anexo_5_estudio_hidrologico

ESTUDIO HIDROLÓGICO

“PROYECTO RELLENO SANITARIO

EL EMPALME, MAULLÍN, X REGIÓN”

Sociedad Comercial Rexin Ltda.

Octubre, 2006

Estudio Hidrológico Sociedad Comercial Rexin Ltda

Pb-984-scr POCH AMBIENTAL S.A. 1 Octubre, 2006

Los contenidos que soporta el presente documento constituyen Propiedad Intelectual. Queda prohibida su reproducción total o parcial, por cualquier medio, en forma íntegra o extractada

Índice

1. Introducción .................................................................................................................. 2

1.1 Alcances: ................................................................................................................ 2

1.2 Objetivos: ............................................................................................................... 2

1.2.1 Objetivo General: ........................................................................................... 2

1.2.2 Objetivos Específicos: .................................................................................... 2

2. Metodología................................................................................................................... 3

3. Caracterización hidrológica regional.......................................................................... 3

4. Definición del Área de Influencia................................................................................ 4

5. Antecedentes Pluviométricos ....................................................................................... 5

5.1 Precipitaciones Medias ........................................................................................... 5

5.2. Precipitaciones Máximas........................................................................................ 9

6. Antecedentes cartográficos disponibles .................................................................... 13

6.1. Cartas IGM y otros a escala regional.................................................................... 13

6.2. Levantamiento topográfico................................................................................... 15

7. Caracterización de Cuencas Aportantes al Relleno ................................................ 16

7.1. Determinación de la cuenca aportante.................................................................. 16

7.2. Caracterización de la cuenca aportante ................................................................ 17

8. Antecedentes Fluviométricos ..................................................................................... 19

8.1. Hidrograma Unitario Sintético Tipo Linsley........................................................ 20

8.2 Hidrograma Unitario Sintético Tipo Gray............................................................ 25

9. Análisis de Riesgos de Inundación ............................................................................ 30

10. Resumen y Conclusiones............................................................................................ 31

ANEXOS ............................................................................................................................. 32




ESTUDIO HIDROLÓGICO

Área Proyecto Relleno Sanitario “El Empalme” Sociedad Comercial Rexin Ltda.

1. Introducción 1.1 Alcances:

El presente estudio hidrológico se enmarca dentro del proyecto de Relleno Sanitario “El Empalme”, de Sociedad Comercial Rexin Ltda. Ubicado en el sector “El Empalme” entre Ruta 5 Sur y camino a Calbuco, Provincia de Llanquihue, Décima Región de los Lagos. El proyecto de Relleno Sanitario viene a mejorar la calidad ambiental y manejo operacional de los residuos producidos en el funcionamiento de las empresas de la zona, principalmente industria láctea y pesquera. Con la información hidrológica reunida y procesada, se procederá a dimensionar y diseñar el proyecto de acuerdo a las condiciones del medio que sean presentadas en el presente y otros informes. En este sentido, el estudio hidrológico es una parte de la caracterización del medio donde se inserta el futuro Relleno Sanitario “El Empalme”. Dicho proyecto ingresará al Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental (SEIA) como un Estudio de Impacto Ambiental (EIA)

1.2 Objetivos:

1.2.1 Objetivo General:

Establecer las características hidrológicas del área donde se emplazará el “Relleno Sanitario El Empalme” de Sociedad Comercial Rexin Ltda., que sirva de base para el diseño de ingeniería y las consideraciones de seguridad y protección respecto a eventos de pluviosidad máxima según análisis estadístico a realizar con datos aportados por las estaciones de medición más cercanas al proyecto, ubicadas en Maullín y Puerto Montt.

1.2.2 Objetivos Específicos:

Reunir antecedentes pluviométricos de estaciones de monitoreo cercanas al área del proyecto a fin de caracterizar la pluviometría del lugar de emplazamiento, mediante análisis estadístico de los datos.




Reunir antecedentes fluviométricos de ríos cercanos al área y de como podría verse afectada la instalación del Relleno Sanitario. Revisar y analizar cartas IGM, antecedentes topográficos y otros mapas de la zona, para determinar las cuencas aportantes al área en donde se emplazará el proyecto. Realizar un análisis de crecidas para la cuenca determinada a través del análisis de antecedentes topográficos, con los datos de eventos pluviométricos aportados por DGA y analizados durante este informe. Finalmente, con todos los antecedentes reunidos, se realizó un análisis de riesgo de inundación para el proyecto, para de este modo asegurar la durabilidad del proyecto ante eventos establecidos de acuerdo a su frecuencia y duración.

2. Metodología La metodología empleada en la elaboración del presente estudio fue en una primera etapa, de recolección de antecedentes pluviométricos, fluviométricos y cartografía regional, además de la observación en terreno de la zona de emplazamiento del proyecto y los elementos que posiblemente alteren la cuenca donde se ubicará el Relleno Sanitario. En una segunda etapa se analizan dichos antecedentes mediante análisis estadístico y se procede a caracterizar hidrológicamente el área de emplazamiento del proyecto, de acuerdo con lo establecido en el “Manual de Cálculo de Crecidas y Caudales Mínimos en Cuencas sin Información Fluviométrica” de la Dirección General de Aguas (DGA) de 1995. Una vez obtenida la caracterización de la zona en cuestión, se procede a realizar análisis de riesgo en base a eventos de crecidas según diversos periodos de retorno, que se presentarán principalmente debido a eventos de pluviosidad, que en esta parte del país presenta una elevada tasa anual. 3. Caracterización hidrológica regional

La Décima Región posee un paisaje, producto del fuerte efecto erosivo de los glaciares y la alta pluviosidad, con presencia de numerosos ríos y lagos que abundan tanto en las zonas continentales como en las insulares.

Algunos de los mayores ríos y cuencas hidrográficas de esta región son la del río Valdivia (10.000 Km2 aprox.), del río Bueno (17.000 Km2 aprox.), del río Petrohué (2.700 Km2 aprox.), del río Puelo (9.000 Km2 aprox.), del río Yelcho (11.000 Km2 aprox.), del río Maullín (4.300 Km2 aprox.).




La última cuenca es donde se encuentra el proyecto, cuyo estero más cercano (sin nombre) alimenta al río Gómez y este al río Maullín, que desemboca finalmente en el océano Pacífico.

Los principales lagos presentes en el sistema hidrológico de la Décima Región son, de norte a sur, el Calafquén, Panguipulli, Riñihue, Ranco, Todos los Santos y Llanquihue, en este último lago es donde nace el río Maullín.

No se debe olvidar el sistema hidrológico de Chiloé, cuyos ríos más importantes suman una superficie de drenaje cercana a los 3.200 Km2.

En cuanto a la pluviosidad existen registros que sitúan la precipitación media para Puerto Montt, cercana a los 1.900 mm anuales, con una temperatura promedio aproximada a los 10,1º C, la Evapotranspiración potencial, medida para la zona de la capital regional, es cercana a los 700 mm al año. El clima presente en Puerto Montt corresponde al tipo templado lluvioso, que abarca desde Concepción (Región del Biobio) hasta Puerto Montt, por lo tanto, corresponde al clima de mayor presencia en la Región de los Lagos. 4. Definición del Área de Influencia El área de influencia del proyecto abarca principalmente el sector denominado El Empalme, entre Ruta 5 y camino a Calbuco, comuna de Maullín, siendo la cuenca donde se emplaza el proyecto, dividida políticamente en dos por la Ruta 5, quedando la parte sur en la comuna de Calbuco y la parte norte en Maullín. Lo anterior es un hecho no menor, ya que restringe el tamaño de cuenca, considerando además, la existencia de un camino de acceso desde Ruta 5, con acequias por ambos lados, lo que nuevamente afecta directamente al tamaño de la cuenca, disminuyéndola aún más. En el área del proyecto existen algunas viviendas particulares, habitada por personas que trabajan, en su mayoría, en empresas ubicadas en las cercanías del sector El Empalme. Otra característica relevante del sector es la poca pendiente que presenta el terreno, es una planicie tipo vega, que termina abruptamente al acercarse al cauce del Río Gómez, donde se registra una diferencia de cotas de alrededor de 26 metros.




5. Antecedentes Pluviométricos Los antecedentes pluviométricos fueron aportados por la Dirección General de Aguas (DGA) de la Décima Región de los Lagos (Anexo I). Las estaciones de monitoreo que aportan datos para el presente estudio corresponden a Maullín, con 20 años de mediciones, y Puerto Montt, Con 30 años de mediciones:

Tabla 1: Estaciones Pluviométricas más cercanas al proyecto

Estación Ubicación Política

Cuencas Influyentes

Coordenadas Altitud (m)

Geogr. 41o 37’ 00’’ (S) 73o 36’ 00’’ (W) 10417001-3 Maullín

Cuencas e islas R. Bueno - R.

Pue UTM (m)

5.391.755 (N) 616.644 (E) 5

Geogr. 41o 27’ 00’’ (S) 72o 55’ 00’’ (W) 10425001-7

Puerto Montt

Cuencas e islas R. Bueno - R.

Pue UTM (m)

5.409.111 (N) 674.027 (E) 20

Fuente: Departamento de Hidrología, Subdepto. de Meteorología y Nieve, D.G.A. Los datos aportados por las estaciones ya mencionadas, fueron analizados estadísticamente, a fin de obtener una cuantificación de las características de los mayores eventos y sus posibles efectos sobre el futuro Relleno Sanitario. 5.1 Precipitaciones Medias

Según el análisis realizado a los datos aportados por la DGA, se tienen las siguientes precipitaciones medias anuales por estación:

Tabla 2: Precipitaciones para las Estaciones Pluviométricas

Item Estación

Puerto Montt Estación Maullín

Precipitación media anual 1.916,6 1.758,1

Precipitación máxima registrada 2.598,0 2.402,3

Precipitación mínima registrada 1.279,4 1.334,2

Desviación estándar 329,9 310,8

Coeficiente de desviación 0,17 0,18




Para efectuar dicho análisis se revisaron los registros obtenidos, constatándose la existencia de años con información incompleta, por lo que se procedió a retirar del análisis de los datos de la estación Puerto Montt, los años 1976, 1978, 1982 y 2006, ya que sólo cuentan con 4, 11, 10 y 5 meses de datos respectivamente, quedando el tamaño muestreal reducido a 27 años de datos. Para el caso de Maullín se eliminaron los años 1986 y 2006 ya que cuentan sólo con 5 meses de datos, el resto de los años que tuviesen mediciones incompletas, fueron llenados mediante el método de los módulos pluviométricos, estableciendo a Puerto Montt como referente, considerando condiciones similares de altitud y pertenencia a la misma cuenca, y por la consistencia en la correlación de los datos observada en la curva de doble masa acumulada (R2 ≈ 1) de la figura 1, quedando de este modo el tamaño muestreal en 19 años de registro histórico.

Curva de Doble Masa Acumulada

R2 = 0,9981

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000

Precipitaciones Puerto Montt

Precipitaciones Maullín

Curva de doble masa acumulada Lineal (Curva de doble masa acumulada)

Figura 1: Curva de Doble Masa Acumulada Puerto Montt – Maullín

Así, el método de los módulos pluviométricos permite que estaciones que se encuentren en condiciones ambientales similares y relativamente cercanas, puedan apoyarse para completar datos faltantes dentro de los registros anuales que se tengan, a fin de no disminuir el tamaño muestreal de las mediciones. El método utiliza la siguiente expresión:

(1)

∑=

=n

1i i

i

x

x

M

P

n

1

M

P




Donde: Px : Precipitación estación rellenando Mx : Precipitación promedio anual estación rellenando, de años completos n : Número de estaciones cercanas Pi : Precipitación de la estación “i” disponible Mi : Precipitación promedio anual estación “i”, considerando mismos años que Mx Además, se analizó la existencia de tendencia que pudiere obtenerse de los datos y la consistencia entre ambas estaciones, mediante curvas de masa acumulada y gráfico de la situación año a año:

Curva de Masa Acumulada Puerto Montt

R2 = 0,997

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

19771981198519891993199720012005

Año

mm

Precipitaciones anuales Lineal (Precipitaciones anuales)

Figura 2: Curva de masa acumulada Puerto Montt




Curva de Masa Acumulada

R2 = 0,999

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

1987199019931996199920022005

Año

mm

curva de masa acumulada Lineal (curva de masa acumulada)

Figura 3: Curva de masa acumulada Maullín

En ambos gráficos se puede apreciar una misma tendencia del tipo lineal, lo que indicaría que a través de los años las mediciones mantienen el patrón de comportamiento. A continuación se presentan las situaciones de precipitación respecto al año donde se produce la medición, lo que indicaría si existe alguna tendencia o si son de carácter estable:

Precipitaciones Anuales Puerto Montt

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

1977 1981 1985 1989 1993 1997 2001 2005

Año

mm

Precipitaciones Anuales Lineal (Precipitaciones Anuales)

Figura 4: Precipitaciones anuales Puerto Montt




Precipitaciones Anuales Maullín

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

1987 1990 1993 1996 1999 2002 2005

Año

mm

Precipitaciones anuales Lineal (Precipitaciones anuales)

Figura 5: Precipitaciones anuales Maullín

En ambos gráficos, se aprecia un aumento de la dispersión hacia los últimos años, lo que generaría que la tendencia apreciada pudiese no ser la más correcta, lo destacable es la similitud entre los gráficos, lo que se demuestra con la correlación obtenida en la curva de doble masa acumulada. 5.2. Precipitaciones Máximas

En la determinación de las precipitaciones máximas para distintos periodos de retorno y distintas duraciones, se utilizó la metodología que contempla el “Manual de Cálculo de Crecidas y Caudales Mínimos en Cuencas sin Información Fluviométrica” (DGA, 1995). Esta metodología se realiza mediante la siguiente expresión, propuesta por Varas y Sánchez: (2) Donde: PtT : Precipitación para una duración “t”, con período de retorno “T” PD10 : Precipitación para una duración “D”, con período de retorno 10 años

CDt : Coeficiente de Duración, para una duración “t” CFT : Coeficiente de Frecuencia, para un período de retorno “T” Los coeficientes de duración asociados a Puerto Montt, son los correspondientes a Ensenada, según el manual de la DGA:

Tt10D

Tt CF CD P P =




Tabla 3: Coeficientes de duración para Ensenada

Duración (horas) 1 2 4 6 8 10 12 14 18 24 Coeficiente de Duración 0,166 0,233 0,349 0,468 0,543 0,610 0,676 0,735 0,861 1,000 Y los coeficientes de frecuencia utilizados para Puerto Montt son los dados para Petrohué (1 día) :

Tabla 4: Coeficientes de frecuencia para Petrohué

Período de Retorno (años) 2 5 20 50 100 Coeficiente de Frecuencia 0,719 0,893 1,099 1,215 1,312

Así, para la estación Puerto Montt se tiene, desde el dato de precipitación con duración 24 horas y período de retorno 10 años, obtenido del “Plano de Isoyetas del Estudio de Precipitaciones en 1, 2 y 3 días”, igual a 81,9 mm, el siguiente cuadro de precipitaciones calculadas:

Tabla 5: Precipitación según duración y período de retorno Puerto Montt

Período de retorno en años Duración en horas 2 5 10 20 50 100

1 9,8 mm 12,1 mm 13,6 mm 14,9 mm 16,5 mm 17,8 mm 2 13,7 mm 17,0 mm 19,1 mm 21,0 mm 23,2 mm 25,0 mm 4 20,6 mm 25,5 mm 28,6 mm 31,4 mm 34,7 mm 37,5 mm 6 27,6 mm 34,2 mm 38,3 mm 42,1 mm 46,6 mm 50,3 mm 8 32,0 mm 39,7 mm 44,5 mm 48,9 mm 54,0 mm 58,4 mm 10 35,9 mm 44,6 mm 50,0 mm 54,9 mm 60,7 mm 65,6 mm 12 39,8 mm 49,4 mm 55,4 mm 60,8 mm 67,3 mm 72,6 mm 14 43,3 mm 53,8 mm 60,2 mm 66,1 mm 73,1 mm 79,0 mm 18 50,7 mm 63,0 mm 70,5 mm 77,5 mm 85,7 mm 92,5 mm 24 58,9 mm 73,1 mm 81,9 mm 90,0 mm 99,5 mm 107,5 mm

Del cuadro anterior se puede determinar la curva Intensidad – Duración – Frecuencia:




Curva IDF Puerto Montt

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 4 8 12 16 20 24

Duración (hr)

Intensidad (mm/hr) 2 años

5 años

10 años

20 años

50 años

100 años

Figura 6: Curva IDF estación de Puerto Montt

En el gráfico anterior se puede apreciar como la intensidad de las precipitaciones decrece con la duración y como aumenta en conjunto con el período de retorno, dado que las curvas están dibujadas para cada período, siendo la superior la correspondiente a 100 años y la inferior a 2 años. Ahora, para el caso de la estación de Maullín, no se cuenta con el dato de precipitación máxima para un período de retorno de 10 años con 24 horas de duración, según el “Plano de Isoyetas del Estudio de Precipitaciones en 1, 2 y 3 días”, por lo que hubo que realizar un análisis de frecuencia para obtenerla. El análisis de frecuencia se realizó obteniendo las probabilidades de excedencia de las precipitaciones mediante la siguiente formulación:

(3)1 Donde: m : Orden de aparición del dato de precipitación, dentro del ordenamiento de mayor a

menor realizado previamente, con todos los datos disponibles N : Tamaño muestral.

1 Weibull, 1939.

1N

m

+




De lo anterior, se obtuvo el valor necesario para iniciar el análisis según manual DGA, citado en el presente estudio. Este valor, para una precipitación con duración de 24 horas y período de retorno de 10 años, es de 75,5 mm. Así se tendrá el siguiente cuadro de precipitaciones calculadas, para los mismos coeficientes de duración y de frecuencia utilizados en la estación Puerto Montt:

Tabla 6: Precipitación según duración y período de retorno Maullín

Período de retorno en años Duración en horas 2 5 10 20 50 100

1 9,0 mm 11,2 mm 12,5 mm 13,8 mm 15,2 mm 16,4 mm 2 12,6 mm 15,7 mm 17,6 mm 19,3 mm 21,4 mm 23,1 mm 4 18,9 mm 23,5 mm 26,3 mm 29,0 mm 32,0 mm 34,6 mm 6 25,4 mm 31,6 mm 35,3 mm 38,8 mm 42,9 mm 46,4 mm 8 29,5 mm 36,6 mm 41,0 mm 45,1 mm 49,8 mm 53,8 mm 10 33,1 mm 41,1 mm 46,1 mm 50,6 mm 55,9 mm 60,4 mm 12 36,7 mm 45,6 mm 51,0 mm 56,1 mm 62,0 mm 66,9 mm 14 39,9 mm 49,6 mm 55,5 mm 61,0 mm 67,4 mm 72,8 mm 18 46,7 mm 58,1 mm 65,0 mm 71,4 mm 78,9 mm 85,3 mm 24 54,3 mm 67,4 mm 75,5 mm 83,0 mm 91,7 mm 99,1 mm

De este cuadro se puede determinar las curvas Intensidad – Duración – Frecuencia:

Curva IDF Maullín

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 4 8 12 16 20 24

Duración (hr)

Intensidad (mm/hr) 2 años

5 años

10 años

20 años

50 años

100 años

Figura 7: Curva IDF estación de Maullín




Se puede apreciar el mismo comportamiento que para la estación de Puerto Montt, es decir, las precipitaciones disminuyen su intensidad a medida que crece la duración de los fenómenos y aumentan su volumen, a medida que aumentan los años del período de retorno. De ambos gráficos se puede determinar que las tormentas esperables para una duración y frecuencia dada, no son muy diferentes para ambas estaciones, por lo que se tomará como condición o tormenta de diseño la que presente la peor condición, en este caso es la estación de Puerto Montt, que además posee 10 años más de mediciones que la estación Maullín, lo que también hace el análisis estadístico más confiable. 6. Antecedentes cartográficos disponibles Dentro de los antecedentes cartográficos disponibles se puede contar con cartas y mapas elaborados por organismos militares y técnicos, así como también con los antecedentes topográficos aportados por Sociedad Comercial Rexin Ltda. 6.1. Cartas IGM y otros a escala regional

La zona en estudio se encuentra representada por el Instituto Geográfico Militar en su carta IGM “Trapén 4130-7300” esc. 1:50.000, desde donde extrae la siguiente imagen:




Figura 8: Ubicación de proyecto(IGM)

Fuente: Carta IGM “Trapén” 4130-7300. Esc 1:50.000

En el mapa se puede apreciar un cuadrado rojo, que marca la ubicación del proyecto. Específicamente al lado derecho del camino a “El Llolli”, en la comuna de Maullín, el camino rojo representa a la Ruta 5 Sur, y la línea segmentada blanca-roja corresponde al camino hacia Calbuco. También se puede apreciar al Río Gómez en la parte superior de la figura, el que escurre hacia el Oeste (Izquierda de la figura). La información que entrega la carta es principalmente que el predio se encuentra en una zona bastante plana (según simbología corresponde a una vega), entre los 71 y 76 metros sobre el nivel del mar (msnm), aunque el estero más cercano se ubicaría cerca de los 50 mnsm. Además, se cuenta con un mapa geológico, desarrollado por el Servicio Nacional de Geología y Minería (SERNAGEOMIN), donde se muestra el sector donde se emplaza el futuro relleno sanitario:




Figura 9: Ubicación de proyecto (SERNAGEOMIN)

Fuente: Mapa Geológico “Área Pargua – Calbuco” SERNAGEOMIN. Esc 1:100.000

Tal como en la figura 8, el cuadrado rojo marca el emplazamiento del proyecto. La Ruta 5 Sur está representada por una línea roja y los caminos hacia Calbuco y Maullín por una línea roja sin rellenar (con pavimento), y para “El Llolli” el camino se marca con una línea negra sin rellenar (sin pavimento, estabilizado). Los datos más relevantes que entrega el mapa geológico están dados por la marca hasta el lugar donde llegó la última glaciación (Glaciación Llanquihue), con una línea celeste desde el borde inferior hacia arriba, y que dejó un depósito del tipo Morrénico (pml1) y donde se ubica el proyecto no llegó dicha glaciación por lo que el tipo de suelo corresponde al tipo Glaciofluvial (plgf1).

6.2. Levantamiento topográfico

El plano del levantamiento topográfico del proyecto y del predio se encuentra adjunto en el Anexo II, donde destaca el carácter plano del lugar de emplazamiento y como existiría un desnivel en el frente del predio que lo protegería ante posibles escurrimiento superficiales desde el sur hacia el norte.




7. Caracterización de Cuencas Aportantes al Relleno En cuanto a la cuencas aportantes al futuro Relleno Sanitario cabe destacar que este se encuentra en una zona plana, dentro de la gran cuenca del río Maullín, que desagua al lago Llanquihue. En las inmediaciones del proyecto corre un estero sin nombre, que es el cuerpo de agua que recibe las escorrentías superficiales producto de la pluviosidad de la zona, asunto ya estudiado en el presente informe a través del análisis estadístico de los datos pluviométricos, y que es afluente del río Gómez que más tarde se une al río Maullín. Por eso y con la información recopilada a través de la inspección visual del predio, la carta IGM y topografía, se procede a determinar y caracterizar la cuenca donde se desarrollará el proyecto. 7.1. Determinación de la cuenca aportante

A través de la carta IGM y separando aguas entre los cursos superficiales que allí se muestran, se pudo realizar un trazado de la microcuenca considerando la presencia de la Ruta 5 Sur como elemento divisor de cuencas y el camino hacia “El Llolli”, con acequias a ambos costados, que también limita la cuenca, dejando una superficie bien determinada sobre la cual realizar la caracterización de parámetros morfométricos de esta. A continuación se presenta la microcuenca dibujada sobre plano obtenido de la carta IGM “Trapen” 4130-7300:




Figura 10: Determinación de cuenca en base a carta IGM

Fuente: Carta IGM “Trapén” 4130-7300. Considerando entonces la superficie demarcada como la cuenca a estudiar, se procede a caracterizarla. 7.2. Caracterización de la cuenca aportante

Para la caracterización de la cuenca se procede a determinar los parámetros morfométricos necesarios para la estimación de caudales máximos en período pluvial. (En esta micro cuenca no existe período nival). Así los parámetros son:




• Longitud del cauce principal (L) de la cuenca a lo alargo de su trayectoria

L = 0,921 km.

• Longitud desde el centro de gravedad hasta el punto de salida (Lg), siguiendo la trayectoria de una partícula imaginaria de agua desde el centro de gravedad hasta la salida de la cuenca

Lg = 1,146 km

• Desnivel máximo de la cuenca (H), es decir, la diferencia de cotas entre punto divisorio de aguas más alto de cuenca y la salida del cauce principal

H = 76 m – 50 m = 26 m.

• Pendiente media de la cuenca (S), obtenida a partir de la expresión de Mociornita:

(4)

donde: ∆h : Desnivel entre curvas de nivel adyacentes = 20 m A : Área aportante de la cuenca, en m2 = 1,331 km2 li : Longitud de la curva de nivel i, en m. n : Número total de curvas de nivel consideradas = 2 se tiene que la pendiente media de la cuenca es: S = 0,017

• Tiempo de Concentración (tc), se puede determinar utilizando diversos métodos con resultados muy dispares, en el presente estudio utilizaremos dos métodos.

El primero es el método usado en el manual de la DGA, manual en que se apoya el estudio:

(5)2

2 Fórmula del California Highways and Public Works (USA)

++= ∑2

l l

2

l

A

∆h S n

i0

0,3853

c H

L 0,95 t

=




esta expresión entrega un tiempo de concentración de: tc = 0,25 horas = 15 minutos tiempo considerado según las características de la cuenca como breve, ya que la zona es bastante plana, aunque no pequeña, largo total cuenca 2,022 km. El segundo método considera el tipo de cubierta y la pendiente media de la cuenca. Utiliza la siguiente expresión:

(6)3

donde: n : Condición de superficie, se considera empastada (carta IGM la identifica

como vega) = 0,4 este método entrega un tiempo de concentración de tc = 0,99 horas = 59,2 minutos

Tiempo considerado como más acorde a las características de la cuenca. Además representa la peor condición en cuanto a la cantidad de agua que llegará al estero sin nombre, por lo que será considerado como el tiempo a utilizar para los cálculos que restan realizar en el presente estudio.

Ahora, que ya fue analizada la pluviometría y las características de la cuenca, se procederá a estimar la fluviometría de la zona en estudio, principalmente del estero sin nombre que se encuentra en la inmediaciones del proyecto.

8. Antecedentes Fluviométricos En cuanto a antecedentes fluviométricos del estero más cercano al proyecto, no cuenta con información, por lo que se procederá a determinar sus caudales mediante la metodología planteada en “Manual de Cálculo de Crecidas y Caudales Mínimos en Cuencas sin Información Fluviométrica”.

3 Hathaway, 1945

( )0,234

0,467

c S

n L 0,606 t =




Este estero es afluente del Río Gómez que a su vez es afluente del Río Maullín, el que finalmente desemboca en el Océano Pacífico. El análisis de los caudales máximos se realizó utilizando los datos aportados por el análisis de los datos pluviométricos y caracterización morfométrica de la microcuenca donde se ubica el proyecto de Relleno Sanitario “El Empalme” de Sociedad Comercial Rexin Ltda. Los métodos empleados para determinar el caudal máximo del estero sin nombre corresponden a los de “Estimación de Hidrogramas de Crecidas” que están validados para cuencas pluviales o pluvio-nivales sin control fluviométrico ubicadas entre la Tercera Región de Atacama y la Décima Región de Los Lagos, dentro del Manual de la DGA y que son los siguientes: 8.1. Hidrograma Unitario Sintético Tipo Linsley

Este método se fundamenta en la determinación de los parámetros “tiempo al peak” (tp), “caudal peak” (qp) y “caudal base” (tb) del hidrograma unitario de la cuenca, es decir para una precipitación efectiva de duración igual a 0,18 veces el tp (tu = tp / 5,5) y magnitud igual a 1 mm. Los parámetros serán calculados de acuerdo a las expresiones que se tienen para la Zona III4, que comprende desde la VIIIª a la Xª región, dichas expresiones son:

(7) (8) (9) donde todos los parámetros son conocidos, por lo tanto: tp = 2,22 horas tb = 9,21 horas qp = 88,85 (lt/s/mm/km

2)

4 Expresiones semejantes a la zona II señalada por Benítez y Arteaga (1985)

(hr) S

LL 1,351 t

0,237

gp

⋅=

(hr) t5,428 t 0,717pb =

)m(lt/s/mm/k t172,775 q 2-0,835pp =




tu = 0,40 horas. y para determinar el hidrograma unitario se utilizan los datos anteriores en conjunto con el siguiente hidrograma unitario adimensional:

Tabla 7: Coeficientes de Distribución para el

Hidrograma Unitario Sintético

Razón t/tp Razón q/qp

0 0 0,30 0,2 0,50 0,4 0,60 0,6 0,75 0,8 1,00 1,0 1,30 0,8 1,50 0,6 1,80 0,4 2,30 0,2 2,70 0,1

Fuente: Tabla 3.43 Coeficientes de Distribución para el Hidrograma Unitario Sintético del “Manual de Cálculo de Crecidas y Caudales

Mínimos en Cuencas sin Información Fluviométrica. Considerando el tiempo de concentración (tc) de la cuenca como 0,99 hr ≅ 1 hr, se tiene entonces que se deben superponer 2 hidrogramas de tiempo unitario 0,4 hr desfasados en 0,5 hr, esta diferencia hace que se deba corregir el tu, verificando que el tu corregido cumpla las siguientes condiciones: 1º La correción de tu (tR), no debe superar el 50% de tu 2º Si el valor corregido queda dentro del siguiente intervalo, significa que Hidrograma unitario no se modifica: (10) 3º Si el valor corregido queda fuera del intervalo anterior, se modifica tp según: (11) de las cuales la primera se cumple, no así la segunda, por lo tanto se pasa a la tercera condición y se utiliza la expresión (11) para obtener el tiempo al peak corregido (tpR): tpR = 2,24 horas

10% t t 10% t uRu +<<−

( )uRppR tt 0,25 t t −+=




tR = 0,50 horas tbR = 9,68 horas qpR = 88,09 (lt/s/mm/km

2) Así, con estos valores corregidos se calcula el Hidrograma Unitario Sintético (HUS) cuyo volumen debe ser igual a 1mm, sino es así debe ser corregido según la proporción entre volúmenes para así cumplir la condición, tal como se muestra en la tabla 8:

Tabla 8: Hidrograma Unitario Sintético e Hidrograma

Unitario Sintético Corregido

t (horas) q (lt/s/mm/km2) qc (lt/s/mm/km2)

0 0 0 0,67 17,62 18,50 1,12 35,23 37,00 1,34 52,85 55,50 1,68 70,47 73,99 2,24 88,09 92,49 2,91 70,47 73,99 3,36 52,85 55,50 4,03 35,23 37,00 5,15 17,61 18,50 6,05 8,81 9,25 9,68 0 0

Volumen 0,95 1 Factor de Corrección 1,05

Una vez determinado y ajustado el HUS, se deben superponer dos de éstos, desfasados en 0,50 horas, y su resultado se multiplica por el Área de la cuenca y la Precipitación Efectiva (Pe). La Pe se obtiene a través del “Método de la Curva Número”, aparecido en el Manual de la DGA, y se basa en el cálculo de la Curva Número (CN), lo recomendable es utilizar el caso de la envolvente superior: (12) donde: LAT: Latitud del centro de gravedad de la cuenca = 41,58º

( )25ºLATlog 73,7 29,9 CN −⋅+=




Así, y considerando que el valor de CN para la curva envolvente no es recomendable que sea superior a 98, se tiene que: CN = 119 , por lo tanto, CN = 98 Con dicha curva se obtiene la retención potencial máxima (S) a través de:

(13) acomodando la expresión (13) y reemplazando el valor CN, se tiene: S = 5,18 mm De este modo, y conociendo ya la CN y la S, se procede finalmente a determinar la Pe, para ello se utiliza la siguiente ecuación:

(14) donde: P: Precipitación de la tormenta de diseño = P1

100 = 17,84 mm (para estación Puerto Montt) Pe = 12,84 mm Así el Hidrograma de Escorrentía Directa es el siguiente:

S 254

25.400 CN

+=

( )S0,8 P

S0,2 P P

2

e ⋅+⋅−

=




Tabla 9: Hidrograma de Escorrentía Directa Tipo Linsley

t (horas) qc superposición (lt/s/mm/km2)

Q (m3/s)

0 0 0 0,5 13 0,11 0,67 23 0,20 1,12 52,5 0,45 1,34 81 0,69 1,68 114,5 0,98 2,18 167 1,43 2,5 176 1,50 2,74 172 1,47 2,91 165 1,41 3,36 131,5 1,12 4,03 88,5 0,76 4,53 66 0,56 5,15 44,5 0,38 5,65 30 0,26 6,05 21,5 0,18 6,55 17 0,15 9,68 1,5 0,01 10,18 0 0

Caudal Máximo 1,50

Hidrograma de Escorrentía Directa

0,00

0,30

0,60

0,90

1,20

1,50

1,80

0 2 4 6 8 10

Tiempo (hr)

Caudal m3/s

Caudal

Figura 11: Hidrograma de Escorrentía Directa Tipo Linsley




Y el caudal máximo de escorrentía directa para una lluvia de una hora de duración y período de retorno 100 años es de 1,5 m3/s. 8.2 Hidrograma Unitario Sintético Tipo Gray

Esta metodología corresponde a la propuesta por Gray5, con campo de aplicación en cuencas sin control fluviométrico de régimen hidrológico pluvial o pluvio-nival entre la Tercera Región de Atacama y la Décima Región de Los Lagos. Este método supone que el HUS tiene forma de la distribución probabilística tipo Gamma, según lo indicado por Nash6, parametrizada por el tiempo al peak (tp) del hidrograma unitario que depende de las características morfométricas de la cuenca. La ecuación básica del HUS tipo Gray es:

(14) donde γ: Parámetro Para determinar el tp se utiliza la siguiente expresión:

(15) donde: L y S son parámetros morfométricos ya conocidos (Longitud del cauce principal y pendiente media de la cuenca, respectivamente) Entonces al resolver el sistema de ecuaciones formado por (14) y (15) se tiene que: 5 Bras R., 1990, “An Introduction to Hydrologic Science”, Addison-Wesley Publishing Company. 6 Chow V. T,. 1964, “Handbook of Applied Hydrology”, Mc.Graw Hill, Inc.

0,0139 t

2,6761

γ

t

p

p

+=

0,155p

S

L 24,48

γ

t

=




(16)

(17) y reemplazando los valores ya conocidos de los parámetros requeridos, las ecuaciones entregan: tp = 71,1 minutos = 1,18 horas γ = 3,67 tu = 1,18 / 5,5 = 0,21 horas por lo tanto, corresponde superponer 5 HUS, desfasados 0,24 hr. Como la diferencia entre ambos HUS es menor a ± 10%, se acepta el HUS de 0,24 hr. como igual al HUS de 0,22 hr. Ahora, durante esta etapa se procede a la determinación del HUS (0,22 hr), considerando la distribución del caudal como una distribución Gamma:

(18) donde: q : Parámetro adimensional = γ + 1 = 4,67 Γ(q): Función Gamma = (q-1)! = 24 (considerando q como entero) de este modo, se obtiene el siguiente HUS:

1 L

S2,94

192,5 t

0,155p

−

⋅

=

0,155

S

L0,34 1

2,68 γ

⋅−

=

( )qΓt

t e γ25

Q

1q

p

t

tγ-

q

t

t

p

p

−

⋅

=




Tabla 10: Hidrograma Unitario Sintético Tipo Gray

t / tp7 t Q t/tp

0 0,00 0,00 0,125 0,15 0,11 0,375 0,44 3,36 0,625 0,74 10,67 0,875 1,04 16,38 1,000 1,18 17,66 1,125 1,33 17,88 1,375 1,63 15,95 1,625 1,92 12,43 1,875 2,22 8,81 2,125 2,52 5,81 2,375 2,81 3,62 2,625 3,11 2,16 2,875 3,41 1,24 3,125 3,70 0,69 3,375 4,00 0,38 3,625 4,29 0,20 3,875 4,59 0,10 4,125 4,89 0,05

Y el Hidrograma de Escorrentía Directa (HED) una vez superpuesto los 5 HUS y multiplicados por el Área de la cuenca y la precipitación efectiva caída para cada HUS (Pe/5) es el siguiente:

7 Columna obtenida de la tabla 3.44 Hidrograma Adimensional Qt/tp para Diferentes Valores del Parámetro γ, del “Manual de Cálculo de Crecidas y Caudales Mínimos en Cuencas sin Información Fluviométrica” de la DGA, 1995.




Tabla 10: Hidrograma Escorrentía Directa Tipo Gray

t (horas) Q (m3/s) 0,00 0,00 0,15 0,00 0,24 0,04 0,39 0,09 0,48 0,16 0,63 0,34 0,72 0,51 0,92 0,91 1,22 1,57 1,40 1,97 1,70 2,42 1,85 2,49 2,11 2,38 2,29 2,13 2,59 1,65 3,00 1,01 3,29 0,66 3,89 0,23 4,24 0,13 5,01 0,03 5,37 0,01 5,55 0,01 5,85 0,00

Caudal Máximo 4,49




Hidrograma de Escorrentía Directa

0,00

0,30

0,60

0,90

1,20

1,50

1,80

2,10

2,40

2,70

0 1 2 3 4 5 6

Tiempo (hr)

Caudal (m3/s)

Caudal

Figura 12: Hidrograma de Escorrentía Directa Tipo Gray

Finalmente, el caudal máximo de escorrentía directa para una lluvia de una hora de duración y período de retorno 100 años es de 2,49 m3/s.




9. Análisis de Riesgos de Inundación Una vez realizados y revisados los antecedentes relativos a la pluviosidad y características morfométricas de la microcuenca, se logró una estimación de caudales mediante Hidrogramas Unitarios Sintéticos y análisis estadísticos de las precipitaciones relativos a su duración y frecuencia. Los resultados arrojan un mayor riesgo de inundación debido a la pluviosidad que a posibles desbordes del estero aledaño. Debido principalmente a las magnitudes de caudal estimadas y la topografía del lugar, ya que el estero tendría para un evento de precipitación con 100 años de período de retorno, un caudal máximo estimado de 2,49 m3/s escurriendo en un punto con diferencia de cota de 21 m, respecto del relleno sanitario. Además, el sector presenta poca pendiente en el lugar de ubicación del predio y está catalogado como vega en la Carta IGM “Trapén” 4130-7300, lo que señala que la posibilidad de inundación sería por eventos de alta pluviometría más que del desborde de cursos superficiales cercanos. Finalmente, la precipitación máxima esperable de duración 1 hora, con período de retorno 100 años será de 17,8 mm (ver tabla 5 del informe), que de acuerdo al tiempo de concentración y condiciones morfométricas, sería la tormenta elegida para el diseño del proyecto.




10. Resumen y Conclusiones Para el Proyecto Relleno Sanitario “El Empalme” de Sociedad Comercial Rexin Ltda., se realizó un estudio hidrológico del sector “El Empalme” en Ruta 5 Sur con camino a Calbuco, comuna de Maullín, Provincia de Llanquihue, Décima Región de los Lagos. Para realizar dicho estudio se analizó la pluviometría de las estaciones de Maullín y Puerto Montt (datos aportados por DGA Puerto Montt) en conjunto con análisis topográficos basados en Carta IGM “Trapen” y topografía aportada por Sociedad Comercial Rexin Ltda.. Los datos aportados fueron tratados según “Manual de Cálculo de Crecidas y Caudales Mínimos en Cuencas sin Información Fluviométricas” de la DGA, 1995, arrojando resultados para las precipitaciones a través de Curvas Intensidad-Duración-Frecuencia (Curvas IDF), para ambas estaciones, siendo de magnitudes similares, aunque levemente superior para el caso de Puerto Montt. La tormenta de diseño para el cálculo de caudales fue elegida de acuerdo al tiempo de concentración en la micro cuenca, siendo de duración 1 hora y periodo de retorno de 100 años, con una magnitud de 17,8 mm. El caudal máximo del estero sin nombre para dicha tormenta de diseño, resulto de una magnitud de 2,49 m3/s. Como conclusión se tiene que el riesgo de inundación por desborde de cauces superficiales cercanos al proyecto es bajo, debido principalmente a la diferencia de cotas entre estero y predio de ubicación del proyecto (21 m), al presentarse un cambio de nivel, debido a un quiebre en el terreno, es decir, del terreno más plano ubicado a 71 metros sobre el nivel del mar (msnm) se pasa al nivel del estero 50 msnm, en pocos metros de distancia, sin embargo este punto de quiebre no se encuentra dentro de los lindes del predio donde se emplaza el proyecto. De este modo, el riesgo asociado a eventos de inundación es mínimo, y sólo la alta pluviometría sería un factor a considerar. Lo anterior debido al tamaño de la microcuenca aportante y de la presencia de amplias acequias que derivan las aguas lluvias a través de las estructuras viales presentes en el área. Por ende no se generarían problemas de inundación, sino más bien problemas de tipo operacional temporal, para lo cual se requerirá el desarrollo de redes de drenaje apropiados para que el tiempo de retención hidráulica sea menor, y no se genere acumulación de aguas en el predio producto principalmente a que el predio está en un sector, según Carta IGM, catalogado como vega.




ANEXOS


Pb-984-scr POCH AMBIENTAL S.A.

Octubre, 2006 Los contenidos que soporta el presente documento constituyen Propiedad Intelectual. Queda prohibida su

reproducción total o parcial, por cualquier medio, en forma íntegra o extractada

Anexo I

- Datos Pluviométricos Estación Puerto Montt - Datos Pluviométricos Estación Maullín


Pb-984-scr POCH AMBIENTAL S.A.

Octubre, 2006 Los contenidos que soporta el presente documento constituyen Propiedad Intelectual. Queda prohibida su

reproducción total o parcial, por cualquier medio, en forma íntegra o extractada

Anexo II

- Plano Topográfico del Predio del Proyecto

anexo_5_estudio_hidrologico

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