroUnid.230.0060.00

CronmetroUnid.215.0030.00

WinchaUnid.230.0060.00

Tubo de 2 y 4 pulg. (1.0 m de largo)Pares215.0030.00

Pilas recargables Paq.230.0060.00

Otros materiales (juego de aforadores)Glb.1800.00800.00

COMBUSTIBLE 480.00

Gasolina Glnb3016.00480.00

MOVILIDAD2700.00

dia15180.002700.00

OTROS1500.00

Ploteo de planos Glb.305.001500.00

TOTAL S/. 12,643.00

VI. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

NACTIVIDADESEneroFebreroMarzoAbrilMayo

1s2s3s4s1s2s3s4s1s2s3s4s1s2s3s4s1s2s3s4s

1Elaboracin del anteproyecto de tesis

Etapa de gabinete:

Revisin bibliogrfica.xxx

Formulacin del documentoxxx

Etapa de campo:

Reconocimiento de los mbitos de estudio.xx

2Evaluacin de las caractersticas y

Etapa de Campo:

Identificacin de los rios y quebradas de la sub cuenca de chinche.xxx

Identificacin de reas representativas para los estudios de suelos.xxx

Realizacion de los aforos de cada rioachuelo quebradaxx

Descripcin y estudio de las caractersticas edafolgicas de los suelos del proyecto (lectura de calicatas) y recoleccin de muestras.xxx

Pruebas de infiltracin.xx

Recopilacion de datos meteorologicos de las estaciones climatologicasx

Recopilacin de la informacin socioeconmica y de la produccin agrcola (encuestas) en el mbito de estudio.xxxxxx

Mapeo de suelos y delimitacin de reas. xx

Etapa preliminar de gabinete

Anlisis y resultados obtenidos en laboratorio tanto de agua y sueloxx

Recopilacin y aplicacin de la informacin existente.xx

Etapa de gabinete:

Procesamiento de los datos de campo y determinacin del estudio hidrologico y agrolgico de la cuenca. xx

3Elaboracin final del documento de investigacin.

Determinacin de resultados finales x

Redaccin del documentoxxx

Revisin y correccin del documentoxxx

Presentacin del documento finalx

VII. BIBLIOGRAFIA

1. DIRECCIN DE INFRAESTRUCTURA RURAL, GRUPO DE CONSULTA CAJAMARCA MIMA UGESA SNV. 2000. Inventario y Planeamientos de los Recursos Hdricos de Micro cuencas. Cajamarca, Per. 2. GONZALES INCA C. A. 2001. Estudio Hidrolgico de la Microcuenca del rio Huancaro. Tesis. FAZ-UNSAAC.3. GUEVARA CARAZAS VENANCIO. 2008 Manejo de cuencas. Copia Universitaria. FAZ UNSAAC. Cusco Per. 4. INSTITUTO DE MANEJO DE AGUA Y MEDIO AMBIENTE-IMA. 2006. Microzonificacin Ecolgica Econmica de la sub cuenca de Chinche

5. OLARTE H., WALTER. 1987. Manual de Riego por Gravedad. Serie de Coordinacin de Tecnologas Andinas. Cusco, Per.6. PRONAMACHCS. 2008. Conservacin de Suelos y Desarrollo Forestal en la Microcuenca Ccorca. Expediente tcnico integral, Cooperacin Internacional JBIC.7. PLAN MERISS INCA. Generacin de Caudales Mensuales en la Sierra Peruana Meriss II 1980 Cusco-Peru8. SECRETARIA DE ESTADO PARA LA POLTICA DEL AGUA Y MEDIO AMBIENTE DE ESPAA. 1993. Gua para la Elaboracin de Estudios del Medio Fsico.9. UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA- DEPARTAMENTO DE RECURSOS HIDRICOS. 2010 Gua de sistema de evaluacin y planeacin de agua con el uso de Software WEAP. Lima-Per.10. VASQUEZ VILLANUEVA, ABSALON. 1998. Manejo de Cuencas Alto Andinas. Universidad Nacional La Agraria. Lima, Per. 11. ZAVALETA H. W. 1998. Evaluacin del Recurso Hdrico en las Sub cuencas Challhuanca y Pachachaca. Tesis. FAZ-UNSAAC.32

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