SECTOR NORESTE CIUDAD DE TINGO MARIA
Descripción del proyecto
Antecedentes generales Las inundaciones son desastres que ocurren con frecuencia y tienen un alto costo en cuanto a pérdidas humanas y económicas se refiere, para ello se requieren de una predicción rápida y en tiempo real de la magnitud del desastre.
Para la determinación de zonas con riesgo de inundación existen diversas metodologías como estudios con fotografías aéreas, imágenes por satélite o evaluaciones insitu, donde se observa la marca de la anterior avenida y así tomar las precauciones convenientes.
La tecnología del Sistema de Información Geográfica (SIG) es un sistema que por medio de computadoras y datos geográficos ayuda a un mejor entendimiento del medio en que vivimos y nos permite resolver los problemas que diariamente afrontamos. El SIG es usada para diagnosticar sitios de posible desborde y planificar acciones para mitigar la ocurrencia de inundaciones, integrando modelos hidráulicos e hidrológicos así como fotografías aéreas e imágenes por satélite.
El presente trabajo consiste en la aplicación del Sistema de Información Geográfica como herramienta de análisis hidráulico y modelamiento espacial para evaluar el impacto de posibles inundaciones en un sector de las microcuencas del sector noreste de la ciudad de Tingo María. Para ello se integro el software de análisis hidráulico HEC-RAS con software SIG ArcGis generando como resultado un mapa de inundación espacialmente georeferenciado, para un perfil de flujo de 50 y 100 años, donde se puede cuantificar y visualizar la magnitud de la inundación.
Con el mapa de inundación se realizó un análisis de impacto de los recursos suelo, uso actual de la tierra y geológico-geomorfológico en condiciones de inundación.
Los resultados permitió cuantificar y visualizar 9.94 ha de área inundada para el mapa de suelo, 27.79 ha para uso actual de la tierra y 8.49 ha para geológico-geomorfológico, todos ellos analizadas para perfil de flujo de 100 años y para un perfil de 500 años se determinaron 8.46 ha de área inundada del recurso suelo, 6.86 ha del recurso uso actual de la tierra y 7.93 ha del recurso geológico-geomorfológico.
PRESENTACION
Las inundaciones es uno de los mayores desastres naturales que ocurren sin que el hombre pueda hacer nada para evitarlo, causando grandes pérdidas económicas y humanas, sin embargo se puede de alguna manera mitigar los daños, previniendo, anticipando, y es donde se debe poner mayor interés.
La tecnología de los Sistemas de Información Geográfica (SIG) es una manera interactiva de desarrollar métodos automatizados cuantificando la variabilidad espacial de las inundaciones. Una integración mayor del SIG a los métodos de evaluación de inundaciones existentes proveerá una mejor perspectiva de la inundación en un contexto espacial, considerando la administración y evaluación de riesgo, para lo cual se desarrollaron los siguientes objetivos:
Desarrollar una metodología para cálculos de perfiles de superficie de agua generados por el modelo hidráulico HEC-RAS y visualización de mapas de inundación en ArcGis
Delimitar áreas que requieren protección de riberas.
Sugerir líneas de acción relativas a esas medidas necesarias y que permitan recomponer el ambiente de las microcuencas y así preservar la salud de la población mediante un adecuado manejo del recurso natural.
Se han definido en la elaboración del presente trabajo los siguientes objetivos específicos:
Disponer de un elemento útil en cuanto al conocimiento y reevaluación de información actualizada que sirva de base para la consideración de acciones de recomposición del entorno ambiental.
Realizar el análisis morfométrico y fisiográfico de las microcuencas.
Presentar los resultados estudiados en tablas gráficos y mapas.
1.3. CARACTERISTICAS GENERALES DEL AREA EN ESTUDIO
UBICACION
Tingo María es una ciudad del centro-norte del Perú, capital de la provincia de Leoncio Prado en el departamento de Huánuco, ubicada en la parte media del río Huallaga, entre la Cordillera Azul y la vertiente oriental de la Cordillera de los Andes, una zona de yunga.
La capital de la provincia es la ciudad de Tingo María, entre las coordenadas geográficas 75° 53' 00" Longitud Oeste y 09° 18' 00" Latitud Sur,
El clima de la ciudad es tropical, cálido con una temperatura promedio anual de 18 a 25 °C y humedad relativa de 77.5 %, con una precipitación anual de 3.000 mm. Puede observarse microclimas o lluvias a distancias muy cortas entre 200 a 500 metros, no obstante hace un calor sorprendente
Vías de acceso: Vía aérea: Por la Corporación Peruana de Aeropuertos Civiles. De Lima a Tingo María, el tiempo de vuelo es de aproximadamente 35 minutos. Terrestre: Las carreteras del Centro Oriente Peruano se encuentran en buen estado, se pueden utilizar las carreteras de diferentes lugares:
Lima – Tingo María (aproximadamente 10 horas) Tingo María – Pucallpa (300 km.) Tingo María – Juanjui. Se utiliza la carretera Rafael Belaúnde Terry (ex marginal de la selva)
Fluvial: Se puede transportar a través de los ríos Huallaga y Monzón.
Principales ríos:
Huallaga, Nace en el departamento de Pasco. En Huánuco forma un importante valle interandino y en la selva alta forma el valle de Tingo María.
Ubicación geográfica:
Se encuentra en la zona Yunga tropical, al noroeste del departamento de Huánuco. 9°17'54.32" S 76°00'00.98" O – Altitud: 656 m.s.n.m.
1.4. MATERIALES Y EQUIPOS
1.4.1. Materiales
Materiales de escritorio
Materiales de dibujo.
Planos topográficos de la Municipalidad Provincial de Leoncio Prado, a escala 1:2,500.
Planos catastral ciudad de Tingo María escala 1:10,000.
Materiales de campo: Libreta de campo, Wincha.
1.4.2. Equipo de cómputo
Computadora Pentium III de 128 Mb de memoria RAM, Disco duro de 8 Mb.
Software: PC ARC/GIS (versión 9.2), HEC-RAS (versión 2.2).
Tablero
Impresora multifuncional EPSON a color.
1.4.3. METODOLOGIA
1.4.3.1. Concepción de la metodología
La metodología está basada en la aplicación del Sistema de Información Geográfica (SIG) como herramienta de simulación hidráulica y de modelamiento espacial para evaluar el impacto de posibles inundaciones en un sector de las microcuencas de la parte alta del sector noreste de la ciudad de Tingo María . En tal sentido, la metodología se desarrolla primero en su componente de simulación hidráulica con el software HEC-RAS y en su componente de modelamiento espacial con el uso de los software SIG ArcGis 9.2
1.4.3.2. Recopilación de información
La información mínima necesaria para desarrollar la simulación hidráulica con el software HEC-RAS en un ambiente SIG son las curvas de nivel de la faja de las quebradas al menor espaciamiento posible y demás curvas de nivel que pueden estar a mayor espaciamiento para una mejor visualización de la topografía del ámbito del área en estudio, otra información es la delineación de la faja de las quebradas (eje central y líneas de bancos de material a descolmatar i hacer limpieza de los cauces), y las secciones transversales.
El mapa de Uso Actual de la tierra se elaboró basándose en el plano catastral del PETT-Ministerio de Agricultura a escala 1:10,000 y planos planialtimetricos del IGN a escala 1:5,000. Para complementar la información cartográfica se realizo visitas de campo.
1.4.3.3. Análisis de la información
Con los planos y la información obtenida se procedió al análisis del área en estudio formando una base de datos para los mapas temáticos. La información requerida para ejecutar el modelo HEC-RAS, como se dijo, se basa en la geometría del río que es extraído de un plano topográfico a curvas de nivel. El análisis de la información de los recursos suelos, uso actual de la tierra y geológico-geomorfológico se describe a continuación.
Recurso suelo, en el mapa de suelo se observa las características superficiales del área en estudio. El mapa presenta una clasificación Cartográfica-Taxonómica y una clasificación de los suelos según aptitud para el riego.
Recurso uso actual de la tierra, en el mapa de uso actual de la tierra se observa que casi todo el área en estudio comprende terrenos agrícolas con varios centros poblados todos con sus respectivas Quebradas, pequeños fundos, viviendas, granjas avícolas y pozos de explotación que cubren la demanda de agua en épocas de estiaje. También se observan terrenos eriazos que en algún momento fueron agrícolas pero que ahora poco a poco se van urbanizando. El área en estudio del uso actual de la tierra es de 106.7 ha.
Recurso geológico-geomorfológico, en cuanto al mapa temático geológico-geomorfológico. Los depósitos encontrados en el área en estudio son de tipo aluvional, El depósito dominante en la zona en estudio son aluvionales del cuaternario constituidos por suelos fértiles, esta zona comprende el sector noreste en la parte agrícola, presenta condiciones favorables para los cultivos.
1.4.3.2. Ingreso de la información
Para el ingreso de información del material cartográfico se utilizó los programas EXCEL, SIG ARCGIS para la digitalización, visualización y creación de tabla de atributos (base de datos).
Para la obtener el mapa de inundación con el HEC-RAS, se digitalizó las curvas de nivel, secciones transversales y faja de las quebradas.. Toda esta información es requerida por el SIG para hacer la integración con el HEC-RAS. Los datos hidrológicos e hidráulicos se ingresan en el HEC-RAS.
Posteriormente para el análisis del impacto de inundación en los mapas temáticos se digitalizaron los mapas de suelo, uso actual de la tierra y Geológico-Geomorfológico.
1.4.3.3. Procesamiento de la información
La integración del SIG-ArcGis con el HEC-RAS se da a través de una extensión del ArcGis, Es un conjunto de procedimientos y herramientas que permiten la preparación de datos espaciales de secciones transversales y faja de las quebradas para la entrada al HEC-RAS.
El procedimiento consiste en lo siguiente:
La información del Preprocesamiento crea un archivo de intercambio de datos que consiste en descripciones de la geometría del cauce extraído de un plano topográfico a curvas de nivel previamente digitalizado que debe ser convertido a un modelo de dato TIN (Triangulated Irregular Network) a través de la extensión 3D Analyst del ArcGis En el HEC-RAS, el usuario proporcionara datos adicionales como coeficiente de Manning, coeficientes de contracción y expansión, descripciones geométricas de cualquier estructura hidráulica (puentes, alcantarillas) en las sección transversales, estaciones banco y longitudes de tramo.
Después de ejecutar el modelo HEC-RAS, los resultados puede exportarlos en el mismo formato de archivo de intercambio digital generándose un TIN de la superficie de agua usando la funcionalidad del Post-processing.
Análisis hidráulico fluvial
Metodología
El objetivo de éste análisis es la determinación de las características hidráulicas del escurrimiento del río Italia en el sector a intervenir y en el escenario en que se encuentra actualmente.
Las principales características a determinar en este estudio son las velocidades de escurrimiento y altura de agua, para los caudales máximos estimados en el estudio hidrológico. Para el cálculo de ejes hidráulicos se utilizará el programa HEC-RAS, Versión 3.1.1 de octubre de 2004, realizado por el Hydrologic Engineering Center del US Army Corps of Engineers.
El programa está orientado al cálculo de ejes hidráulicos para flujo permanente gradualmente variado, en cauces naturales o artificiales, tanto en régimen sub-crítico como supercrítico. Además este software es capaz de estimar de buena manera las potencialidades de arrastre de sedimentos, y si es necesario, compararlas con otros modelos de arrastre.
El procedimiento de cálculo hidráulico se basa en la solución, por medio de la expresión de Manning, de la ecuación de energía unidimensional (Bernoulli) con pérdida de energía debida a la fricción. Este procedimiento se conoce como Método Standard por pasos o etapas fijas B programa está diseñado para aplicaciones en estudios de seguridad en inundaciones, mejoramiento de cauces y protección de riberas.
Ecuaciones para el Cálculo de Ejes Hidráulicos
Las cotas de los perfiles de superficie de agua son procesadas de una sección transversal a la siguiente resolviendo la ecuación de conservación de energía por el procedimiento iterativo estándar por pasos. La ecuación de conservación de energía se muestra a seguir:
Tabla de Precipitación de Tingo María (Estación Meteorológica José Abelardo Quiñones)
Fuente: Estación Meteorológica José Abelardo Quiñones
Cálculo de la ETP mensual mediante la fórmula de Thornthwaite
FACTORES CONSIDERADOS PARA EL ESTUDIO Y SU PARTICIPACION EN EL ENTORNO DE LA CUENCA
Valores de pendiente Microcuencas
IMÁGENES SECTOR NORESTE DE LA CIUDAD DE TINGO MARIA
Conclusiones
Los resultados obtenidos en el presente estudio permiten extraer las siguientes conclusiones :
En el aspecto general, el panorama ofrecido por el presente estudio evidencia elevada cantidad de puntos vulnerables en las torrenteras que atraviesan la localidad de Tingo María, con relación a inundaciones por desbordes.
Gran parte de los puntos vulnerables corresponden a badenes improvisados ubicados principalmente en los asentamientos humanos ubicados en la periferia de la ciudad y algunos en zonas bien urbanizadas e incluso en el Centro de la ciudad.
Otra gran parte corresponde a puentes rústicos o diseñados inadecuadamente ubicados principalmente en la periferia , algunos en las urbanizaciones privadas y un pequeño número en el Centro.
Respecto a la aplicación del SIG a modelo hidráulico.
La aplicación del SIG como herramienta de análisis hidráulico para el modelamiento de zonas con riesgo de inundación ahorran tiempo y recursos contra un trazado manual de inundación.
La integración del modelo hidráulico HEC-RAS con el SIG ArcGis es una manera dinámica e interactiva de trabajar los parámetros hidrológicos e hidráulicos en un ambiente SIG generando como resultado un mapa de inundación espacialmente georeferenciado.
La delineación o despliegue del mapa de inundación que se obtiene del HEC-RAS está limitado por el ancho de las secciones transversales.
Se concluye que el SIG provee la habilidad de integrar los resultados de modelos con otras capas de información.
Respecto al análisis de impacto de los recurso en condiciones de inundación
Los perfiles de flujo para 50, 100 y 500 años de periodo de retorno es de 99, 110 y 210 m
seg respectivamente, en flujo permanente.La profundidad de la inundación es pequeña va desde 0.0-1.69 m para un perfil de 100 años y de 0.0-2.05 m para un perfil de 500 años.
Recomendaciones
Para la integración del modelo HEC-RAS con el ArcGis se requiere trabajar desde el inicio con información de detalle tanto a nivel hidrológico y geométrico como el caso del espaciamiento entre curvas de nivel de 0.5 a 1 m.
Según el estudio se recomienda trazar secciones transversales las más amplia posible, para tener un mejor resultado sobre las áreas inundables.
Para trabajos posteriores y en función a la disponibilidad de los recursos es conveniente generar los modelos tridimensionales a partir de orthofotos.
Realizar obras de encauzamiento y protección de riberas a lo largo del desbordamiento con maquinaria pesada y construcción de diques (troncos a manera de pirámide) que son una manera de protección a bajo costo y además sirven para proteger los taludes ribereños.
Se recomienda sembrar variedades de árboles y arbustos en ambas márgenes del lecho de las quebradas, manteniendo espesores de 3-4 m, que es la garantía de su protección
La utilización del SIG permitirá a los profesionales mejorar su visión en un contexto espacial, ya que el SIG asiste al profesional en la toma de decisiones.
Bibliografía
1. Boyle, Tsanis, Member, ASCE y Kanaroglou; 1998. Developing Geographic Information Systems for Land Use Impact Assessment in Flooding Conditions. Revista Journal of Water Resources Planning and Management, Marzo/Abril 1998. pp 89-98
2. Hydrologic Engineering Center, 1997. HEC-RAS, Sistema de Análisis de Rios, User's Manual, U.S. Army Corps of Engineers; Davis. CA. USA.
3. ONERN, 1975. Oficina Nacional de Evaluación de Recursos Naturales. Inventario y Evaluación de los Recursos Naturales de la Zona del Proyecto Marcapomacocha, Lima. T: 1.
Autor:
Gustavo Campero Sánchez
MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE LEONCIO PRADO TINGO MARIA