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FACULTAD DE CIENCIAS DE INGENIERIA

ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL DE INGENIERIA

CIVIL-HVCA

TRABAJO ESCALONADO N◦02

HEC-4

CÁTEDRA:

PRESAS Y OBRAS DE EMBALSE

CATEDRÁTICO:

Ing. Ivan A. Ayala Bizarro

ESTUDIANTE:

-RAMOS QUISPE CLAVERTH

DEDICATORIA:

Este presente trabajo

dedicamos a Dios,

Padres y docentes por

la labor que nos

tienen día a día,

que gracias a esos seres

estamos avanzando

por el camino

del éxito

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Índice general

1. INTRODUCCION 3

2. OBJETIVOS: 4

3. HISTORIA DE HEC-4 5

4. HEC-4 7

4.1. ORIGEN DEL PROGRAMA HEC-4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74.2. CARACTERISTICAS DE HEC-4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74.3. PROPOSITOS DEL PROGRAMA: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84.4. MÉTODOS DE CÁLCULO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84.5. ECUACION N◦ 01 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84.6. ECUACION N◦ 02 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94.7. ECUACION N◦ 03 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104.8. ECUACION N◦ 04 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104.9. ECUACION N◦ 05 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114.10. ECUACION N◦ 06 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124.11. ECUACION N◦ 07 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

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Capítulo 1

INTRODUCCION

Este documento fue elaborado utilizando la versión 3.4 del sistema de modelaje hidro-lógico desarrollado por el centro de ingeniería hidrológica de los Estados Unidos (HEC-HMS). HEC-HMS está diseñado para simular el proceso de precipitación-escurrimiento encuencas. Está diseñado para ser aplicado en un amplio rango de regiones geográ�cas parasolucionar un rango general de problemas. Puede ser utilizado en pequeñas cuencas urba-nas, o en grandes cuencas sin intervención, los resultados se pueden aplicar para estudiosde disponibilidad de agua, drenaje urbano, observación de �ujo, impacto de intervencionesen cuencas, reducción del daño por inundaciones, operación de sistemas, etc.

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Capítulo 2

OBJETIVOS:

El objetivo principal de HEC es apoyar al país en sus responsabilidades de gestión delos recursos hídricos mediante el aumento de la capacidad del Cuerpo técnico en ingenieríahidrológica y plani�cación de recursos hídricos y la gestión. Un objetivo adicional esproporcionar liderazgo en la mejora del estado de la técnica en ingeniería hidrológica ylos métodos analíticos para la plani�cación de recursos hídricos.

Por medio de programas de investigación, capacitación, análisis, plani�cación y asis-tencia técnica, se hacen esfuerzos para estar al tanto de los problemas y necesidades delCuerpo y de la nación. El compromiso también se hace para mantenerse al tanto de lasúltimas novedades a través de la profesión, y para hacer uso de esta información de unamanera más adecuada a las necesidades del Cuerpo.

HEC aumenta la e�cacia del Cuerpo y de la profesión de tender un puente entre lacomunidad académica, los ingenieros hidrológicos y la plani�cación de los profesionales.Las actividades de investigación o de formación que pueden ser mejor logradas por lasuniversidades no se emprende. HEC incorpora el estado de la técnica de procedimientosy técnicas en los manuales y programas integrales de informática. Los procedimientos sepondrán a disposición del Cuerpo, Estados Unidos y los profesionales internacionales através de un sistema de transferencia de tecnología e�caz de asistencia técnica, publica-ciones, cintas de vídeo, y la formación.

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Capítulo 3

HISTORIA DE HEC-4

El grupo de ingenieros que habían llegado a la USACE tras la Segunda Guerra Mundialse acerca a la edad de jubilación, y existía la preocupación de que su experiencia que habíaevolucionado a partir de las actividades en curso de agua sin precedentes del Cuerpo dedesarrollo de los recursos se disiparía y ser difícil de restaurar. HEC se estableció en elDistrito USACE Sacramento dentro de la División de Ingeniería.

Los directores involucrados fueron: Albert Cochran, Hidrología e Hidráulica HQU-SACE Jefe, quien formó y vendió la idea de un CEH, Emilio Gómez, del Distrito deSacramento Jefe de la División de Ingeniería y Beard Roy, el embalse de Jefe de Distritode Control y posteriormente Director HEC fundación. HEC inmediatamente se puso atrabajar la organización y presentación de cursos de capacitación, el primero de este tipoen el Cuerpo de la iniciación y el desarrollo de lo que más tarde se convirtió en ser laconocida familia de software HEC.

Los primeros paquetes de software fueron HEC-1 (hidrología de cuencas), HEC-2 (hi-dráulica �uvial), HEC-3 (análisis de yacimientos para la conservación), y HEC-4 (progra-ma estocástico generación de caudales). Dentro de diez años después de su establecimiento,el campo técnico de la plani�cación de análisis, la aplicación de métodos analíticos paralas actividades de plani�cación hidrológica estrechamente relacionados con la ingeniería,se añadió a la misión HEC. En ese momento, el personal �jo se elevó a cerca de 30 in-genieros y especialistas en informática. HEC personal es de aproximadamente del mismotamaño que en la actualidad.

En su historia, HEC pasó por una serie de informes de los reajustes organizativos, pero,en su mayor parte, mantuvo generalmente el mismo ámbito de actividades, el personalde apoyo a la ética del campo, y los productos de salida. HEC movió de debajo del Jefede Ingeniería del Distrito de Sacramento a informar al Comandante de Distrito, y por ladécada de 1970, había sido sucesivamente realineado que informe a la División del Pací�coSur comandante, luego a HQUSACE Director de Obras Civiles, y, �nalmente, se convirtióen una organización dentro el Centro de Soporte de Recursos Hídricos (WRSC).

HEC quedó asignado a WRSC durante unos veinte años, hasta WRSC se disolvió en2000 para ser reemplazado por el Instituto de Recursos Hídricos (IWR), entonces una or-ganización hermana de HEC en WRSC. Hoy en día, HEC es una de las seis organizacionesdel IWR - dos centros y cuatro divisiones. IWR depende del Director Adjunto de la obra

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA

Escuela Academica Ingenieria Civil-Hvca

civil y se clasi�ca como una O�cina de Apoyo a las Obras Civiles.

Con los años, HEC desarrollado y publicado una serie de documentos de métodostécnicos aborden la amplia gama de la ingeniería y las tecnologías de plani�cación hidro-lógica de análisis. El formato y contenido de los cursos técnicos cortos evolucionado desdeel principio y sigue siendo uno de los pilares del programa HEC. La familia de softwareha crecido a más de veinte grandes programas que son compatibles con una bibliote-ca de programas de utilidades, adiciones recientes incluyen soporte GIS. HEC es quizásel más conocido de estos programas nacionales e internacionales de renombre ingenieríahidrológica.

HEC se estructura en una Dirección Ejecutiva y tres divisiones: Hidrología y TecnologíaHidráulica; sistemas de recursos hídricos, y los sistemas de gestión del agua. El personal entodas las divisiones que inicie la formación, los métodos de documentación, investigacióny desarrollo, asistencia técnica y proyectos especiales.

Notables logros recientes incluyen: el desarrollo de la familia NexGen del sucesor desoftware HEC (HEC-RAS, HEC-HMS, HEC-FDA, y HEC ResSim-), el suministro deliderazgo en el establecimiento de análisis de riesgo como la tecnología base para la plani-�cación de la reducción de daños por inundaciones y análisis , y el desarrollo e implemen-tación del Sistema de Gestión del Cuerpo de Agua (CWMs), la predicción en tiempo realy un sistema de apoyo a las decisiones que se utiliza 24/7 en la ejecución de la USACECivil Works recursos hídricos de agua control de la misión de gestión.

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Capítulo 4

HEC-4

4.1. ORIGEN DEL PROGRAMA HEC-4

Este programa fue elaborado en el centro hidrológico ingeniería, cuerpo de ingenieros.Hasta al día la información y copias de las tarjetas de declaración de origen de los distintostipos de equipos se pueden obtener desde el centro a petición de los gobiernos y agencias decooperación. Programas son proporcionados por el gobierno y son aceptados y utilizadospor el bene�ciario en el entendimiento expreso de que el gobierno de Estados Unidos nohace ninguna garantía.

4.2. CARACTERISTICAS DE HEC-4

El HEC-4 �ujo mensual corriente modelo de simulación desarrollado por el Centro deIngeniería Hidrológica, Davis, California, se utiliza para extender los registros históricosdisponibles de caudales en el área central de Ohio. El objetivo principal de este trabajoes examinar la e�cacia del modelo HEC-4 en la generación de �ujos mensuales sintéticos.Importantes parámetros estadísticos se evalúan con el �n de relacionar las propiedadesestadísticas de los �ujos históricos y generados. Al hacerlo, se observa que la media, des-viación estándar, y la asimetría de los �ujos generados son consistentemente mayores quelas correspondientes estimaciones basadas en �ujos históricos. Sin embargo, los resultadosmuestran que estas estadísticas, así como el retraso-1 de correlación en serie, son gene-ralmente bien mantenido por las secuencias generadas. El grado en que las diferenciasestadísticas serían crítica, desde el punto de vista de ingeniería de diseño, se demuestramediante la utilización de sus características de bajo �ujo. Las estimaciones de depósitoseguro-rendimientos, basados en una masa no secuencial análisis de la curva de los �ujosbajos históricos y generada, indican una diferencia nominal en este estudio particular.Este programa analizará escurrimientos mensuales en un número de estaciones interre-

lacionados para determinar sus características estadísticas y generará una secuencia decaudales hipotéticas de cualquier longitud deseada que tiene esas características. Se re-constituirá falta caudales en la base de los �ujos concurrentes observado en otros lugaresy obtener la máxima y las cantidades mínimas de cada mes y durante periodos especi�ca-dos en Los �ujos registrados, reconstituidas y generado. También utilizará la generalizadamodelo de simulación para la generación de caudales mensuales en lugares sobre la basede los estudios regionales. Hay muchas opciones de uso de la programa para diversos �-nes relacionados, y que puede ser utilizado para otras variables tales como precipitación,evaporación, y los requisitos de agua, solos o en combinación.

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4.3. PROPOSITOS DEL PROGRAMA:

Este programa se analiza caudales mensuales en una serie de estaciones relaciona-das entre sí para determinar sus características estadísticas y generará una secuencia decaudales hipotéticos de cualquier longitud deseada que tiene esas características.

4.4. MÉTODOS DE CÁLCULO

En la parte de análisis estadístico de este programa, los �ujos por cada mes calendarioen cada estación primero se incrementa en 1 por ciento de su calendario de meses promediocon el �n de evitar in�nito negativo logaritmos. Este incremento es más tarde restante.La media, la desviación estándar y los coe�cientes de sesgo para cada mes estación y elcalendario se calcula entonces. Esto implica las siguientes ecuaciones:

4.5. ECUACION N◦ 01

En los que:

X = Logaritmo del �ujo se incrementa mensualmente.Q = caudal mensual registrada.q = pequeño incremento de �ujo usado para prevenir logaritmon in�nitas Los meses

con caudal cero.X' = La media del logaritmo incrementados �ujos mensuales.N = Total de años de registro.S = imparcial estimación de la desviación estándar de la población.g = imparcial estimación del coe�ciente de población sesgar.i = mes número.m = número de años.

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Para cada estación y mes con registro incompleto, la búsqueda es hecha por largosregistros entre las estaciones utilizadas, para encontrar lo que se más contribuyen a au-mentar la �abilidad de la computarizada estadísticas desde el registro incompleto. Ladesviación media y estándar se a continuación se ajusta. Ecuación 5 se usa para calcularel registro equivalente requerido para obtener estadísticas �ables igualmente a estas es-tadísticas ajustadas y es la base para seleccionar el mejor registro para ser usado en elajuste.


Las ecuaciones anteriores son las ecuaciones de ajuste.

Los números primos indican los valores a largo plazo y los que no primos se basan enel período de cuerdo corto para ambas estaciones.

N = longitud de registro.R = coe�ciente de correlación lineal.

Cada �ujo individual se convierte entonces en un estándar normalizado variable alea-toria, utilizando la aproximación siguiente de la distribución de Pearson Tipo III.

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t = Pearson Tipo III estándar desviarse.K = desviación normal estándar.

Después de la transformación de los �ujos para todos los meses y las estaciones ala normalidad, el bruto (simple) coe�cientes de correlación R entre todos los pares deestaciones por cada mes natural en curso y el anterior se calcula mediante el uso de lasiguiente fórmula:


en los que:

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Las variables para calcular un coe�ciente de correlación requerida, ese valor debe serestima. Cada valor faltante se estimó mediante el examen de su relación a los paresrelacionados de valores en el mes en curso y el anterior por el uso de la siguiente fórmulautilizando i� J, y los subíndices k para indicar variables utilizado en la correlación bruto.


Dado que, con el �n de ser consistentes con los dos coe�cientes de correlación relacio-nadas, el coe�ciente de correlación debe estar comprendida entre los límites dados por laecuación Li, el más bajo límite superior y el límite inferior más alto se establecen para to-do lo relacionado pares, y 'Nos promedio de estos dos límites se toma como la correlaciónestimada coe�ciente.

Caudales mensuales que faltan de los registros de las distintas estaciones.

Se estima que para todas las estaciones de cada mes en turno. En consecuencia, siempreun �ujo que falta está siendo reconstituido, siempre existe una válida valor para todaslas estaciones ya examinó ese mes y para todos los restantes estaciones, ya sea en el mesactual o anterior. Para estas restantes estaciones, el valor actual se selecciona cuando sedisponga lo contrario, lapreiin valor se utiliza. Con el �n de reconstituir el valor que falta,una recesión ecuación en términos de variables aleatorias normales estándar se calculaseleccionando coe�cientes necesarios de la matriz de correlación completa para ese mesy resolver por el método Crout Se ha encontrado que el uso válido de la técnica deregresión requiere que todos los coe�cientes de correlación de acuerdo con los datos quese sustituirán en las ecuaciones y los coe�cientes de correlación que ser coherentes entresí. La inconsistencia en los coe�cientes de correlación hace que el dependiente variable

a ser excesivamente de�nido y se evidencia por un coe�ciente de determinación mayorque 1,0. Si esto ocurre (debido a datos incompletos), el independiente variable menoscontribuir a la correlación se ha caído, y un ecuación recesión nuevo se calcula. Esteproceso se repite según sea necesario hasta que se alcanza la consistencia (que debe seren el momento en que sólo uno variable independiente sigue siendo). Con el �n de hacerque la matriz de correlación coherente con la matriz de datos, todos los coe�cientes decorrelación afectadas, después de cada estimación de datos faltantes. Normales se desvía

estándar se convierten a continuación �ujos mediante el uso de la siguientes ecuaciones;

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Cuando el conjunto de �ujos se ha completado, todas las matrices de correlación debenser coherentes con excepción de los errores de truncamiento en el ordenador, ya que losdatos matrices son completos. Cualquier consistencia de matrices obtenida de esta manerao de matrices leídos en el ordenador tendrá como resultado coe�cientes de determinaciónmayor que 1,0. Si esto ocurre, la consistencia de cada matriz de correlación es aseguradopor la primera prueba todas las combinaciones de triadas de los coe�cientes de correlaciónen el mes en curso y el anterior para todos los meses del calendario y elevando el más bajode los tres coe�cientes para obtener una tríada consistente. La prueba de consistencia decada matriz completa es. la repetición de toda consistencia tríada pruebas hasta que todas

las matrices son consistentes. Si la consistencia no se alcanza, coe�cientes en cada matrizinconsistente se mueven hacia el medio valor de todos los coe�cientes en esa matriz hastaque se alcanza la consistencia. Generación de caudales hipotéticos se logra calculando una

ecuación de regresión, por el método Crout para cada estación y mes y luego los caudalesde cálculo para cada estación en a su vez por un mes a la vez usando la siguiente ecuación.Este proceso se inicia con valores medios (desviación cero) para todas las estaciones delprimera mes y desechar los primeros 2 años de los �ujos generados por.


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En los que:

K = logaritmo �ujo mensual, expresado como un estándar normal desviarse.B = Coe�ciente Beta calculado a partir de la matriz de correlación.i = mes número.j = Número de estación.n = número de 'estaciones relacionadas entre sí.R = coe�ciente de correlación múltiple.Z = número aleatorio de la población normal estándar.

Los �ujos máximos, mínimos y promedio se obtiene para la totalidad período de los�ujos como se registra y por períodos determinados reconstituida y los �ujos generadospor la técnica de revisión de rutina Los �ujos máximos, mínimos y promedio se obtiene

para la totalidad período de los �ujos como se registra y por períodos determinadosreconstituida y los �ujos generados por la técnica de revisión de rutina. Debido a las

limitaciones en el tamaño de la memoria del ordenador y debido a creciente cambio deinestabilidad computacional con matrices más grandes, el número de estaciones utilizablessimultáneamente en este programa ha sido limitado a 10. Sin embargo, el programa puedereconstituir y generar caudales para cualquier número de estaciones en grupos de 10o menos. Es normalmente estará deseable incluir una o más estaciones de los gruposanteriores en cada uno grupo sucesivo con el �n de preservar correlaciones importantes.y los números de identi�cación de la estación para los estaciones. Estos números debenser listados en la misma secuencia que su lata estaba dispuestas en pases anteriores. Losdatos para las nuevas estaciones para el nuevo pase entonces deben ser leído. Ninguno deestos �ujos puede ocurrir en un año a más tardar el último año para el que existen datosde �ujo se produjo en la primera pasada Tan pronto como los �ujos se reconstituyen para

cualquier paso, se leen en la cinta de �ujo. Después de estadísticas se calculan a partirtransformado �ujos reconstituidas, son leídos en la cinta estadísticas (después identi�cadalas estaciones para futura referencia). Final datos ecuación de regresión para cada pasadase leen sobre la misma cinta en la mismo tiempo (para su uso más adelante). Para cadanuevo pase, el �ujo y las cintas de las estadísticas se buscan por separado los datos de lasestaciones ya usado que también se producen en el paso de nuevo. Con el �n de leer yescribir alternativamente en las mismas cintas, es necesario de registros de cinta a �n deasegurar que cualquier declaración leer hace no leer más allá de la marca de registro y asíocurre que las declaraciones.

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1UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA E.A.P. ING. CIVIL HVCA

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Bibliografía

[1] GENERALIZED COMPUTER PROGRAM.

[2] HEC-4.-MANUAL DE HEC-4.

[3] www.hec.com.pe.

[4] Hydrologic Engineerung Center

[5] http://www.hec.usace.army.mil.

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2UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA E.A.P. ING. CIVIL HVCA

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