Estudio hidrológico provincia de Leoncio Prado. Rio Huallaga (página 2)

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.

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)

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.

Ecuaciones para el cálculo de ejes hidráulicos

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

Procedimiento de cálculo

Tiempo de Concentración

Aplicando las diferentes formulas empíricas para la estimación del tiempo de concentración del área de drenaje en base a los siguientes datos de morfología de la cuenca, tenemos:

S = 0.0035m/m = 0.35 %

H = 4400 m – 662m = 3,738msnm.

L = 415km = 415,000 m

A = 11,865.6 km2 = 1"183,561 Ha

Donde:

S = Pendiente de la cuenca.

H = Diferencia de elevación entre los puntos extremos del cauce principal

L = Longitud del cauce principal

A = Área de la cuenca en estudio

• Formula de KIRPICH

• Formula de Témez (1978)

• Formula de California Culverts Practice (1942)

• Formula de Giandiotti (1990)

• Formula australiana

Ya obtenidos los diferentes valores de Tiempos de concentración, se prosigue a tomar los promedios de los tiempos mas próximos entre ellos (formula de KIRPICH, fórmula Temez), llegando a un promedio de Tiempo de concentración de 37.88hr, tiempo que tarda en llegar la ultima gota desde el inicio de río Huallaga hasta la zona de estudio.

Ahora estimaremos una intensidad futura con el método de Gumbel.

Cuadro 4: Intensidades por el método de Gumbel

Según las curvas I-D-F la intensidad máxima para un periodo de retorno de T = 50años es de 0.25 mm/H

Determinando el Qmax por diferentes métodos

Cuadro 5: coeficiente C.

Métodos Empíricos

Se recomienda el uso de fórmulas empíricas sólo en el caso de que no sea posible hacer cualquier otra estimación por alguno de los métodos aquí descritos.

Método de Mac Math

Formula de Manning stickler

b = 86m

Z = 1

S = 0.0035

Y = 2.10m

Teniendo en consideración la formula de Manning Strickler (1)

Remplazando valores

El caudal máximo instantáneo representa un valor para la frecuencia de 10 años aproximándome, luego por consideraciones de diseño este se recomienda incremento en un 80% más.

Fórmula de Burkli – Ziegler

Fórmula de Kresnik

Método directo: Método del Flotador

Cuadro Nº 6

Tirante de Máxima avenida y Altura de Encauzamiento

Aquí se tiene en consideración la avenida de diseño del proyecto, la pendiente promedio de la zona del proyecto, el coeficiente de Rugosidad de Manning y la sección estable del río.

Sea determinara el tirante máximo según la relación.

La altura que tendrá el enrocado de encauzamiento será igual al tirante máximo, mas un borde libre que se aproxime a la altura de la inercia o energía de la velocidad o carga de la misma, multiplicado por un coeficiente que esta en función de la máxima descarga y pendiente del río.

También se puede calcula teniendo en consideración el perfil normal, el mismo que permite el escurrimiento de la aguas y transporte de acarreos.

Profundidad De Socavación

El método a utilizar es el de L.L . List van Lebediev, es el que mas se ajusta a los trabajos ejecutados en causes naturales.

Es necesario evaluar la erosión máxima esperado en una sección calculada para un caudal de diseño o máxima descarga.

• a) Suelos Cohesivos

• b) Suelos no cohesivos aplicando la Ecuación pertinente se tiene:

EJE DEL RIO HUALLAGA SECTOR VILLA CARIÑO DEL RIO

Fuente: Equipo técnico MPLP

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

*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.

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.

COEFICIENTE DE CONTRACCIÓN

VALORES DE "X" PARA SUELOS COHESIVOS Y NO COHESIVOS

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:

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.

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, 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 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.

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

Topografía plana, inundable en épocas de crecidas del río Huallaga.

Caudales de diseño

Entre los meses de Setiembre a Abril, se observa los desbordes laterales de las aguas de río Huallaga producto de las fuertes precipitaciones pluviales que sobrepasan los 4 000 mm (SENAMHI), las mismas que incrementan el caudal llegando a 4 806.67 m3/seg (SENAMHI), está creciente afecta temporalmente a los terrenos ocupados por las viviendas ubicadas a menos de 7 m. de la ribera, penetrando hasta 400 m de su cauce normal, el mismo que se extiende por más de 2 Km hasta la zona conocida como Potokar. Generalmente el desborde de las aguas del río se inicia en el recodo formado cerca de las viviendas de la comunidad nativa Sunibiri, para luego desbordarse de forma paulatina hacia los terrenos próximos, los mismos que al carecer de sistemas protección se ven afectados en su infraestructura.

SECCIONAMIENTO DE RÍO HUALLAGA

El gráfico realizado en el programa del Hec Ras de la avenida tomada el día 28 de Febrero en el río Huallaga, indica que el río que se encontraba a una altura de 664m.s.n.m sobrepasa el 1.95m del flujo base tomada en tiempo de estiaje, esta avenida no llega a inundar la margen derecha donde se encuentra el Comité 14 de AA.HH Brisas del Huallaga porque existe una defensa ribereña de 2.66m de altura tomada desde el flujo base del tiempo de estiaje , faltando para que sobrepase a la margen derecha 0.71m.

El caudal encontrado el día 28 de Febrero del 2006 fue de 2286.95m3/s y con esta máxima avenida encontrada el río Huallaga volvió Amenazar al AA. HH Brisas del Huallaga.

El gráfico realizado en el programa del Hec Ras de la avenida tomada el día 28 de Febrero en el río Huallaga, indica que el río que se encontraba a una altura de 664m.s.n.m sobrepasa el 1.83m del flujo base tomada en tiempo de estiaje, esta avenida no llega a inundar la margen derecha donde se encuentra el Comité 14 de AA.HH Brisas del Huallaga porque existe una defensa ribereña de .3.00m de altura tomada desde el flujo base del tiempo de estiaje , faltando para que sobrepase a la margen derecha 1.17 m.

El gráfico 3 realizado en el programa del Hec Ras de la avenida tomada el día 28 de Febrero en el río Huallaga, indica que el río que se encontraba a una altura de 664m.s.n.m sobrepasa el 1.45m del flujo base tomada en tiempo de estiaje, esta avenida no llega a inundar la margen derecha donde se encuentra el Comité 11 de AA.HH Brisas del Huallaga porque existe una defensa ribereña de .2.65m de altura tomada desde el flujo base del tiempo de estiaje , faltando para que sobrepase a la margen derecha 1.20 m

El gráfico 4 de la sección 4 realizado en el programa del Hec Ras de la avenida tomada el día 28 de Febrero en el río Huallaga, indica que el río que se encontraba a una altura de 664m.s.n.m sobrepasa el 0.60m del flujo base tomada en tiempo de estiaje, esta avenida no llega a inundar la margen derecha donde se encuentra el Comité 11 de AA.HH Brisas del Huallaga porque existe una defensa ribereña de .3.07m de altura tomada desde el flujo base del tiempo de estiaje , faltando para que sobrepase a la margen derecha 1.24m

Puesto que se trata de analizar una área de drenaje de gran tamaño (12,239.4 km2), según la delimitación hecha desde la cabecera de la cuenca en el Departamento de Cerro de Pasco hasta la ciudad de Tingo Maria (ver plano DELIMITACION DEL AREA DE DRENAJE PASCO – TINGO MARIA); el registro de caudales de una serie de años es poco accesible. Por lo que la amenaza se analizará de la siguiente manera

Debido a la poca accesibilidad a los datos meteorológicos de toda la cuenca, se tomó en consideración solamente los datos de la estación meteorológica José Abelardo Quiñones – Tingo Maria.

Cuadro 1: Registro de intensidades

Gráfico 02: Curvas I – D – F de los años 1983 -1992.

Tiempo de Concentración

Aplicando las diferentes formulas empíricas para la estimación del tiempo de concentración del área de drenaje en base a los siguientes datos de morfología de la cuenca, tenemos:

Formula de KIRPICH

Formula de Témez (1978)

Formula de California Culverts Practice (1942)

Formula de Giandiotti (1990)

Formula australiana

Considerando sólo los valores mas próximos (fórmula de KIRPICH, fórmula de Témez y fórmula de Giandiotti), se obtiene un Tc promedio para el área de drenaje de 28.01Hr.; dato que se usará para calcular el caudal máximo.

Aplicando la distribución de Gumbel para estimar una intensidad futura se tiene

Cuadro de intensidades máximas estimadas con la distribución de Gumbel:

Intensidades por el método de Gumbel

Fuente: Elaboración propia

Según las curvas I-D-F la intensidad máxima para un periodo de retorno de T = 100 años es de 0.51 mm/H

Cuadro ponderación del coeficiente C

Métodos Empíricos

Se recomienda el uso de fórmulas empíricas sólo en el caso de que no sea posible hacer cualquier otra estimación por alguno de los métodos aquí descritos.

Método de Mac Math

Formula de Manning strickler

Este criterio se aplicará a la máxima área hidráulica registrada en la sección 02: Puente Corpac el día 28/02/06:

Fórmula de Burkli – Ziegler

Fórmula de Kresnik

Método directo: Método del Flotador.

Cuadro 05: Datos registrados de la sección 07: Puente Corpac el día 28/02/06.

Pero este último método condiciona que el valor representa un periodo de retorno de 10 años aproximadamente, lo que guarda cierta relación con el testimonio de los pobladores quienes afirman que en el año 1997 (T =9 años) se presentó un evento similar. Sin embrago no se tienen datos de ese evento y para propósitos del trabajo se toma un T= 10 años.

Dato que se usará para los cálculos de la vulnerabilidad, riesgo y diseño.

Análisis de la vulnerabilidad

Según el modelo de simulación hidrológico HEC RAS, el nivel de aguas alcanzado por un flujo de 2600 m³/s, se muestra en la secuencia de imágenes siguiente:

Sección 1 – 1, Jr. julio Burga.

Sección 2 – 2, Jr. Aucayacu.

Sección 3 – 3, Jr. Chiclayo.

Sección 4 – 4, Jr. Lamas.

Según el mismo modelo un caudal de 2600m³/s, en todas las secciones obtenidas del levantamiento topográfico, el nivel del agua rebasa por completo en una o ambas márgenes produciéndose una inundación total. Los datos de nivel de agua en las secciones se muestran en el siguiente cuadro:

Nivel de agua alcanzado

Tabla detallada de resultados de la sección 4 Jr. Lamas obtenido

Con HEC RAS

Cuadro resumen de las secciones, obtenido con HEC RAS.

Como muestran el cuadros y figuras; la sección obtenida por el levantamiento topográfico que se ve más afectada es la del Jr. Lamas; en donde la diferencia de niveles agua – terreno es de 2.76 m en la margen izquierda y ; seguido por las secciones 3, 2 y 1 respectivamente.

Por este motivo se prioriza que la medida de mitigación debe concentrarse en el tramo de la margen izquierda desde la sección 1 – 1 hasta la sección 4 – 4. Si se considera la totalidad del tramo en ambas márgenes, la medida de mitigación implicaría un costo económico, físico y social demasiado elevado que no podría financiarse por entidades locales.

Muro de concreto en la sección 1 – 1; soportando el Qd, modelado en HEC RAS.

Muro de concreto en la sección 2 – 2; soportando el Qd, modelado en HEC RAS.

Muro de concreto en la sección 3 – 3; soportando el Qd, modelado en HEC RAS.

Muro de concreto en la sección 4 – 4; soportando el Qd, modelado en HEC RAS.

CAUDAL MAXIMO RIO HUALLAGA 5,200 m3 / s

ANALISIS DE RIESGO

COMITÉ 11

El Comité 11 está conformado por 54 terrenos repartidos a sus propietarios en áreas iguales de 140 m2 cada uno.

Existe 17 casa construidos con material noble y con techo de calamina el resto es de madera machambrada y cañabrava, las cuales están valorizados deacuerdo al tipo de construcción.

Una amenaza de 50 años esto equivale a 0.5 , con una vulnerabilidad de 0.5 con las casas valorizadas de acuerdo al terreno y material de construcción, en este caso es de madera y material noble.

COMITÉ 11 y 14

Aquí considero la vulnerabilidad a 0.5 por ser de material noble con techo de concreto y con casas que tienen más de 8 columnas que serviría para reforzar sus casas y si se presentaría la a menaza solo inundaría la mitad de ella, provocando perdidas de materiales con que cuenta una casa.

Perdidas alcanzadas y valoradas aproximadamente comité 11, 12,14 = $ 194 861 dólares americanos, sin contar las 1800 familias de Brisas del Huallaga.

Análisis de Vulnerabilidad

Pude ser que este riesgo calculado $ 84 303.45 no sea un monto que cubra la necesidad de realizar una infraestructura de gran envergadura, como es el enrocado (defensa ribereña), pero si es de mucha importancia para los comuneros que con sacrificio lograron tener una casa ya sea cualquier material.

Cabe también resaltar que si no se realizaría la defensa ribereña, el río Huallaga con la velocidad que tiene poco a poco acabaría con la defensa que tiene sin enrocar , el cual no solo afectaría a los sectores 11,12,13,14 sino que este tomaría su antiguo curso, afectando el AA.HH. Brisas del Huallaga.

Cálculos de Caudales

(16 de NOVIEMBRE DEL 2011)