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