Hidrologia Tingo Maria caudales sector supte San Jorge – Perú

• 1. Quebrada Chogas Supte San Jorge
• 2. Características generales del área del proyecto
• 3. Especificaciones tecnicas.
• 4. Amenaza
• 5. Vulnerabilidad
• 6. Conclusiones

RESUMEN HIDROLOGICO DE LA QUEBRADA CHOGAS SECTOR SUPTE SAN JORGE PROVINCIA DE LEONCIO PRADO DISTRITO DE RUPA RUPA

QUEBRADA CHOGAS SUPTE SAN JORGE

Fluye de dos afluentes de aguas que nacen de las vertientes (manante, puquial u ojo de agua), la primer vertiente se encuentra ubicado en las cordenadas 393740 este con 8972466 norte con una altitud de 640 m.s.n.m, la segunda vertiente se encuentra ubicado 393332 este con 8972371 norte con una altitud de 670 m.s.n.m, la longitud principal de la quebrada es de 2541 metros teniendo una cota de elevación mayor de 680 a una menor de 640 m.s.n.m. cuya pendiente es 1.57 % con desnivel de 40 metros, el área de influencia de la quebrada delimitada es de 1 '675882 m2 (167.59 ha) divido en tres sub áreas en la zona de bosques tiene una área de 159,926 m2 (15.99 ha) presentando una longitud del cauce 696 m de cota mayor de 640 a una menor 638 m.s.n.m. de pendiente 0.29% de suelo Arcilloso, la zona Terreno Cultivados posee un área de valor 1'118,490 m2 (111.84 ha), presenta una longitud del cauce de 1845 m de cota mayor de 680 a una menor 640 m.s.n.m. cuyo cauce pasa por el Sector Las Lagunas, Sector Agua Dulce, Sector Las Brisas, Sector Tulumayo, Sector Vellavista, Sector Bella Libre y Sector Al Fondo Hay Sitio posee una pendiente de 2.17% de suelo Arcilloso, la zona Urbana posee un área de valor 397,466 m2 (39.75 ha), la longitud del cauce es de 1,002 m cota mayor de 640 a una menor 636 m.s.n.m. posee una pendiente de 0.40% de suelo Franco Arcillo Limoso, el caudal mínimo por el método de flotador en el sector Tulumayo, Vellavista, Lagunitas es de 2.63 m3/s. y sector Al Fondo Hay Sitio y Bella Libre es de 7.65 m3/s. en los meses de junio a julio en toda la línea del cauce, el caudal máximo se obtuvo con un coeficiente de escorrentía de 0.47 y un tiempo de concentración de 40 minutos (método Kirpich) y con el empleo de las curvas IDF en un periodo de retorno de 25 años obteniendo una intensidad de 68 (mm/h) en un área total de 167.59 ha, con la aplicación del método racional se obtuvo un caudal máximo de 9.41 m3/s en las épocas de invierno, esta área fisiográficamente es baja lo cuales son planicies.

CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL ÁREA DEL PROYECTO

Ubicación:

El ámbito de trabajo se desarrolla en:

• Vías de Acceso

La vía principal de acceso para llegar a la zona de trabajo es la siguiente: carretera Tingo María – Supte San Jorge.

Tingo Maria – Supte San Jorge 1. Km. carretera afirmada

• Topografía y Relieve

En la zona de trabajo el terreno presenta una topografía con pendiente de 0.015% lo cual nos permitirá evacuar el exceso de agua por gravedad.

• Climatología

El ámbito tiene una temperatura medio anual de 24.5 grados centígrados, el que oscila entre muna temperatura máxima de 32 grados centígrados y una temperatura mínima de 17 grados centígrados.

En la zona de trabajo el clima es cálido en las mañanas y las noches.

Respecto a la precipitación el promedio anual de 3200 Mm./año , la humedad relativa promedio anual de 87% datos de la estación meteorológica ( Abelardo Quiñones ) Tingo María.

ANALISIS DE RIESGO

Sabiendo que la fórmula para hallar el riesgo es la siguiente:

Riesgo = amenaza (vulnerabilidad (0 – 1) * cantidad

ESPECIFICACIONES TECNICAS.

• Datos generales:

• A (área de la cuenca) = 830 Ha (Arc View).

• L (longitud del cauce) = 108 m.

• S (pendiente del cauce)= 0.02 m/m

• Tiempo de concentración.

El Tiempo de Concentración se compone de dos sumandos:

El Tiempo de escorrentía.- Que es el tiempo que invierte la última gota de la primera lámina de lluvia caída que provoca escorrentía, en recorrer el terreno e introducirse en un imbornal de la red de drenaje urbano.

El Tiempo de recorrido: que es el tiempo que emplea la anterior gota de agua en desplazarse desde el mencionado imbornal hasta la sección de red de drenaje urbano considerada.

(California Culverts Practice 1942)

TC = 0.01(L3/H ) 0.385

TC = 4.45MINUTOS

(Giandiotti 1990)

TC = (4 A0.5 + 1.5 L) / 25.3 (L S) 0.5

TC =5.5 MINUTOS

Tc: tiempo de concentración, en horas.

A: área de la cuenca, en kilómetros cuadrados.

L: longitud del cauce principal, en kilómetros.

So: diferencia de cotas entre puntos extremos de la corriente sobre L, en m/m.

La duración de la lluvia se toma generalmente igual al tiempo de concentración de la cuenca, pues cuando ésta alcanza esta duración toda el área de la cuenca está aportando al proceso de escorrentía.

Se saca un promedio de los dos tiempos de concentración (Tc) que da como resultado

Tc = 4.975 minutos

• Determinación de la intensidad máxima ( I máx )

Los años de registro utilizados fueron de 14 años, tomando solo las precipitaciones mayores de cada año, la cual se produjo la mayor precipitación en 1993 (187.76 mm)

Precipitación máxima en 24 horas Estación Tingo Maria

Fuente: Estación Meteorológica José Abelardo Quiñones – Tingo Maria

Intensidad máxima (I máx) para un periodo de retorno de 10 años (Fórmula citada por Vásquez – 2000)

IMAX = PTr / 24

Donde:

P = precipitación máxima

Tr = Tiempo de retorno (10 años)

IMAX = (187.60)*(10) / 24 = 78.1666 mm/hr

Tabla de valores para el coeficiente de escorrentía

Puede tener los siguientes valores:

Según la tabla citada, el coeficiente a utilizar para una zona sin vegetación con un suelo arcillo se encuentra en un rango de 0.20 a 0.80; tomando en consideración el relieve del suelo opto por un coeficiente de escorrentía de 0.30.

AMENAZA

Se procedió a realizar los cálculos por diferentes métodos empíricos y directos de los cuales se obtuvo el siguiente cuadro:

También se descartó los métodos que estaban solo en función del área ya que utilizan constantes obtenidas de máximas crecientes ocurridas en el mundo, dando valores de Q demasiado elevados.

Se optó por utilizar el método de Mac Math ya que nos arroja datos con tiempo de retorno para diseños de defensa ribereña y el resultado del Q se aproxima a las secciones medidas en campo.

Cálculo De Las Máximas Avenidas según Mac Math

Fórmula:

Q = 0.0091 C I A4/5 S1/5

Datos:

C = 0.20

A = 830

I= 78.166

S = 0.02

Q = 6.416 m3/seg.

Este caudal representa un valor para una frecuencia de cada diez años aproximadamente, luego por consideraciones de diseño éste se recomienda incrementarlo en un 80% más (Terán A., R. 1998)

Q =6.416 m3/seg. para un periodo de retorno de 10 años

Amenaza = 0.8

VULNERABILIDAD

Ya que nuestro problema no es inundación, sino mas bien erosión por parte de las máximas crecidas de la quebrada Chogas se optó por medir las tensiones tanto del material erosivo como del material a erosionar para luego comparar e identificar numéricamente si existe o no erosión y en que magnitud, aunque esta identificación en campo ya es evidente.

Cálculo de la Tensión cortante

Fórmula:

t o = γa * R * S

γa = 1.0 Ton/m3 = 1000 kg/m3

R = 0.4855m

S = 0.02

t o = 1000 * 0.4855 * 0.02

t o =9.71 Kg./m2

Cálculo de la Tensión critica

Fórmula:

t cri = K (γs – ?a) D50

K = 0.046

γs = 2.4 Ton/m3 = 2400 Kg./m3

γa = 1.0 Ton/m3 = 1000 Kg./m3

D50 = 2.0 mm (suelo arcilloso) =0.002 m

t cri = 0.046 (2400 – 1000) 0.002

t cri = 0.1288 Kg./m2

Balance entre tensión cortante y tensión tractiva

9.71 Kg./m2 > 0.1288kg/m2

t o > t cri

Los taludes del la quebrada chogas en el área de estudio son vulnerables a la erosión, ya que la tensión cortante supera en gran medida a la tensión critica, a pesar que no se consideró el peso específico del agua pura sin sedimentos, otorgándole por lo tanto un valor de vulnerabilidad = 1.0

RIESGO

Para obtener el valor del riesgo en valor de precio (Nuevos soles), es necesario identificar las pérdidas económicas que causaría la vulnerabilidad, en este caso nos referimos a la perdida de una parte del terreno y también a la construcción de la vivienda que se encuentra en la parte alta y esta próxima a la quebrada y que seria afectada. Estas perdidas se estimo obteniendo el costo de la construcción de la vivienda y el costo del terreno.

Considerando que la pérdida de 431.09 m3 de terreno se produjo debido a las crecientes que se dan en la época de invierno y esto a afectado al área durante barios años por la cual los taludes han sido yendo erosionados, y teniendo en cuenta que el proyecto tiene un tiempo de vida útil de 10 años se tiene lo siguiente:

S/. 22.45 x 10 = S/. 224.5

Riesgo = 0.8 * 1 * S/.224.5 = S/.179.6

PROPUESTA DE SOLUCIÓN

Para el control inmediato de las máximas avenidas de la quebrada Chogas se propone la limpieza del cauce de forma manual, haciendo un aproximado de 431.09 m2, de zonas críticas haciendo un total de108 ml, y arrimado del material retirado en la limpieza del cauce en las zonas erosionadas.

Para una solución a largo plazo se propone la instalación de plantones la defensa de los taludes ha sido reforestada Con las especies de Pithecellobium longifolium (Bucshilla), Vetiveria zizanioides (vetiveria) ,también se uso bambú para la parte baja de los taludes, y en la parte alta Prunus amígdalas var. Amara(almendro) , planta de palmera (aguje)

Forestación

Los trabajos de reforestación se realizarán utilizando plantones de Bucchilla, vetiveria, almendro, aguje de no menor de 50 cm. De alto.

Con las especies de Pithecellobium longifolium (Bucshilla) plantado con un total 44 plantones las cuales se ubicaron en la parte media del talud. Vetiveria zizanioides (vetiveria) plantado un total de 100, también se uso bambú para la parte baja de los taludes con un total de 36 plantones, y en la parte alta Prunus amígdalas var. Amara (almendro) plantando un total de 44 plantones además de algunas especies mas como 10 planta de palmera (aguje) obteniendo un total de 234 plantas. Todo el sistema de plantación se realizo a tres bolillos ya que el área afectada es los taludes y es en pendiente los distanciamientos son de planta a planta en la parte baja es de 6m y de fila a fila 5m en la parte media igualmente en la parte el distanciamiento de planta a planta es de 5m.. Los hoyos donde se introducirán los plantones serán de 0.40 x 0.40.

En la instalación de los plantones se utilizará 02 Kg. de Humus por plantón, este será combinado con igual cantidad de tierra común y luego introducido en el hoyo.

Cálculo de la sección típica suficiente para el transporte de la máxima avenida, teniendo en cuenta el ancho de la quebrada Chogas se procedió a calcular la sección capas de transportar un caudal de 6.0567 m3/seg. Esto se logró haciendo uso del software "HCanales", al cual se le dio talud 1, rugosidad de 0.03 para corrientes naturales y una pendiente de 0.02 obtenida del perfil longitudinal.

Esta sección servirá como plantilla para la limpieza del cauce de la quebrada Chogas

Para el análisis de la amenaza, existen muchos métodos para calcular las avenidas máximas de una quebrada, pero los resultados obtenidos arrojan valores muy variables, esto se debe a que estas fórmulas están en función de variables como coeficientes de escorrentía y pendientes del área de drenaje, variables de poca confiabilidad ya que el área de drenaje tiene superficies poco homogéneas tanto en cobertura y topografía.

Para el diseño de obras para la defensa ribereña propuesta , limpiezas de cauce que pueden estar diseñados considerando tiempo de retorno de 10 años, pero esta efectividad dependerá mucho del mantenimiento que se le de ya que factores como deforestación a gran escala de la cuenca podrían ocasionar que estos diseños no resistan o duren lo previsto.

Para el cálculo de las tensiones tanto del suelo como del agua, en los caso de identificar erosión, la fórmula debería indicar que el peso específico del agua debe ser considerando que cuanto más partículas sólidas contenga el agua, mayor será su peso específico, por lo tanto la tensión del agua y la probabilidad de existencia de erosión también serán mayores.

Los costos de una obra de defensa ribereña podrían variar de manera significativa no solo en los precios, sino también en el metrado, ya que la morfología de la quebrada esta en constante cambio, estos metrados podrían cambiar en cuestión de tiempo, dependiendo mucho de la dinámica de la quebrada

La quebrada Chogas posee un caudal máximo de 6.0567 m3/seg. con un tiempo de retorno de 10 años, capaz de erosionar los taludes que son vulnerables.

El suelo del sector estudiado es vulnerable a la erosión por parte de la quebrada Chogas ya que la tensión cortante es mayor a la tención crítica.

En el análisis del las tensiones criticas y cortantes, el valor del peso específico del agua y del suelo son determinantes para el diseño de las obras ya que de estas fórmulas dependerá para utilizar en la defensa ribereñas.

Los costos de inversión que demanda la construcción de defensas ribereñas para la protección de la vivienda y el terreno se justifican.

En el diseño para la defensa ribereña se recomienda siempre considerar ambas márgenes de la quebrada, ya que una estructura construida en una margen influirá en el comportamiento de la quebrada con respecto a la otra margen. Casos de inundaciones y erosión como los ocurridos en el sector de Naranjillo y Shapajilla, son producto de un mal diseño de estas estructuras en las que solo se considero proteger la ribera de enfrente, dejando vulnerable estos sectores poniendo en riesgo la pérdida de estructuras mucho más valiosas que las protegidas en la otra margen.

Para un mejor análisis de la tensión critica y cortante se recomienda hacer un estudio profundo de arrastre de sedimentos, tomando muestras del agua en las mayores crecientes de la quebrada Chogas, hallando así un peso específico real del agua.

Para un mejor análisis hidrológico se recomienda realizar un monitoreo del comportamiento del cuerpo de agua por un periodo mínimo de un año, para obtener datos de tirantes, caudales y otros datos de gran importancia para los diseños de las estructuras.

RIESGOS:

El riesgo principal es el de perder su producción cada agricultor en su respectiva chacra, también el de sus tierras y la fertilidad de estas.

RIESGO EN EL PLATANAL = 0.75 * 22500*0.50 = S/.8437.5

RIESGO EN EL CACAOTAL =0.50 * 70000 * 0.50 =S/.17500.0

RIESGO DE CASAS Y CARRETERAS = 0.625 * 1500 *0.5 = S/.468.75

RIESGO TOTAL S/.26406.25

CAPACIDADES:

Los pobladores no están capacitados para enfrentar las amenazas del desborde, solamente lo esperan sin tratar de hacer algo mas que sacar piedras.

MITIGACION:

En primera instancia es el de ampliar el cauce y realizar defensas ribereñas a los costados de la quebrada.

2.- Propuestas preliminares y análisis técnico de las estructuras en riesgo.

No cuentan con estructuras hidráulicas existentes ya que las dos familias afectadas no cuentan con los recursos económicos suficientes o necesarios para poder elaborarlos, y la disponibilidad de tiempo, y/o conocimientos.

Para evitar los desbordes, solamente sacan los niños las piedras, y hojarasca acumulada manualmente haciéndole mas profundo al cauce de la quebrada.

El fenómeno que se presenta es el desborde de la quebrada en la época de invierno que es desde octubre hasta principios de marzo.

CALCULOS:

Para hallar la intensidad máxima para un periodo de retorno de 10 años con las precipitaciones dadas son:

Halando el caudal por el método del flotador:

Las dimensiones del canal son en promedio:

Altura : 0.20m

Tirante : 0.09m

Base : 1.60m

Área del canal : 0.32m2

Velocidad de flujo : 0.27m/seg.

Pendiente : 0.03m/m

Caudal normal : 0.03m3/seg.

El caudal mínimo con el que la quebrada Zevallos se desborda es de 0.08m3/seg., por lo que es necesario realizar el cálculo del caudal pico con intensidades, ya que por método directo no se puede realizar.

Hallado el caudal:

Método racional:

El coeficiente a utilizar es de 0.40 por estar en una zona de cultivo

El área es 179.743ha.

La intensidad se tiene los datos obtenidos:

Promedio del Método Racional : 10.04 m3/seg.

Por Manning:

Q = A R 2/3S1/2 = 3.31m3/seg.

n

Formula de Mac Math

Q = 10-3*C*P*A0.58I0.42

Promedio de Mac Math : 0.091m3/seg.

Formula de Mac con influencia de Pr

Q = 0.0091CIA4/5S1/2

Promedio de Mach con influencia de Pr : 6.267m3/seg.

Obteniendo un caudal de:

Método racional : 10.04 m3/seg.

Manning : 3.31m3/seg.

Mach Math : 0.091m3/seg.

Mach con influencia de Pr : 6.267m3/seg.

Pero solo se utilizaran los datos del método racional y de Mach con influencia de Pr., promediándolo se obtiene 8.1535m3/seg.

Llevando los datos obtenidos al programa Hcanales se obtiene los siguientes datos: