Estudio hidrológico Monterrico CPM Castillo Grande

Introducción

Para el presente estudio que tiene un análisis completo se ha tomado como fuente elemental los datos hidrológicos en las diferentes estaciones que nos darán una visión acerca del comportamiento de los procesos que son sumamente complejas que se encuentran en función de las características de las subcuencas trazadas dentro de la cuenca alta del río Huallaga, cuyo cauce principal lo constituye el río Huallaga y las subcuencas que lo constituyen el sistema hídrico donde sus afluentes secundarios, terciarios, de cuarto orden ó más refleja un comportamiento de acuerdo a cómo se están manejando los recursos agua, suelo y bosque, donde los criterios de topografía, altitud y cobertura es importante para el cálculo del coeficiente de Escorrentía dentro del espacio del territorio delimitado de la cuenca del río Huallaga desde la altitud de 4500 hasta los 600 m.s.n.m.,donde se encuentra conformado por un sistema hídrico que conducen sus aguas al Río Huallaga, donde integra las interacciones entre la cobertura sobre el terreno de profundidades del suelo y entorno de la línea divisoria de las aguas, existiendo entradas y salidas, dónde el ciclo hidrológico permite cuantificar el ingreso de la cantidad de agua por medio de sus precipitaciones pluviales y salida por medio de su río y la evaporación de la misma, las sub cuencas con mayores áreas que, cuenta con recursos hídricos provenientes de manantiales, aguas superficiales, aguas del sub. Suelo y ojos de agua con permanente vegetación. La fuente principal de agua en las subcuencas del Huallaga, es originada por las precipitaciones pluviales que ocurren en ella y se manifiestan en la escorrentía, durante la época lluviosa, que fluye por las pequeñas quebradas que conforman la red de drenaje de las subcuencas.

El objetivo del presente Estudio Hidrológico tiene como fin la construcción de defensas ribereñas en el margen izquierdo del río Huallaga.

Determinar las características hidrológicas de respuesta lluvia-escorrentía, con intensidades máximas y diferentes períodos de retorno.

– Estimar el cálculo del caudal Máximo con diferentes períodos de retorno en el Tramo donde se ubica la estructura de la defensa ribereña.

En el presente informe se emplean herramientas de sustento técnico a nivel preliminar, acorde al avance científico en materia de ingeniería y gestión de inundaciones

COMPONENTE 1:

Identificación de la zona

UBICACIÓN

La ubicación geográfica del sector analizado en la Cuenca del Huallaga es la siguiente en coordenadas UTM – WGS84 – Zona 18 SUR.

ESTE : 388 800 a 390 800 metros

NORTE : 8 987 000 a 8 988 000 metros

Para el área de la Cuenca puede considerarse en su delimitación el divisor topográfico por ser prácticamente fijo.

A = 12,374.268 Km2.

El proyecto se encuentra ubicado políticamente en:

Región : Huanuco

Provincia : Leoncio Prado

Distritio : Rupa Rupa

Sector : Monterrico – Papayal

RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN Y TRATAMIENTO

• Reconocimiento en campo (Abril 2007).

• Topografía: curvas de nivel cada 5 metros

• Cartografía:

Los materiales utilizados han sido obtenidos del Instituto Geográfico Nacional (IGN) y son los siguientes:

• Carta Nacional del Instituto Geográfico Nacional (IGN), a escala 1/100,000. Hoja 19- K, 19- l, 20-K, 20-l, 21-K, 21-l, y 22-K.

• Planos topográficos.

• Hojas: 19-K- IV NO y 20 K – IV NE

• Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI).

• Guía Explicativa del Mapa Ecológico del Perú, ex ONERN – 1976

• Hidrometereología: datos de expedientes y aproximaciones.

• Geomorfológico e Hidraulica fluvial: rugosidad del lecho y planicies, procesos fluvio-morfológicos locales.

• Geología.(Carta INGEMMET)

COMPONENTE 2:

Niveles de inundación en el lugar del proyecto

HIDROLOGÍA

Las quebradas que cortan la zona en estudio, no cuentan con estaciones de medición de caudales, donde las aguas van al Río Huallaga, el principal dren colector.

Se cuenta con dos estaciones de Puente Taruca y Tingo María, que servirán para poder calibrar nuestro estudio Hidrológico en éstos puntos de Controles, donde se llevará una mejor calidad de control de los caudales generados en los puntos estimados como se indica en los cuadros posteriores, que son tomados de cada uno de las sub cuencas y/o áreas cuyas aguas confluyes hacia el río Huallaga hasta el tramo que incluye el estudio para su cálculo de máximas descargas con diferentes períodos de retorno.

Se cuenta con valores de precipitación total mensual en todas las estaciones mencionadas y máximas en 24 horas registradas en las estaciones de Ambo, Yanahuanca, Jacas Chico, Tingo María, Tananta, para periodo de registro de 10 a 16 años.

• a) Complementación de Registros

Las estaciones anteriormente mencionadas, cuentan con distintos periodos de registro y/o actualmente se encuentran paralizadas. En algunos casos fue necesario completar períodos faltantes para lo cual se recurrió a análisis de regresión a nivel anual. Luego los valores mensuales fueron determinados mediante una repartición porcentual tomando como base el promedio mensual y el valor anual determinado. De esta manera se cuenta hasta con 36 años de registro continuo para el periodo 1966-2001, de la Estación mas cercana Jacas Chico, que permite caracterizar el comportamiento de la micro cuenca haciendo posible la generación de caudales en la sub. Cuencas del punto de control ·C", así mismo se trabajó con todas las estaciones que componen cada uno de las subcuencas del río Huallaga desde la parte más alta.(nacimiento del río) hasta el tramo del estudio, del Río Huallaga del distrito de Rupa-Rupa, Tingo María de la provincia de Leoncio Prado.

• b) Análisis Gráfico

Este primer análisis se realizó en base a los datos de precipitación registrados en las estaciones anteriormente indicadas. Se confeccionaron histogramas de precipitación total mensual para un periodo común de análisis (1966-2001), con el fin de comparar el comportamiento del parámetro. Los histogramas se muestran en los gráficos Nº 1 y Nº 2 del anexo Recurso Hídrico, correspondientes a las estaciones, Jacas Chico, Yanahuanca, Huariaca, Huanuco, Corpac, puente Taruca, Panao, Rupa-Rupa (tingo María), Tananta del distrito de Pólvora (San Martín) .

Se realizaron análisis visuales anteriores por estación para detectar saltos y valores extremos pronunciados que no podrían ser de ocurrencia en un periodo determinado y luego verificado su estado de consistencia se determinó los valores para cada uno de las sub cuencas o áreas donde se producen los escurrimientos superficiales que llegan al cauce principal del río Huallaga.

En esta evaluación se observó buena correspondencia entre los histogramas en algunos casos los datos se cambiaron por la poca consistencia, donde se supone podría ser por mala lectura, desconocimiento de datos del parte del lector, anotación al azar y otros motivos que pudieran existir.

RIESGO DE INUNDACIÓN

La inundación es uno de los desastres más grandes de mayor impacto económico y humano. El riesgo de inundación, se puede interpretar como el producto de la amenaza por la vulnerabilidad. La amenaza está relacionada a la solicitación hidráulica, es decir está determinada por la escala del diseño hidrológico de las estructuras para el control de agua. De este modo la probabilidad que un evento ocurra al menos una vez en "n" años sucesivos, considerando un tiempo de retorno (Tr), es conocido como riesgo o falla R y se representa por:

El presente informe se basa en las recomendaciones expuestas en la Guía Metodología, en la cual se define tiempos de retorno de 10, 25 y 50 años para obras de defensa de zonas agrícolas y urbanas.

CAUDALES MAXIMOS EN EL RIO HUALLAGA

Desde que nace el río Huallaga en el departamento de Pasco, desde estas montañas, que recorre por su dren principal el río va cambiando y aumentando su caudal poco a poco según va descendiendo.

A veces nos cuesta reconocer desde el pequeño arroyo cristalino, que cuyo naciente cuando presenciamos el ancho del río de aguas profundas que recorre su curso. En los diferentes tipos de terreno donde en la primera parte de su recorrido el río empieza a descender de la montaña alta. Aquí el cauce es hondo y estrecho, la corriente es rápida, las aguas frías y limpias, dé fondo rocoso en un 80%, la corriente desprende muchas piedras que son arrastrabas aguas abajo. Al ir bajando, el río forma muchas caídas de agua en los desniveles del terreno. Donde esta primera parte del río se llama primera etapa o etapa juvenil. Más abajo, sus aguas van disminuyendo su velocidad donde su cauce se va ensanchando en forma de curvas, en las orillas hay playas con arena gruesa y en el fondo del agua se observan pequeñas piedrecillas y más arena. Esta es la segunda etapa o etapa de madurez, donde estas dos etapas cumple desde su naciente hasta el punto del estudio, donde es necesario este recorrido para poder tabular y calcular los caudales máximos en sus diferentes puntos de controles tomando la metodología más apropiado para éstos tipos de estudio dentro de una cuenca y para ello se hará su ajuste con los caudales de la estación de Tingo María, donde el río ha traído al bajar de las montañas, que al acumularse en sus orillas forma playas muy anchas.

El agua que se dirige al río sobre la superficie, como flujo de arroyo, puede convertirse en grandes inundaciones cuando ocurren tormentas intensas a lo largo de la cuenca del Río Huallaga donde las mayores de las inundaciones del Río suelen ocurrir durante la temporada de (Enero a Marzo), cuando la humedad de la selva viaja hacia el sur y se convierte en tormentas eléctricas, El río Huallaga en estudio tiene un área de 12,374.268 Km2 y una longitud de 360 Kms. Cuyo cuadro que se presenta en el punto de control "F" donde se calculó el caudal máximo total para diferentes períodos de retorno mediante el estudio Hidrológico propuesto.

Cuadro Nº 01

Cuadro Nº 2. RESUMEN DE LAS CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS SEGÚN ESTUDIO HIDROLOGICO.

CALCULO DEL TIRANTE, VELOCIDAD Y OTRAS CARACTERÍSTICAS HIDRAÚLICAS, SEGÚN ESTUDIO HIDROLÓGICO.

El caudal Máximo en el mismo punto de control tomado por medida de los tirantes del río Huallaga, Estación Tingo María durante un período de 10 años de registro por la Institución de SENAMHI se presenta en el cuadro.

Cuadro Nº 3. CAUDALES TOMADOS EN EL PUNTO DE CONTROL "F" SEGÚN SENAMHI-ESTACION TINGO MARIA.

FUENTE: SENAMHI

• Datos completados

• AJUSTE DE LOS DATOS DE CAUDALES MAXIMOS MEDIANTE LOS TIPOS DE DISTRIBUCION DE LA ESTACION TINGO MARIA (RUPA RUPA)

Cuadro No 4. Caudales máximos por tipo de distribución en periodo de retorno 100 años

Se establece que el Análisis de Distribución que presenta mejor ajuste es: PEARSON TIPO III.

Es necesario recordar el tipo de Distribución que presenta en el cuadro Nº 4-A, ya se encuentra calculado en el cuadro No 4, es necesario hacer la diferencia entre el Tirante de caudales tomados en la estación de Tingo María (Puente Corpac) y las Generadas por medio del estudio Hidrológico que es 2593.63 m3/seg. para un período de retorno de 100 años.

Cuadro No 4-A

CALCULO DE LAS CARACTERISTICAS HIDRAULICAS POR DATOS DE SENAMHI ESTACION TINGO MARIA

ANALISIS DE AJUSTE DE DISTRIBUCIÓN MEDIANTE PEARSON

TIPO III

DE CAUDALES MÍNIMOS ESTACION TINGO MARIA.

Distribution Analysis: Pearson Type III

First Moment (mean) = 338.446

Second Moment = 9.763e03

Skew = 1.341e-01

*Para un período de retorno de 100 años se toma un caudal de 593.18 m3/seg.

Cálculo de las características hidráulicas para los Caudales mínimos en la Estación de Tingo María.

Cuadro Nº 5. RESUMEN DE LAS CARACTERISTICAS HIDRAULICAS DE LOS CAUDALES MINIMOS PUNTO DE CONTROL "G" TINGO MARIA.

SOCAVACIÓN GENERAL DEL CAUCE.

Es aquella que se produce a todo lo ancho del cauce cuando ocurre una crecida debido al efecto hidráulico de un estrechamiento de la sección; la degradación del fondo de cauce se detiene cuando se alcanza nuevas condiciones de equilibrio por disminución de la velocidad a causa del aumento de la sección transversal debido al proceso de erosión.

Para la determinación de la socavación general se empleará el criterio de Lischtva-Levediev.

La velocidad erosiva media que se requiere para degradar el fondo está dado por las siguientes expresiones:

Para el cálculo de la profundidad de la socavación en suelos homogéneos se usará las siguientes expresiones.

TABLA 01.COEFICIENTE DE CONTRACCIÓN

TABLA 02. VALORES DE "X" PARA SUELOS COHESIVOS Y NO COHESIVOS

TABLA 03.VALORES DEL COEFICIENTE b

SOCAVACIÓN AL BORDE DEL RIO HUALLAGA

El método que será expuesto se debe a K, F, Artamonov y permite estimar la profundidad de socavación al pie de la estructura. Esta erosión depende del gasto que teóricamente es interceptado por el margen, relacionando con el gasto total que escurre por el río, del talud que tiene los lados de la defensa y del ángulo que el eje longitudinal que la obra forma con la corriente. El tirante incrementado al pie de un estribo medido desde la superficie libre de la corriente, está dado por:

Características del material del lecho de cauce

El material que constituye el lecho del río es grava limosa mal graduada con 80% de bolonería tal como se determinó en el estudio de suelos elaborado por el Gobierno Regional de Huanuco (2006), por lo que, consideramos para el cálculo de la socavación un diámetro medio de 140 mm.

Cálculo de la socavación general en el cauce:

Asumimos ds = 1.97 m.

CAUDAL ADICIONAL A LA LONGITUD DE DEFENZA RIBEREÑA DEL MARGEN IZQUIERDA DEL RIO HUALLAGA.

• a) Longitud ha Incrementar de 1.00 Km.

• b) Del Tramo Km. 1+080 al Km. 2+080.

• c) Área del espacio adicional 175.90 km2.

• d) Longitud del río 1,000 metros.

• e) Perfil del río 0.009.

• f) Parámetros meteorológicos las mismas generadas en el punto del puente Corpac de Tingo María.

Generalidades

Se sabe que después del término del presente estudio se ha tenido que extender una longitud de 1,000 metros, aguas abajo a partir del punto obtenido en la ciudad de Tingo María, ubicado en el puente CORPAC, que se prolonga hasta el sector Monterrico (Castillo grande), por lo que es necesario tabular el caudal máximo con el objetivo de conocer la altitud de las construcciones para la defensa en los tramos indicados.

En el punto del Puente de Corpac ya se conocen los datos de caudales máximos para diferentes períodos de retorno, para su cálculo se utilizará la relación de caudales específicos, teniendo en cuenta el método de la proporcionalidad directa Área – Caudal máximo .

La relación de Áreas es: Ac/As, Donde Ac = Area conocida con información de Caudales máximos en m3/seg.

As= Área tabulado sin información de caudales en m3/seg.

As/Ac = 175.9/12,374.268 = 0.020

Los Caudales a los 3,000 metros aguas abajo= 0.020 Qe

Donde: Qe = Caudal máximo de la cuenca con información:

En el cuadro Nº 6, se indica los caudales máximos con diferentes períodos de Retorno en la progresiva Km.: 3+080 del margen izquierdo del río Huallaga, donde con el período de retorno de 100 años nos dará un caudal de 2,645.50 m3/seg.

Cuadro Nº 6. CUADRO DE GENERACION DE CAUDALES MAXIMOS 3,000 METROS AGUAS ABAJO DEL PUENTE CORPAC (TINGO MARIA)

RESUMEN DE LAS CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS SEGÚN ESTUDIO HIDROLOGICO EN LA PROGRESIVA KM. 0+000 (1,000 m. aguas Abajo del Puente Corpac-Tingo María).

Con el caudal máximo tabulado para un período de retorno de 100 años nos da un tirante de 5.48 metros, que servirá para el diseño del muro de la defensa ribereña margen derecha del río Huallaga desde la progresiva Km: 1+080 al KM: 2+080.

Cuadro No 29

* La profundidad de socavación se tomará los mismos resultados para el diseño en el punto de control "F" Puente Corpac – Prolongación Av. Jorge Chávez.

Conclusiones y recomendaciones

CONCLUSIONES

Con respecto a la Hidrología:

• De acuerdo a la recopilación de información hidrológica, para el diseño de las estructuras de protección de zonas agrícolas y urbanas tal es el caso de la Margen Izquierdo del Río Huallaga Sector Puente Corpac-Papayal, un evento máximo quedaría definido con una avenida de 100 años de tiempo de retorno. Otras avenidas de 5, 10 y 25 años analizadas, representan información importante para la determinación de las obras menores y toma de decisión del proyecto.

• La Cuenca Alta del río Huallaga para su mejor análisis, se demarcaron en seis (06) Áreas y/o Sub cuencas, cuyos puntos de controles de los caudales máximos son: A, B, C, D, E, F, donde sus resultados se presentan en los cuadros de anexos como cuadro Nº 1, Nº 2, Nº 3, Nº 4, Nº 5 y Nº 6 respectivamente.

Con respecto al análisis hidráulico:

• Las características Hidráulicas en máximas avenidas para un período de retorno de 100 años en el punto de control "G", del río Huallaga que se tomarán en cuenta son: ver cuadro Nº 6 de anexos.

• Tirante del río para la máxima avenida = 5.41 metros.

• Velocidad del flujo en máxima avenida = 4.06 metros

• Área Hidráulica = 639.31 M2.

• Perímetro Mojado = 128.93 metros.

• Radio Hidráulico = 4.96 metros.

• Energía Específica = 6.24 m-kg/kg.

• Nº de Froud = 0.56

• Las características Hidráulicas en mínimas caudales para un período de retorno de 100 años en el punto de control "G", del río Huallaga que se tomarán en cuenta son: ver cuadro Nº 5.

• Tirante del río para la mínima avenida = 1.70 metros.

• Velocidad del flujo en mínima avenida = 2.94 metros

• Área Hidráulica = 201.09 M2.

• Perímetro Mojado = 121.50 metros.

• Radio Hidráulico = 1.65 metros.

• Energía Específica = 2.14 m-kg/kg.

• Nº de Froud = 0.78

• La profundidad de Socavación para el tipo de suelo según datos del estudio de mecánica de suelos y el estudio hidrológico es de 1.97 metros.

Con respecto a la Topografía y Cartografía:

• La topografía recopilada y accesible en el sector, corresponde al canal central y algunas áreas de riberas del río, estas últimas, definidas mediante tramos de trocha carrozable Monterrico – Papayal con acceso al río, no obstante por ser limitación al momento de representar el alcance y extensión de una inundación, la información se complemento con el uso de la Carta Nacional 18 – N y 19 – N.

• En el sector analizado (Margen izquierda), actualmente no se encuentra catastrado por ser una zona de extensiones grandes (la parte agrícola). Específicamente este sector existen áreas no catastradas o no declaradas, los cuales se asume pero no interviene en el calculo de la llanura inundable.

Con respecto a los resultados:

• Con los tirantes obtenidos, la información topográfica y su complemento, se ha logrado realizar una aproximación del área inundable. Así, se tendrá para un evento de avenida de 100 años de tiempo de retorno (2,645.50 m3/seg.) un total de 3,000 Has. de los cuales 2,000 Has. están en el área de peligro y 800 Has. son directamente afectadas (inundación Directa), que podría ocurrir, por no contar con una protección ante la formación de pequeñas cochas e ingreso de nuevos brazos (situación actual).

• Para los eventos de 10 y 25 años se obtienen valores significativos de área inundable: 1700 Has y 2400 Has aproximadamente

RECOMENDACIONES

• El tirante del caudal máximo, fue tomado con los parámetros elementales que recomienda algunos autores como el coeficiente de rugosidad para la zona de la selva donde existen obstáculos en crecientes temporales, por lo que es necesario considerar y así tener presente que la altura de las estructuras de la defensa ribereña debe ser mayor a los 6.00 metros, ya que el caudal en su máxima avenida tiene un tirante de 5.41 metros.

• Que el criterio del calculista en el diseño de las estructuras de la defensa ribereña deberá considerar el redondeo mayor 6.00 metros con la finalidad de tener un margen de seguridad.

• Considerar para el diseño de las estructuras un caudal máximo calculado mediante el estudio hidrológico de 2,593.63 m3/seg hasta el puente Corpac (Tingo María) por ser mayor a los datos de SEMAMHI y según cálculo para la progresiva KM: 0+000 (1,000 metros aguas abajo del puente Corpac) nos da como resultado de 2,645.50 m3/seg. para un período de Retorno de 100 años.

• Los 1,000 metros adicionales, fueron calculados por métodos de relación Área-Caudal por lo que es necesario tomar en cuenta el incremento de la altura de las estructuras de la defensa ribereña a 5.48 metros, el diseño de la profundidad de socavación puede permanecer cuantitativamente el mismo calculado en el puente Corpac.

• Los cuadros que se mencionan en el presente se encuentran en el anexo.

Bibliografía

• MINAG – DRA. HUANUCO – PERPEC X, Expediente Técnico "Defensa Ribereña río Huallaga, Sector Santa Lucia – Los Milagros", 2007

• GOBIERNO REGIONAL DE HUANUCO. Expediente Técnico "Mejoramiento y Construcción de la Defensa Ribereña (Margen Derecho) del río Huallaga Desde Afilador , Brisas Y Tingo Maria", 2007

• PEAH. Expediente Técnico "Defensa Ribereña Puente Prado". 2003.

Autor:

Gustavo Campero Sánchez