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ESTUDIO HIDROLOGICO PARA DETERMINACIN DEMXIMAS AVENIDAS CON SIMULACIN EN INUNDACIONES
CON FINES DEENCAUZAMIENTO Y DEFENSA RIBEREA DELRIO CASMA
Proyecto:
MEJORAMIENTO DEL ENCAUZAMIENTO Y DEFENSARIBEREA DELRIO CASMA POR EMERGENCIA ENTRE LOS
SECTORES SANTA ANA A CARRIZAL, DISTRITO DE CASMA,
PROVINCIA DE CASMA-ANCASH
Ing Cesar Johnny Alvarado Romero Consultor en estudios de Aguas Subterrneas [email protected], Cel: 943491774-RPM*749194- RPC 993331150
SECTORES:SANTANA (ALTURA CENTRO POBLADO SANTANA Y
CARRIZAL (PUENTE PANAMERICANA NORTE)
DISTRITO : CASMA
PROVINCIA : CASMA
RIO CASMA
Cerro
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected] -
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ESTUDIO HIDROLOGICO PARA DETERMINACIN DE MXIMAS AVENIDAS CON SIMULACIN EN
INUNDACIONES CON FINES DE ENCAUZAMIENTO Y DEFENSA RIBEREA DELRIO CASMA
REGIN : ANCASHAGOSTO 2013
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ESTUDIO HIDROLOGICO PARA DETERMINACIN DE MXIMAS AVENIDAS CON SIMULACIN EN
INUNDACIONES CON FINES DE ENCAUZAMIENTO Y DEFENSA RIBEREA DELRIO CASMA
INDICE
......................................................................................................................................................................1
1.- INTRODUCCION..................................................................................................................................4
1.1.-NOMBRE DEL INFORME Y OBJETIVOS.....................................................................................4
2.-COMPONENTE 1: IDENTIFICACIN DE LA ZONA....................................................................4
3.-COMPONENTE 2: NIVELES DE INUNDACIN EN EL LUGAR DEL PROYECTO................5
3.1.-HIDROLOGA.....................................................................................................................................5
3.2.-RIESGO DE INUNDACIN..............................................................................................................6
3.3.-REGIMEN HIDRAULICO ................................................................................................................6
3.3.1.- RGIMEN PERMANENTE UNIDIMENSIONAL.....................................................................63.4 SIMULACION DEL ESCENARIO DE INUNDACIN..................................................................8
3.4.1MODELO MATEMATICO DE SIMULACIN EMPLEADO.....................................................8
3.4.2COEFICIENTE DE RUGOSIDAD...................................................................................................9
3.4.3CONDICIONES DE BORDE............................................................................................................ .9
.....................................................................................................................................................................9
3.4.4CAUDALES.........................................................................................................................................9
4.-RESULTADOS........................................................................................................................................9
4.1. SIMULACIN UNIDIMENSIONAL................................................................................................9
4.2. DELIMITACION DE ZONAS DE INUNDACIN........................................................................10
5.-CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES..................................................................................10
5.1.-CONCLUSIONES..............................................................................................................................10
5.2.-RECOMENDACIONES....................................................................................................................12
6.-ANEXOS................................................................................................................................................12
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1.- INTRODUCCION
1.1.-NOMBRE DEL INFORME Y OBJETIVOS
2.-COMPONENTE 1: IDENTIFICACIN DE LA ZONA
2.1. UBICACIN
2.2. RECOPILACIN DE INFORMACIN Y TRATAMIENTO
- Topogrfica: curvas de nivel a cada metro de elevacin,
secciones transversales, pendientes. Obtenidos del
levantamiento topogrfico.
- Cartogrfica: Catastro (PETT - PROFODUA) en entorno SIG,
cartas del IGN (cuadrante 18-F), vistas satelitales de
referencia del Google Earth. Todos estos datos se
encuentran georeferenciados en el sistema UTM WGS84 -
Zona 17 Sur
- Hidrometeorolgica: caudales (registro de aforos) y datos de
expediente.
- Geomorfolgico e Hidrulica fluvial: rugosidad del lecho y
planicies.
- Geologa. (Carta INGEMMET).
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Rio Santa
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Fig. 1. Vista satelital (Google Earth) indicando el sector de anlisis.
3.-COMPONENTE 2: NIVELES DE INUNDACIN EN EL LUGAR
DEL PROYECTO
3.1.- HIDROLOGA
Cuadro 3.1. Caudales mximos para diferentes tiempos de retorno
T retorno Caudal
aos m3/s
2 721.40
5 1088.23
10 1351.12
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25 1703.71
50 1980.25
3.2.- RIESGO DE INUNDACIN
La inundacin es uno de los desastres ms grandes de
mayor impacto econmico y humano. El riesgo de inundacin,
se puede interpretar como el producto de la amenaza por la
vulnerabilidad. La amenaza est relacionada a la solicitacin
hidrulica, es decir est determinada por la escala del diseo
hidrolgico de las estructuras para el control de agua. De este
modo la probabilidad que un evento ocurra al menos una vez en
n aos sucesivos, considerando un tiempo de retorno (Tr), es
conocido como riesgo o falla R y se representa por:
n
rT
R )1
1(1 = (Ecuacin 3.1)
El presente informe se basa en las recomendaciones
expuestas en la Gua Metodolgica, en la cual se define tiemposde retorno de 10, 25 y 50 aos para obras de defensa Riberea.
3.3.- REGIMEN HIDRAULICO
3.3.1.- Rgimen permanente unidimensional
Se puede simplificar el flujo del agua en un cauce naturalcomo unidimensional, es decir, la profundidad y velocidad slo
varan en la direccin longitudinal del canal, cuyo eje se supone
aproximadamente una lnea recta, la velocidad es constante en
cualquier punto de una seccin transversal
Si mantenemos la hiptesis metodolgica de un flujo
permanente, es decir que el caudal no vara con el tiempo, pero
con una variacin paulatina de la velocidad en el espacio, y por
tanto del tirante, al no modificarse el caudal, el rgimen recibe
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el nombre de gradualmente variado, y en l se produce una
distribucin hidrosttica de las presiones. Los perfiles pueden
analizarse considerando rgimen supercrtico y subcrtico. Parala estimacin de velocidades y calados se suele aplicar el
denominado mtodo de paso estndar (Standard Step Method),
que resuelve la ecuacin dinmica del flujo gradualmente
variado igualando la energa en dos secciones consecutivas
mediante un procedimiento cclico de aproximaciones
sucesivas. Para ellos se emple el modelo computacional HEC-
RAS (River Analysis System; USACE),El modelo HEC-RAS realiza los clculos de niveles de agua
utilizando la ecuacin de la energa (Ecuacin 3.2):
Hg
VPZ
g
VPZ +++=++
22
2
2
2
2
2
2
1
1
1
1
(Ecuacin 3.2)
Figura 2. Representacin del balance de energa.
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Donde:
Zn + Pn /(m)
Nivel de la superficie libre de agua en los
extremos del tramo.
Vn(m)Velocidad media en la seccin mojada en
los extremos del tramo.
1, 2,
Coeficiente de la no-uniformidad de
distribucin de las velocidades en la
seccin mojada.g = 9.81
m3/s Aceleracin por gravedad
H (m)
Total de prdidas de energa en el tramo
del curso de agua considerado en el
clculo, de una longitud L.
3.4 SIMULACION DEL ESCENARIO DE INUNDACIN
3.4.1 MODELO MATEMATICO DE SIMULACIN EMPLEADO
Para la aplicacin del modelo matemtico se ha empleado
el Sistema de Anlisis de Ros del Cuerpo de Ingenieros de la
Armada de los Estados Unidos HEC RAS versin 3.1.3 y su
aplicacin en entorno GIS denominado HEC GeoRAS 3.1.1.
Este software realiza clculos hidrulicos de cursos
naturales o artificiales en una direccin (unidimensional) y
cuenta adems con los procedimientos de clculo para simular
los efectos hidrulicos debido a estructuras hidrulicas. Puede
manejar una red completa de canales, una localizacin singular
en un ro y es capaz de modelar perfiles en rgimen subcrtico,
supercrtico o mixto.
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3.4.2 COEFICIENTE DE RUGOSIDAD
La metodologa empleada para la eleccin del n de
Manning y definicin del cauce principal consisti en laasignacin de valores mediante tablas para cauce de ros
con acarreo irregular.
Se consider un n = 0.030
Cabe mencionar que en cursos naturales, los valores de
n no son constantes debido a la complejidad del cauce.
Sin embargo, generalmente se evala la formula de
Manning bajo condiciones de n = constante para tramoscortos.
3.4.3 CONDICIONES DE BORDE
El tramo en anlisis se analiza bajo rgimen permanente y
mixto (subcritico y supercrtico). Como condiciones de
contorno se ha utilizado el criterio de tirante normal con
una pendiente de 0.004
3.4.4 CAUDALES
El presente estudio considera el anlisis del flujo en
rgimen permanente es decir, el caudal no vara con el
tiempo. Se considera el caudal pico en cada avenida por
cada ao hidrolgico.
4.-RESULTADOS
4.1. SIMULACIN UNIDIMENSIONAL
Los resultados de las simulaciones realizadas, consistente en la
descripcin de valores mximos obtenidos para el tirante y
velocidad de diseo, corresponde a la avenida de 50 aos de
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tiempo de retorno (Q = 235.30 m3/s). Esto se puede apreciar
en los planos de reas inundadas.
Las secciones del ro, se han obtenido por medio de laimportacin del archivo de salida del Hec-GeoRas con
estaciones de control hacia aguas arriba:
Tramo 0+000 hasta 7 + 020 km
4.2. DELIMITACION DE ZONAS DE INUNDACIN
Las zonas inundables por la circulacin del caudalcorrespondiente a las crecidas de periodo de retorno de 10, 25 y
50 aos se muestran en los planos de inundaciones.
5.-CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1.- CONCLUSIONES.
Con respecto a la hidrologa:
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Fig. 3. GEOMETRA HEC RAS Y MODELO DE ELEVACION DIGITAL
DEL TERRENO (msnm)
352 secciones transversales
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- De acuerdo a la recopilacin de informacin hidrolgica, para el
diseo de Dique Enrocado entre los sectores Santana (altura
centro poblado Santana y Carrizal (Puente Panamericana Norte)para un un evento mximo quedara definido con una avenida de
50 aos de tiempo de retorno. Otras avenidas de 10 y 25 aos
analizadas, representan informacin importante para la
determinacin de las obras menores y toma de decisin de los
proyectos futuros.
- La simulacin corresponde a un evento mximo, donde lacabecera de cuenca logre activarse, generando los caudales pico
descritos anteriormente
Con respecto al anlisis hidrulico:
- De acuerdo a las velocidades generadas en los clculos. Para un
caudal de tiempo de retorno de 50 aos se tienen valores que
llegan a alcanzar los 3.318 m/s, en algunos sectores, debido aque se trata de un ro entrelazado y al trmino del sector en
anlisis. Los tirantes llegan hasta 1.36 m. Con un ancho estable
de 50 metros.
- El parmetro de la velocidad deber servir para determinar la
proteccin de la capa superficial por medio de recubrimientos con
materiales resistentes a dichas velocidades y de control de
erosin.- De acuerdo al nmero de Froude para una avenida de 50 aos
de tiempo de retorno en el tramo, ste alcanza valores cercanos a
0.907 Esto nos indica que los cauces presentan una superficie de
agua con medianas ondulaciones, es decir un flujo subcrtico.
- La hidrulica computacional actualmente representa una
herramienta verstil en la prediccin del comportamiento del ro. A
la fecha, aun no se puede afirmar que un modelo computacional
incluye todas las caractersticas de un ro, podemos citar el
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transporte de sedimento con fenmenos de laminacin de
avenidas y comportamiento tridimensional que estan a nivel de
investigacin y por lo tanto no se incluyen en modelos como elHEC-RAS. Sin embargo es la mejor aproximacin para proyectos de
defensa riberea a la fecha.
Con respecto a los resultados:
- Con los tirantes obtenidos, la informacin topogrfica y su
complemento, se ha logrado realizar una aproximacin del rea
inundable. As, se tendra para un evento de avenida de 50 aosde tiempo de retorno (Q = 235.30 m3/s) un total de 55.92 Has
inundadas. Este valor indica la inundacin directa, que podra
ocurrir, por no contar con una proteccin en dicha zona.
- Para los eventos de 25 y 10 aos se obtienen valores menores
de rea inundable: 31.26 Has y 25.84 Has respectivamente.
5.2.- RECOMENDACIONES
6.-ANEXOS
- RESULTADOS DEL MODELO
- PLANOS- Plano N1: Llanura inundable para un Tr=10 aos, Tr=25
aos y Tr = 50 aos
- Plano N2. Tirantes Tr = 50 aos
- Plano N3: Velocidades Tr=50 aos
- Secciones Transversales de Aguas Arriba Hacia Aguas
Abajo
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