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: