27298.177.59.9.Estudio Hidrologico Delimitacion Rio Santa Catarina

Estudio Hidrológico de la cuenca del Río Santa Catarina para su delimitación.

ESTUDIO HIDROLÓGICO PARA LA DELIMITACION DEL RÍO SANTA

CATARINA.

SEPTIEMBRE 1994.


CONTENIDO

I.- INTRODUCCIÓNI.A.- ANTECEDENTESI.B.- PROPÓSITOS DEL ESTUDIO

II.- SITUACIÓN ACTUALII.A.- LOCALIZACIÓN POLÍTICA Y GEOGRÁFICAII.B.- CARACTERÍSTICAS DE LA INFRAESTRUCTURA EXISTENTE

III.- CONDICIONES NATURALES DE LA CUENCAIII.A.- HIDROGRAFÍAIII.B.- FISIOGRAFÍAIII.C.- GEOLOGÍA

IV.- INFORMACIÓN DISPONIBLEIV.A.- INFORMACIÓN CLIMATOLÓGICAIV.B.- INFORMACIÓN HIDROMÉTRICA

V.- ESTUDIO HIDROMETEOROLÓGICOV.A.- CLIMATOLOGÍA EN LA CUENCA DE ESTUDIOV.B.- DATOS CLIMATOLÓGICOS

VI.- RÉGIMEN DE ESCURRIMIENTOSVI.A.- ESCURRIMIENTOS INFERIDOS A PARTIR DE LLUVIAS Y DE LAS CARACTERÍSTICAS FISIOGRÁFICAS DE LA CUENCA

VII.- ESTUDIO DE AVENIDASVII.A.- AVENIDAS MÁXIMÁS OBSERVADASVII.B.- ANÁLISIS DEL PERÍODO DE RETORNOVII.C.- CÁLCULO DE LA AVENIDA MÁXIMA PROBABLEVII.D.- MÉTODOS EMPÍRICOSVII.E.- MÉTODOS HIDROLÓGICOSVII.F.- MAGNITUD ADOPTADA PARA LA AVENIDA DE DISEÑO

VIII.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESVIII.A.- DE LA AVENIDA DE DISEÑO


I.- INTRODUCCIÓN

I.A.- ANTECEDENTES

DESDE SU FUNDACIÓN, LA CIUDAD DE MONTERREY, UBICADA PRIMERAMENTE EN LOS OJOS DE AGUA DE SANTA LUCIA, HA SUFRIDO PENOSAS INUNDACIONES. EN EL AÑO DE 1611 SE ORDENO EL CAMBIO DEL POBLADO UBICADO EN SANTA LUCIA, AL SITIO ACTUAL, DEBIDO A LAS INUNDACIONES EN ÉPOCAS DE LLUVIA.

EN EL SITIO ACTUAL DE LA CIUDAD EN 1855, SIENDO GOBERNADOR DEL ESTADO EL GENERAL BERNARDO REYES, SE TERMINAN OBRAS DE CANALIZACIÓN DEL RÍO, COINCIDIENDO EN ESE TIEMPO CON EL INICIO DE LA INDUSTRIALIZACIÓN DE MONTERREY.

A PESAR DE LO ANTERIOR, LA CIUDAD SUFRE INUNDACIONES EN LOS AÑOS DE 1903, 1909, 1933 Y 1938, PROVOCADAS POR LAS AVENIDAS QUE SE PRESENTARON EN EL RÍO SANTA CATARINA. POR LA GRAN CANTIDAD DE PERDIDA DE VIDAS HUMANAS, LA QUE CAUSO MÁS DAÑO FUE LA DE 1909, YA QUE LOS MUERTOS PROVOCADOS POR ESTA INUNDACIÓN FUERON ALREDEDOR DE 5,000, SIENDO EN ESE TIEMPO LA POBLACIÓN TOTAL DE MONTERREY DE 90,000 HABITANTES.

EN 1947 SE REALIZARON PEQUEÑAS OBRAS DE RECTIFICACIÓN DEL CAUCE DEL RÍO, CONTINUÁNDOSE EN EL PERÍODO DE 1949 A 1955, SIENDO GOBERNADOR DEL ESTADO EL DR. IGNACIO MORONES PRIETO.

SIN EMBARGO, MÁS RECIENTEMENTE SE PRESENTARON LAS AVENIDAS DE 1967, 1986 Y 1988, LAS CUALES SIRVIERON PARA DEMOSTRAR QUE LA PARTE MÁS IMPORTANTE DE LA CANALIZACIÓN, FRENTE A MONTERREY Y PARTE DE GUADALUPE, FUNCIONA BIEN; SIN EMBARGO, EN OTRAS ZONAS DONDE EL CAUCE NATURAL DEL RÍO FUE INVADIDO DEBIDO AL CRECIMIENTO DE LA CIUDAD, SE DISMINUYO LA CAPACIDAD HIDRÁULICA, DANDO COMO RESULTADO QUE EL RÍO TRATARA DE RECUPERAR TERRENOS QUE PERTENECEN A SU CAUCE.


I.B.- PROPÓSITOS DEL ESTUDIO

EN FUNCIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS FISIOGRÁFICAS, GEOLÓGICAS, CLIMATOLÓGICAS Y DE INFRAESTRUCTURA EXISTENTE, EL ESTUDIO HIDROLÓGICO TIENE COMO OBJETIVO LA ESTADÍSTICA DE LLUVIAS. LOS PERÍODOS DE RETORNO CONTEMPLADOS SON: 5, 10, 20, 50, 100, 500 Y 1000 AÑOS.

SE REALIZA UN ANÁLISIS HIDROLÓGICO DEL RÍO, DE CADA UNO DE SUS AFLUENTES, Y SUS POSIBLES INCORPORACIONES DE ESCURRIMIENTOS POR DIFERENTES METODOLOGIAS. SE OBTIENEN LAS CURVAS, GASTOS Y PERIODO DE RETORNO, PARA EL RÍO SANTA CATARINA.

PROPONIENDO ADEMÁS LAS OBRAS DE ENCAUZAMIENTO Y TRANSICIONES NECESARIAS PARA CONDUCIR EL CAUDAL REGULADO CON EL MENOR RIESGO DE INUNDACIÓN, PARA EL ÁREA URBANA DE MONTERREY.


II.- SITUACIÓN ACTUAL

II.A.- LOCALIZACIÓN POLÍTICA Y GEOGRÁFICA

LA CUENCA TRIBUTARIA DEL RÍO SANTA CATARINA, HASTA LA SALIDA DEL CAÑÓN DE LA HUASTECA, TIENE UNA SUPERFICIE APROXIMADA DE 1,097 KM^2, NACE A UNOS 85 KM AL SURESTE DE MONTERREY, A UNA ELEVACIÓN APROXIMADA DE 3,400 M.S.N.M.M. Y ESCURRE EN DIRECCIÓN ORIENTE, HASTA EL POBLADO LA CIÉNAGA, CAMBIANDO BRUSCAMENTE SU DIRECCIÓN HACIA EL NOROESTE, DONDE FORMA EL CAÑÓN LA HUASTECA.

ESTA CUENCA, ESTÁ INTEGRADA POR UN COMPLEJO MONTAOSO DE LA SIERRA MADRE ORIENTAL, QUE CONSTA DE SIETE CADENAS DE SIERRAS PARALELAS EN DIRECCIÓN ORIENTE A PONIENTE Y EN FORMA DE ARCO, CON UN ANCHO APROXIMADO DE 1 A 2 KM Y 60 KM DE DESARROLLO, CUYOS PLEGAMIENTOS FORMAN LOS ANTICLINALES DE LOS MUERTOS, SAN BLAS, CLAVELLINAS, SAN LUCAS, SANTA CRUZ, EL CHORRO Y VICTORIA. ESTOS ANTICLINALES, SE ENCUENTRAN SEPARADOS DE 1 A 2 KM. Y CUYAS ELEVACIONES FLUCTÚAN ENTRE LOS 600 Y 1000 M.S.N.M.


II.B.- CARACTERÍSTICAS DE LA INFRAESTRUCTURA EXIS-TENTE

LA INFRAESTRUCTURA TANTO EN EL LECHO DEL RÍO COMO EN AMBAS MÁRGENES ESTA FORMADA POR VIALIDADES PRINCIPALMENTE Y UN DESARROLLO URBANO MUY DENSO.

EN EL LECHO DEL RÍO SE ENCUENTRAN UN SIN NÚMERO DE CANCHAS DEPORTIVAS ASÍ COMO SERVICIOS ALOJADOS DENTRO DE EL, PARA TENER UNA MEJOR IDEA DE LA DISTRIBUCIÓN TANTO DE LAS VIALIDADES COMO DE URBANIZACIÓN Y USO DEL SUELO DEL CAUCE PROPIAMENTE DICHO ABARCA DE LA HUASTECA HASTA SAN RAFAEL 28 KM. APROXIMADAMENTE.


III.- CONDICIONES NATURALES DE LA CUENCA

III.A.- HIDROGRAFÍA

CRUZA EL ÁREA METROPOLITANA EL RÍO SANTA CATARINA, QUE NACE EN LA SIERRA DE SAN JOSÉ EN EL MUNICIPIO DE SANTIAGO A 2369 MSNMM, SE PRECIPITA POR EL CAÑÓN DE SU NOMBRE Y PASANDO POR LA CIUDAD ATRAVIESA LOS MUNICIPIOS DE SANTA CATARINA, GARZA GARCÍA, MONTERREY Y GUADALUPE PARA INTERNARSE EN EL DE JUÁREZ Y CADEREYTA JIMÉNEZ; SE LE UNEN POR LA MARGEN DERECHA EL CAÑÓN BALLESTEROS, ARROYO EL CAPITÁN, EL RÍO LA SILLA, EL ARROYO LOS NARANJOS-SABINAS Y EL ARROYO LOS ÁLAMOS, POR LA MARGEN IZQUIERDA EL CAÑÓN SAN PABLO Y EL ARROYO DEL OBISPO, PARA DESEMBOCAR FINALMENTE EN EL RÍO SAN JUAN.

SU PENDIENTE GENERAL ES DE 24 M/KM Y EN EL TRAMO DE SU PASO POR LA ZONA URBANA ES DE 8 M/KM, LO CUAL HACE QUE SUS ESCURRIMIENTOS SEAN MUY RÁPIDOS.

COMO EJEMPLO DE ESTO SE TIENEN LAS ESTIMACIONES DE CAUDAL Y VELOCIDAD EL 17 DE SEPTIEMBRE DE 1988, DURANTE EL HURACÁN GILBERTO, CALCULADOS SEGÚN LA C.N.A. EN 4,800 M3/S Y VELOCIDADES DE HASTA 12 M/S.


III.B.- FISIOGRAFÍA

FISIOGRÁFICAMENTE EL ÁREA ESTUDIADA SE ENCUENTRA EN EL BORDE DE LAS PROVINCIAS DE LA SIERRA MADRE ORIENTAL (AL SUR Y OESTE) Y DE LAS SIERRAS Y CUENCAS DE COAHUILA (AL NORTE Y ESTE) CARACTERIZADAS, POR ALTAS Y ESCARPADAS MONTAÑAS LA PRIMERA Y LA SEGUNDA POR MÁS BAJAS PERO NO MENOS ESCARPADAS.

AMBAS CONSTRUIDAS POR SEDIMENTOS MARINOS MESOZOICOS INTENSAMENTE PLEGADOS POR LOS ESFUERZOS TECTÓNICOS DE LA REVOLUCIÓN LARAMIDE.

EN ESTA REGIÓN LA SIERRA MADRE ORIENTAL CAMBIA SU RUMBO, FORMANDO UNA AMPLIA CURVA, DE UNA DIRECCIÓN SSE-NNW A UN E-W CASI FRANCO.


III.C.- GEOLOGÍA

EN LA REGIÓN NO SE TIENEN DATOS DE ROCAS ANTERIORES AL JURÁSICO SUPERIOR. SEGURAMENTE LOS MARES TUVIERON UNA AMPLIA DISTRIBUCIÓN AL FINAL DEL PALEOZOICO Y PRINCIPIOS DEL MESOZOICO POR LA GRAN CANTIDAD DE AFLORAMIENTOS DISEMINADOS DE EDAD TERMO TRÍASICO EN EL NORTE DEL PAÍS, PERO LA MAYOR PARTE DE ESTAS EVIDENCIAS FUERON BORRADAS POR LA OROGENIA REGIONAL DE FINES DEL TRIÁSICO.

PROBABLEMENTE TODO EL NORESTE DE MÉXICO ESTUVO FORMANDO PARTES POSITIVAS, SUJETAS A EROSIÓN DURANTE EL TRIÁSICO Y JURÁSICO INFERIOR Y MEDIO, Y POR ENDE LA FALTA DE AFLORAMIENTOS DE ESTAS EDADES.

AL PRINCIPIO DEL JURÁSICO SUPERIOR, LAS AGUAS MARINAS PENETRARON EN LOS SITIOS DEL GEOSINCLINAL MEXICANO Y EL GOLFO DE SABINAS, DESPUÉS SE EXTENDIERON RÁPIDAMENTE AL NOROESTE, NORTE Y NORESTE SIENDO PARCIALMENTE RESTRINGIDOS POR LOS MOVIMIENTOS ASCENDENTES DE LAS MÁSAS CONTINENTALES DE ESA ÉPOCA, DE MODO QUE SE DESARROLLARON CONDICIONES LAGUNARES SEMICERRADAS, DANDO LUGAR A DEPÓSITOS EVAPORÍTICOS QUE SE ENCUENTRAN FORMANDO PARTE DE LA BASE EN LAS SERRANÍAS DE LA REGIÓN (FM MINAS VIEJAS), SEGUIDA POR UNA SERIE TRANSGRESIÓN-REGRESIÓN-TRANSGRESIÓN QUE ORIGINO LOS DEPÓSITOS DE LA FM ZULOAGA REGIDA POR EL MARCO PALEO GEOGRÁFICO DE ESA ÉPOCA (PENÍNSULAS DE TAMAULIPAS Y COAHUILA).

DURANTE EL JURÁSICO SUPERIOR LAS AGUAS MARINAS VOLVIERON A AVANZAR, CON UNA CIRCULACIÓN RESTRINGIDA Y UN IMPORTANTE APORTE DE TERRÍGENOS DANDO LUGAR A LAS LUTITAS DE LA FORMACIÓN LA CASITA. EL JURÁSICO SUPERIOR CIERRA CON ESTA SEDIMENTACIÓN TRANSGRESIVA.

LA SEDIMENTACIÓN AL PRINCIPIO DEL CRETÁSICO INFERIOR EN LA ZONA DE ESTUDIO ESTA CARACTERIZADA POR UNA MEZCLA DE CLÁSTICOS FINOS Y DE LODOS CALCÁREOS DE LA FM TARAISES, SEGUIDA DE UNA ÉPOCA DONDE LOS MARES FUERON TRANQUILOS Y SOMEROS CON LA CONSECUENTE DEPOSITACIÓN DE UN CONSIDERADO ESPESOR DE CALIZAS Y CALIZAS DOLOMÍTICAS DE FM CUPIDO, LA CUAL CESO CON UNA CONSIDERABLE ENTRADA DE CLÁSTICOS FINOS COMO LO INDICA LA AMPLIA DISTRIBUCIÓN DE LUTITAS Y CALIZAS ARCILLOSAS DE LA FM LA PEÑA.

LOS MARES DEL FIN DEL CRETÁSICO INFERIOR CUBRÍAN CASI TODO EL NORTE DE MÉXICO CON LA CONSIGUIENTE DEPOSITACIÓN DE LA CALIZA AURORA.

A FINES DEL CRETÁSICO INFERIOR Y PRINCIPIOS DEL CRETÁSICO SUPERIOR LOS MARES DISMINUYERON EN PROFUNDIDAD Y SE RETIRARON LOCALMENTE, AUMENTANDO EL APORTE DE TERRÍGENOS DEPOSITANDO LUTITAS Y CALIZAS ARCILLOSAS DE LA FM CUESTA DEL CURA E INDIDURA.

DURANTE EL FINAL DEL CRETÁSICO SUPERIOR LOS MARES SE RETIRARON AUN MÁS Y EMPEZARON A SER MAYORES LAS CANTIDADES DE DETRITOS FINOS QUE SE DEPOSITARON FORMANDO LAS LUTITAS DE LA FM PARRAS Y FM DIFUNTA.


IV.- INFORMACIÓN DISPONIBLE

IV.A.- INFORMACIÓN CLIMATOLÓGICA

ESTA INFORMACIÓN ES DE LLUVIAS MÁXIMÁS EN 24 HRS. PARA LAS SIGUIENTES ESTACIONES:

MUNICIPIO DE SANTA CATARINA

ESTACIÓN: LAS COMITASLATITUD 25° 31’ 45”LONGITUD 100° 22’ 29”REGISTRO DE 1960-1991

ESTACIÓN: EL PAJONALLATITUD 25° 29’ 23”LONGITUD 100° 23’ 20”REGISTRO DE 1960-1991

ESTACIÓN: LA CRUZLATITUD 25° 27’ 47”LONGITUD 100° 26’ 21”REGISTRO DE 1960-1991

ESTACIÓN: AGUA BLANCALATITUD 25° 32’ 39”LONGITUD 100° 31’ 23”REGISTRO DE 1957-1991

MUNICIPIO DE SANTIAGO

ESTACIÓN: LAGUNA DE SÁNCHEZLATITUD 25° 20’ 44”LONGITUD 100° 16’ 47”REGISTRO DE 1961-1991

ESTACIÓN: SAN JOSÉ DE LAS BOQUILLASLATITUD 25° 21’ 54”LONGITUD 100° 24’ 25”REGISTRO DE 1987-1991


IV.B.- INFORMACIÓN HIDROMÉTRICA

LA INFORMACIÓN HIDROMÉTRICA EXISTE SOLO AGUAS ABAJO DEL RÍO SANTA CATARINA, UNA VEZ RECORRIDA LA ZONA URBANA, ES DECIR LA PRIMERA ESTACIÓN HIDROMÉTRICA ESTÁ EN EL MUNICIPIO DE CADEREYTA JIMÉNEZ, POR LO QUE PARA EL SITIO DE INTERÉS SE CARECE DE ESTA INFORMACIÓN.


V.- ESTUDIO HIDROMETEOROLÓGICO

V.A.- CLIMATOLOGÍA EN LA CUENCA DE ESTUDIO

EL CLIMA DE MONTERREY ES CATALOGADO COMO SECO SEMICÁLIDO CON LLUVIAS EN VERANO, EXTREMOSO, LA TEMPERATURA MEDIA ANUAL ES DE 22° C CON UNA MÁXIMA Y MÍNIMA DE 48° C Y -12° C, LAS TEMPERATURAS MEDIAS MENSUALES OSCILAN ENTRE LOS 14° C EN ENERO Y DE 25° A 30° C DURANTE LOS MESES DE MAYO A SEPTIEMBRE PARA LUEGO DISMINUIR HASTA 15° C EN DICIEMBRE.

LOS VIENTOS DOMINANTES PROVIENEN DEL ESTE Y EL SURESTE. EN INVIERNO PREDOMINAN LOS DEL NORTE Y NORESTE, QUE EN LOS MESES DE FEBRERO Y MARZO, SON MÁS INTENSOS.

LA LLUVIA ES EL FENÓMENO METEOROLÓGICO CON MAYOR VARIABILIDAD EN EL ÁREA METROPOLITANA DE MONTERREY, TANTO TEMPORAL COMO ESPACIALMENTE, DEBIDO A LA POSICIÓN GEOGRÁFICA QUE GUARDA LA REGIÓN CON RESPECTO A LA FUENTE PRINCIPAL DE HUMEDAD, AL PASO DE LOS CICLONES Y A LO ACCIDENTADO DE LA TOPOGRAFÍA.

EL VALOR DE LA LLUVIA MEDIA ANUAL ES DE 600 MM, SIENDO SEPTIEMBRE EL MES DE MAYOR PRECIPITACIÓN MEDIA CON 148 MM Y ENERO EL DE MENOR LLUVIA CON 14.8 MM, EL VALOR MÁXIMO DE PRECIPITACIÓN ANUAL ES DE 1303 MM (1967) Y EL MÍNIMO DE 218 MM (1952). LA MÁXIMA MENSUAL ES DE 500 MM; LA MÁXIMA DIARIA ES DE 300 MM (SEPTIEMBRE DE 1988) Y LA MÁXIMA EN 2 HORAS DE 160 MM (4 DE SEPTIEMBRE DE 1986).

DE ACUERDO A ESTUDIOS DE PREDICCIÓN, SE TIENE ESTIMADA UNA PRECIPITACIÓN MÁXIMA PROBABLE DE 450 MM EN 24 HRS.

LA VARIACIÓN ESPACIAL MUESTRA QUE LAS LLUVIAS MÁXIMÁS OCURREN EN LA PARTE SURESTE (700 MM/AÑO) Y LOS VALORES MÍNIMOS AL NORESTE (400 MM/AÑO).

LAS LLUVIAS PRINCIPALES OCURREN EN VERANO Y LOS VALORES MÁXIMOS REGISTRADOS OCURREN POR EL PASO DE LOS CICLONES.


V.B.- DATOS CLIMATOLÓGICOS


ESTACIÓN: LAS COMITAS

AÑO ALTURA DE PRECIPITACIÓN MÁXIMA EN24 HRS., EN MM.

1960 37.01961 62.01962 65.01963 55.01964 45.01965 23.01966 25.01967 82.01968 42.01969 111.01970 35.01971 40.01972 42.01973 95.01974 82.01975 85.01976 42.01977 21.01978 31.01979 49.01980 37.51981 92.51982 59.81983 64.81984 74.51985 33.41986 63.81987 50.51988 358.51989 44.01990 50.51991 44.0



ESTACIÓN: EL PAJONAL


1960 54.01961 50.01962 70.01963 101.01964 63.01965 58.01966 60.01967 101.01968 26.01969 45.01970 83.01971 20.01972 20.01973 80.01974 40.01975 80.01976 60.01977 113.01978 62.01979 86.01980 98.31981 85.01982 69.01983 80.01984 68.01985 54.01986 42.01987 48.01988 326.01989 56.51990 74.01991 36.0



ESTACIÓN: LA CRUZ


1960 33.01961 51.51962 29.01963 74.01964 21.01965 45.01966 28.01967 132.01968 50.01969 60.01970 78.01971 40.01972 30.01973 34.01974 60.01975 40.01976 63.01977 70.01978 60.01979 60.01980 75.01981 40.01982 40.01983 110.01984 40.01985 45.01986 43.01987 59.01988 280.01989 54.81990 32.31991 45.2



ESTACIÓN: AGUA BLANCA


1957 14.51958 40.01959 46.01960 62.01963 16.51964 22.01965 40.01966 27.01967 126.01968 46.01969 28.01970 70.01971 32.01972 29.01973 58.01974 80.01975 27.01976 48.01977 70.01978 21.01980 37.71983 44.01984 68.01985 40.01986 40.01987 43.01988 485.01989 31.51990 33.51991 44.0



ESTACIÓN: LAGUNA DE SÁNCHEZ


1960 34.51961 67.51962 65.51963 65.01964 79.01965 30.51966 115.01967 170.01968 22.51969 61.51970 128.01971 54.51972 46.51973 109.01974 160.01975 96.01976 66.01977 260.01978 300.01979 40.01980 70.01981 80.01983 72.01984 85.01985 30.01986 57.01987 40.01988 345.01989 47.01990 75.01991 40.0



ESTACIÓN: SAN JOSÉ DE LAS BOQUILLAS


1987 27.01988 175.01989 190.01990 53.51991 50.0


VI.- RÉGIMEN DE ESCURRIMIENTOS

VI.A.- ESCURRIMIENTOS INFERIDOS A PARTIR DE LLUVIAS Y DE LAS CARACTERÍSTICAS FISIOGRÁFICOS DE LA CUENCA

DADO QUE NO EXISTE INFORMACIÓN HIDROMÉTRICA EN LA CUENCA DE ESTUDIO, SE DA LA NECESIDAD DE OBTENER LOS ESCURRIMIENTOS A PARTIR DE DATOS DE LLUVIAS Y LA FISIOGRAFÍA DE LA CUENCA EN CUESTIÓN.

POR OTRO LADO LOS DATOS DE LLUVIAS A LOS QUE SE TUVO ACCESO SON LLUVIAS MÁXIMÁS EN 24 HRS. REGISTRADAS EN PLUVIÓMETROS, POR LO QUE PARA OBTENER LAS CURVAS INTENSIDAD DURACIÓN PERÍODO DE RETORNO (I-D-TR), SE TUVIERON QUE CONSTRUIR A PARTIR DE DICHOS EVENTOS Y NO DE REGISTROS PLUVIOGRÁFICOS COMO TRADICIONALMENTE SE HACE.

PARA ESTO SE EMPLEO EL CRITERIO DE BELL CUYA ECUACIÓN SE EXPRESA COMO:

HPD,TR = (.35*ln (TR)+.76)(.54*D^.25-.5)*P2,60

DONDE HPD,TR = ALTURA DE PRECIPITACIÓN EN MM., PARA LA DURACIÓN Y PERÍODO DE RETORNO ESTIPULADO.TR = PERÍODO DE RETORNO EN AÑOS.D = DURACIÓN DE LA LLUVIA EN MINUTOS.P2,60 = ALTURA DE PRECIPITACIÓN CON DURACIÓN DE 60 MINUTOS Y 2 AÑOS DE PERÍODO DE RETORNO.

LA PRECIPITACIÓN DE DURACIÓN DE 60 MINUTOS Y 2 AÑOS DE PERÍODO DE RETORNO SE CALCULA TOMANDO EN CUENTA LOS DÍAS DE LLUVIA APRECIABLE Y LA PRECIPITACIÓN MEDIA ANUAL EN LA ZONA DE ESTUDIO.

ESTE VALOR RESULTÓ SER DE P2,60 = 48 MM.

SE ANALIZÓ LA ALTURA DE PRECIPITACIÓN PARA DURACIONES DE 1 A 1440 MINUTOS CON LOS PERÍODOS DE RETORNO MARCADOS POR LA C.N.A. ESTATAL ( 2, 5, 10, 20, 50, 100, 500, 1,000 Y 10,000 AÑOS), ESTOS CÁLCULOS SE ELABORARON PARA CADA UNA DE LAS ESTACIONES METEOROLÓGICAS MENCIONADAS ANTERIORMENTE.


LOS PARÁMETROS DE FORMA Y UBICACIÓN SE DETERMINARON POR LA DISTRIBUCIÓN GENERAL DE VALORES EXTREMOS TIPO I (GUMBEL).

VII.- ESTUDIO DE AVENIDAS

VII.A.- AVENIDAS MÁXIMÁS OBSERVADAS

EN EL PRESENTE SIGLO SE HAN PRESENTADO CUATRO AVENIDAS EXTRAORDINARIAS CON GASTOS DE 6650, 4140, 1100 Y 4800 M3/S, SEGÚN LA C.N.A.

ESTAS AVENIDAS SE PRESENTAN CON UN INTERVALO HISTÓRICO DE APROXIMADAMENTE 30 AÑOS, YA QUE CORRESPONDEN A LOS AÑOS 1909, 1938, 1967 Y 1988 RESPECTIVAMENTE.

SIN EMBARGO UN ASPECTO IMPORTANTE DE COMENTAR ES QUE SI SE CALCULA TEÓRICAMENTE EL PERÍODO DE RETORNO DE EXCEDENCIA DEL CAUDAL ESCURRIDO EN SEPTIEMBRE DE 1988, PRODUCTO DEL HURACÁN GILBERTO, CORRESPONDERÍA A 1,000 AÑOS, COSA QUE HISTÓRICAMENTE COMO LO PODEMOS VER NO CORRESPONDE A LA REALIDAD.

ESTO NOS HACE VER LA FUNCIÓN TAN IMPORTANTE EN MATERIA DE SEGURIDAD PARA EL ÁREA METROPOLITANA DE MONTERREY, QUE TENDRÁ ESTE PROYECTO.


VII.B.- ANÁLISIS DEL PERÍODO DE RETORNO

LOS PERÍODOS DE RETORNO CONTEMPLADOS PARA CALCULAR LA AVENIDA DE DISEÑO EN LA CUENCA DE INTERÉS, SE DETERMINARON POR LA GERENCIA DE AGUAS SUPERFICIALES E INGENIERÍA DE RÍOS (GASIR), EN OFICINAS CENTRALES DE LA C.N.A.

EL PERÍODO DE RETORNO FUE DE 100 AÑOS, ESTO TOMANDO EN CUENTA QUE LAS CURVAS INTENSIDAD DURACIÓN PERÍODO DE RETORNO (I-D-TR), SE CALCULARON PARA 2, 5, 10, 20, 50, 100, 500 Y 1,000 AÑOS, PARA CADA UNA DE LAS ESTACIONES METEOROLÓGICAS ESTUDIADAS, PUDIENDO ASÍ TENER UNA MAYOR IDEA DE LA DISTRIBUCIÓN EN EL TIEMPO Y EL ESPACIO DE LAS LLUVIAS EN EL ÁREA DE ESTUDIO, TANTO EN SU DURACIÓN COMO SU INTENSIDAD.


VII.C.- CÁLCULO DE LA AVENIDA MÁXIMA PROBABLE

PARA ESTIMAR LA AVENIDA MÁXIMA PROBABLE PARA EL PERIODO DE RETORNO DE 100 AÑOS, LA CUENCA SE SUBDIVIDIÓ EN 21 SUB-CUENCAS, DETERMINANDO SUS PARÁMETROS FISIOGRÁFICOS DE CADA UNA DE ELLAS Y RELACIONÁNDOLOS CON LA INFLUENCIA METEOROLÓGICA DE SU ÁREA DE APORTACIÓN.

LA DISTRIBUCIÓN DE LAS SUB-CUENCAS SE MUESTRA EN LA FIGURA # 1.

LAS PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS FISIOGRÁFICAS DE CADA UNA DE LAS SUB-CUENCAS SON:

ÁREA DE LA CUENCA EN

KM^2

LONGITUD DEL CAUCE

PRINCIPAL EN KM

PENDIENTE DEL CAUCE PRINCIPAL

ADIMENSIONAL

TIEMPO DE CONCENTRA-

CIÓN ENHRS.

TIEMPO BASE DEL

HIDROGRAMAEN HRS.

48.85 15.0 0.0416 1.503 3.72443.95 11.5 0.0626 0.913 2.83849.20 10.0 0.0393 1.008 2.99832.60 10.0 0.0667 0.761 2.56213.65 6.5 0.0283 0.759 2.55938.53 11.0 0.0543 0.939 2.88311.70 4.0 0.0183 0.572 2.17556.25 10.25 0.0572 0.849 2.72126.10 7.0 0.0138 1.202 3.30329.33 7.5 0.0463 0.681 2.404

104.10 22.5 0.0141 4.097 6.09843.45 16.0 0.0677 1.243 3.36482.43 22.0 0.0395 2.318 4.6589.75 6.0 0.03 0.676 2.39550.83 15.4 0.0486 1.423 3.61839.20 14.5 0.0475 1.351 3.51966.88 10.5 0.0121 1.981 4.30285.65 13.5 0.0096 2.923 5.21970.28 18.5 0.0437 1.828 4.128

105.78 19.0 0.0416 1.93 4.24641.95 21.5 0.0798 1.558 3.797


VII.D.- MÉTODOS EMPÍRICOS

LOS MÉTODOS EMPLEADOS FUERON EL DE CREAGER, LOWRY Y DICKENS, LOS CUALES SE BASAN EN ENVOLVENTES REGIONALES.

LA ECUACIÓN DE CREAGER SE EXPRESA COMO: (0.936/0.048)

Q = 1.303*CC*(0.386*AA )

LA DE LOWRY COMO:

Q = (C1/(A+259)0.85)*A

Y FINALMENTE LA ECUACIÓN DE DICKENS COMO:

Q = 0.0139*Cd*A0.75

DONDE:

Q = CAUDAL EN M^3/S A = ÁREA DE LA CUENCA EN KM^2CC = COEFICIENTE REGIONAL DE CREAGER DE 91C1 = COEFICIENTE REGIONAL DE LOWRY IGUAL A 1410Cd = COEFICIENTE REGIONAL DE DICKENS CON VALOR DE 350

EL PROBLEMA PRINCIPAL DE ESTOS MÉTODOS EMPÍRICOS ES POR UN LADO LA INCERTIDUMBRE DEL PERÍODO DE RETORNO ASOCIADO A LAS ENVOLVENTES QUE DETERMINAN EL COEFICIENTE REGIONAL DE CADA UNO DE ELLOS, Y POR OTRA PARTE EL NO PODER RELACIONAR EL CAUDAL PICO CON EL TIEMPO BASE Y EL TIEMPO PICO DEL HIDROGRAMA FORMADO.

LOS RESULTADOS OBTENIDOS PARA TODA LA CUENCA EN ESTUDIO FUERON:

CAUDAL EN M^3/S

CRITERIO DE CREAGER CRITERIO DE LOWRY CRITERIO DE DICKENS6,776.205 3,319.461 927.337


VII.E.- MÉTODOS HIDROLÓGICOS

LOS CRITERIOS EMPLEADOS FUERON LOS DEL RACIONAL AMERICANO, BURKLI-ZIEGLER, SÁNCHEZ BRIBIESCA, CHOW Y EL MODELO MATEMÁTICO HEC-1.

LAS ECUACIONES DE GOBIERNO DE ESTOS MÉTODOS SON:

RACIONAL AMERICANO

Q = 0.278*C*I*A

DONDE:Q = CAUDAL EN M^3/SC = COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO, EL CUAL SE ADOPTÓ DE 0.350I = INTENSIDAD DE LA TORMENTA EN MM/HR., PARA EL PERÍODO DE RETORNO DE 100 AÑOS Y DURACIÓN IGUAL AL TIEMPO DE CONCENTRACIÓN DE LA CUENCAA = ÁREA DE LA CUENCA EN KM^2

BURKLI-ZIEGLER

Q = 0.022*CB*(100*A)*(IB/10)*(10*S/A)0.25

DONDE:Q = CAUDAL EN M^3/SCB = COEFICIENTE ADOPTADO IGUAL A 0.30A = ÁREA DE LA CUENCA EN KM^2IB = INTENSIDAD DE LA TORMENTA EN MM/HR, PARA EL PERÍODO DE RETORNO DE 100 AÑOS Y DURACIÓN IGUAL A 10 MINUTOSS = PENDIENTE DEL CAUCE PRINCIPAL, ADIMENSIONAL

SÁNCHEZ BRIBIESCA

Q = FD*FW*HE*(1000000*A)/4500

DONDE:Q = CAUDAL EN M^3/SFD = COEFICIENTE ADOPTADO DE 0.5FW = COEFICIENTE CONSIDERADO IGUAL A 1.0HE = ALTURA DE PRECIPITACIÓN EN EXCESO PARA UNA HR., EN M., EL VALOR CALCULADO PARA 100 AÑOS DE PERÍODO DE RETORNO, RESULTÓ SER DE 0.09A = ÁREA DE LA CUENCA EN KM^2

MODELO MATEMÁTICO HEC-1

EL MODELO HEC-1 TOMA COMO BASE LA UNIDAD HIDROGRÁFICA DE CLARK, PARA LO CUAL SE REQUIERE CALCULAR PREVIAMENTE EL TIEMPO DE CONCENTRACIÓN SEGÚN CLARK Y SU CORRESPONDIENTE TIEMPO BASE DEL HIDROGRAMA CON LAS SIGUIENTES ECUACIONES:


TIEMPO DE CONCENTRACIÓN EN HRS.

TC = C1*((LCA/1.609)/(5278.8714*S)0.5)1.06

TIEMPO BASE DEL HIDROGRAMA EN HRS.

R = (C*((LCP/1.609)/(5278.8714*S) 0.5) .706) - TC

DONDE:TC = TIEMPO DE CONCENTRACIÓN DE CLARK EN HRS.R = TIEMPO BASE DEL HIDROGRAMA DE CLARK EN HRS.C1 = COEFICIENTE DE CLARK ADOPTADO DE 5.12LCA = LONGITUD AL CENTROIDE DE LA CUENCA EN KMS = PENDIENTE DEL CAUCE PRINCIPAL, ADIMENSIONALC = COEFICIENTE QUE TOMA EN CUENTA EL PORCENTAJE DE DESARROLLO URBANO, EL NÚMERO DE CURVA, TIPO Y USO DEL SUELO DE ACUERDO CON LA S.C.S. Y EL PORCENTAJE DE CAUDAL APORTADO POR LA SUB-CUENCA. ESTE COEFICIENTE RESULTÓ TENER UN VALOR DE 7.21.LCP = LONGITUD DEL CAUCE PRINCIPAL EN KM.

UNA VEZ OBTENIDOS LOS CAUDALES POR CADA UNO DE LOS MÉTODOS PARA CADA UNA DE LAS SUB-CUENCAS, TOMANDO EN CUENTA LA INFLUENCIA PROPORCIONAL DE CADA ESTACIÓN METEOROLÓGICA, SE COMBINARON LOS HIDROGRAMÁS OBTENIDOS LLEGANDO A LOS SIGUIENTES RESULTADOS.

PARA TR = 100 AÑOSCAUDALES EN M^3/S

RACIONAL AMERICANO

BURKLI -ZIEGLER

SÁNCHEZ BRIBIESCA

CHOW

1,169.85 1,184.95 11,567.40 4,798.84


VII.F.- MAGNITUD ADOPTADA PARA LA AVENIDA DE DISEÑO

LA AVENIDA DE DISEÑO ADOPTADA FUE LA DE 4,798.84 M^3/S, PARA 100 AÑOS DE PERÍODO DE RETORNO.

ESTA AVENIDA DE DISEÑO SE TOMO DEL CRITERIO APLICADO POR EL METODO DE CHOW, YA QUE EMPLEA MAYOR NÚMERO DE PARÁMETROS TANTO HIDROLÓGICOS COMO FISIOGRÁFICOS.

DESCRIPCIÓN DEL METODO DE CHOW.

EL METODO DE CHOW CONSIDERA LAS SIGUIENTES VARIABLES:

d= TIEMPO DE DURACION DE LA TORMENTA, EN MINUTOS.A= AREA DE LA CUENCA, EN KM^2N= NUMERO DE CURVA DE ESCURRIMIENTO (S.C.S.)Y= RELACION DE ESTACIONES PLUVIOMETRICASP= PRECIPITACION PARA UNA DURACION DE 60 MINUTOS Y UN PERIODO DE RETORNO DE 10 AÑOS.F= RELACION LLUVIA PERIODO DE RETORNO.Lcp= LONGITUD DEL CAUCE PRINCIPAL, EN KMS= PENDIENTE DEL CAUCE PRINCIPAL, ADIMENSIONALTr= TIEMPO DE RETORNO, EN AÑOSa,b,c,= PARAMETROS REGIONALES DE LLUVIAS.


VIII.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

VIII.A.- DE LA AVENIDA DE DISEÑO

LA AVENIDA DE DISEÑO SE SELECCIONO TOMANDO LAS CURVAS INTENSIDAD DURACIÓN PERÍODO DE RETORNO DE LA ESTACIÓN DE MAYOR INFLUENCIA PLUVIOMÉTRICA, QUE ES LA DE LAGUNA DE SÁNCHEZ.

EL VALOR DE LA AVENIDA DE DISEÑO ES LA OBTENIDA POR EL METODO DE CHOW.

EL VALOR DE ESTA ES CONSERVADOR, PERO PARA UN PROYECTO DE GRAN IMPORTANCIA, LA SEGURIDAD ES PRIMORDIAL POR SOBRE CUALQUIER COSTO DE ESTE PROYECTO.

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27298.177.59.9.Estudio Hidrologico Delimitacion Rio Santa Catarina