INFORME

Niveles de inundacin Ro Tumilaca Tramo El Tucuman Yaravico

MUNICIPALIDAD PROVINCIAL MARISCAL NIETO

Gua Metodolgica para Proyectos de Proteccin y/o Control de Inundaciones en reas Agrcolas o Urbanas.ANEXONIVELES DE INUNDACIN

Ro TumilacaTramo El Tucuman - YaravicoNOVIEMBRE 2007INDICE

31.-INTRODUCCION

1.1.-OBJETIVOS32.-COMPONENTE 1: IDENTIFICACIN DE LA ZONA33.-COMPONENTE 2: NIVELES DE INUNDACIN EN EL LUGAR DEL PROYECTO53.1.-HIDROLOGA53.2.-RIESGO DE INUNDACIN53.3.-REGIMEN HIDRAULICO63.3.1.-Rgimen permanente unidimensional63.4SIMULACION DEL ESCENARIO DE INUNDACIN73.4.1MODELO MATEMATICO DE SIMULACIN EMPLEADO73.4.2COEFICIENTE DE RUGOSIDAD83.4.3CONDICIONES DE BORDE83.4.4CAUDALES84.-RESULTADOS94.1. SIMULACIN UNIDIMENSIONAL94.2.DELIMITACION DE ZONAS DE INUNDACIN95.-CONSIDERACIONES Y RECOMENDACIONES105.1.-CONSIDERACIONES105.2.-RECOMENDACIONES116.-BIBLIOGRAFA127.-ANEXOS12

1.- INTRODUCCION1.1.- OBJETIVOSEl presente anexo comprende la determinacin de reas inundables como componente de la Gua Metodolgica para Proyectos de Proteccin y/o Control de Inundaciones en reas Agrcolas o Urbanas, aplicado a los proyectos que se ejecuten en el ro Tumilaca, especficamente en el tramo El Tucuman Yaravico.El objetivo del estudio, es analizar los niveles de agua en el ro Tumilaca, sector El Tucuman - Yaravico, con fines de estimacin de niveles de inundacin y parmetros hidrulicos en el marco de la Gua Metodolgica (MEF, 2006). Se obtendrn las zonas inundables en funcin de diferentes escenarios de crecidas en el sector, para su posterior empleo en un anlisis de viabilidad econmica.Para ello se emplean herramientas de sustento tcnico, acorde al avance cientfico en materia de ingeniera y gestin de inundaciones.2.- COMPONENTE 1: IDENTIFICACIN DE LA ZONA2.1. UBICACINLa ubicacin geogrfica del sector analizado en la cuenca del ro Tumilaca se halla en coordenadas UTM PSAD56 Zona 19 SUR. Las siguientes coordenadas definen el lmite del rea:ESTE

: 291 426

a 298 676 metrosNORTE:8 097 842

a8 101 391 metrosEl proyecto se encuentra ubicado polticamente en:

Regin

:Moquegua.Provincia:Mariscal Nieto.Distrito:MoqueguaSector

:El Tucuman - Yaravico2.2. RECOPILACIN DE INFORMACIN Y TRATAMIENTO Topogrfica: curvas de nivel cada 1 metro de elevacin, secciones transversales, perfiles. Obtenidos del levantamiento topogrfico efectuado para el proyecto: Defensa Riberea de reas Urbanas y Rurales en zonas de influencia del Malecn Ribereo, tramo El Tucuman Yaravico. Cartogrfica: Se obtuvo la base catastral en formato CAD el cual defini las capas a emplear en el SIG (Sistema de Informacin Geogrfica, Arc View 3.2), los cuales comprende el catastro oficial del sector, red de canales e inventariado de infraestructura. Cartas del IGN (cuadrante 35-U), vistas satelitales de referencia del Google Earth. Todos estos datos se encuentran georeferenciados en el sistema UTM PSAD56 - Zona 19 Sur. Hidrometeorolgica: recopilacin de informacin hidromtrica de la estacin Chivaya. Geomorfolgico e Hidrulica fluvial: rugosidad del lecho y planicies, erosin de terrenos. Geologa: (Carta INGEMMET 34 - U).

Fig. 2.1. Vista satelital Sector Tucuman (aguas arriba) y Sector Yaravico (aguas abajo). Agosto 2003 (Fuente: Google Earth).3.- COMPONENTE 2: NIVELES DE INUNDACIN EN EL LUGAR DEL PROYECTO3.1.- HIDROLOGA

Los datos empleados fueron recopilados de la estacin hidromtrica Chivaya localizado en el ro Tumilaca. Se realiz el anlisis probabilstico de mximas avenidas, correspondiendo el mejor ajuste a la distribucin Log Normal 2P (Ver Anexos). As, se obtuvo los siguientes valores para el Ro Tumilaca en el Sector El Tucuman - Yaravico. (Cuadro 3.1).Cuadro 3.1. Caudales mximos para diferentes periodos de retorno. (1)Periodo de retornoCaudal

aosm3/s

1044.7

2575.2

50105.3

100142.5

3.2.- RIESGO DE INUNDACINLa inundacin es uno de los desastres de mayor impacto econmico y humano, por ello el diseo de estructuras para el control de inundaciones incluye la consideracin de riesgo. Se puede interpretar el riesgo 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, las cuales pueden fallar si la magnitud correspondiente al periodo de retorno de diseo (Tr) se excede durante la vida til de la estructura (n aos). Este riesgo puede calcularse como (R):

(Ecuacin 3.1)El presente informe se basa en las recomendaciones expuestas en la Gua Metodolgica, en la cual se define los periodos de retorno de 10, 25, 50 y 100 aos para obras de defensa en zonas urbanas y agrcolas. (Sector El Tucuman - Yaravico).3.3.- REGIMEN HIDRAULICO 3.3.1.- Rgimen permanente unidimensionalSe puede simplificar el flujo del agua en un cauce natural como 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 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. Para la 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):

(Ecuacin 3.2)Figura 3.1. Representacin del balance de energa.

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/sAceleracin 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 INUNDACIN3.4.1 MODELO MATEMATICO DE SIMULACIN EMPLEADOPara la aplicacin del modelo matemtico se ha empleado el Sistema de Anlisis de Ros del Centro de Ingeniera Hidrolgica del Cuerpo de Ingenieros del Ejrcito de los Estados Unidos, denominado HEC RAS versin 3.1.3 y su extensin en entorno SIG llamado 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.3.4.2 COEFICIENTE DE RUGOSIDADLa metodologa empleada para la eleccin del coeficiente n de Manning y definicin del cauce principal consisti en la observacin in situ y comparacin de datos de expediente.Se consider un n = 0.036 (lecho con presencia de guijarros medianos, lecho con pendiente fuerte).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 tramos cortos.3.4.3 CONDICIONES DE BORDEEl tramo en anlisis se analiz bajo rgimen permanente y de categora supercrtica. Como condiciones de contorno se ha utilizado el criterio de tirante normal con una pendiente de 0.032 (3.2 %) en el tramo. El perfil longitudinal se desarrolla desde cotas de 1556 a 1317 msnm en una longitud de 7.4 km.3.4.4 CAUDALESEl 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 (Cuadro 3.1).4.- RESULTADOS

4.1. SIMULACIN UNIDIMENSIONALLos resultados de las simulaciones realizadas, consistente en la descripcin de valores mximos obtenidos para los tirantes y velocidades, corresponden a las avenidas de 10, 25, 50 y 100 aos de periodo de retorno. Esto se puede apreciar en las secciones transversales conteniendo los niveles de agua.

Las secciones del ro, se han obtenido por medio de la importacin del archivo de salida del Hec-GeoRas con estaciones de control hacia aguas arriba para cada tramo. Tramo El Tucuman - Yaravico: Km. 0 + 083.5 hasta 7 + 501.0.4.2. DELIMITACION DE ZONAS DE INUNDACINLa delimitacin de las zonas inundables que ocurriran por la circulacin del caudal correspondiente a las avenidas de periodos de retorno de 10, 25, 50 y 100 aos, se muestran en el Plano 1 a una escala de 1:14000. 5.- CONSIDERACIONES Y RECOMENDACIONES

5.1.- CONSIDERACIONESCon respecto a la hidrologa: De acuerdo a la recopilacin de informacin hidrolgica, para el diseo de las estructuras de proteccin de zonas urbanas y agrcolas tal como el sector El Tucuman - Yaravico, un evento mximo quedara definido con una avenida de 100 aos de periodo de retorno. Otras avenidas de 10, 25 y 50 aos analizadas, representan informacin importante para la determinacin de las obras menores y toma de decisin del proyecto. La simulacin corresponde a un evento mximo, donde la cabecera de cuenca logre activarse, generando los caudales pico descritos anteriormente en el tramo.Con respecto al anlisis hidrulico: De acuerdo a las velocidades generadas en los clculos. Para un caudal de 100 aos de periodo de retorno, se tienen valores que llegan a alcanzar los 4.5 m/s, prximo a los taludes de los diques rsticos en la margen derecha (sector El Tucuman - Yaravico) en los estrechamientos (Secciones 0+337, 1+366) y en la margen izquierda protegida con gaviones (zona urbana), el cual define un flujo altamente erosivo. Los tirantes llegan a alcanzar los 3 m, representando la inundacin de la margen derecha en sectores localizados. El parmetro de la velocidad deber servir como referencia 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 periodo de retorno, ste alcanza valores cercanos a 3. Esto nos indica que los cauces presentan una superficie de agua de carcter supercrtico, con fuertes ondulaciones.Con respecto a los resultados: Segn los resultados de tirantes, velocidades y nmeros de Froude, el sector analizado El Tucuman Yaravico, es vulnerable a la inundacin de zonas rurales y a la prdida de terrenos agrcolas, debido al fenmeno de EROSIN E INUNDACION DIRECTA. En el presente informe se ha logrado realizar una aproximacin del rea rural agrcola inundable, mediante uso del SIG y herramientas de geoprocesamiento. As, se tendra para los eventos de avenida de 10, 25, 50 y 100 aos de periodos de retorno los siguientes valores (Ver cuadro 5.1), los cuales se muestran en el Plano1.Cuadro 5.1.Periodo de retorno

(Tr en aos)Caudal (m3/s)rea inundada (Has)

1044.78.5

2575.219.6

50105.323.7

100142.540.3

La cuantificacin de las reas rurales y agrcolas afectadas por erosin de mrgenes y prdida de suelo no son objetivo del presente informe. Para el caso de la Bocatoma Yaravico (Progresiva HEC RAS: 2+505.5) y otras captaciones se tendra un escenario en el cual se encontraran comprometidas toda el rea de influencia de dichas estructuras.5.2.- RECOMENDACIONES

Ante eventos de magnitud de 50 y 100 aos de periodo de retorno, la margen derecha requiere una proteccin adecuada contra las inundaciones y erosin de terrenos aledaos. La margen izquierda que actualmente se encuentra siendo reforzada con estructuras tipo gavin, requerir de un adecuado mantenimiento para asegurar su operacin y funcionamiento sostenible en el tiempo.6.- BIBLIOGRAFA

(1) Floodplain Visualization Using HEC-GeoRAS. Daniel Snead and David R. Maidment. Center for Research in Water Resources, The University of Texas at Austin, 2000.(2) Modelacin Hidrulica de Ros, Canales, Puentes y alcantarillas con HEC-RAS. Instituto para la Mitigacin de Efectos del Fenmeno del Nio IMEFEN Universidad Nacional de Ingeniera FIC, 2003.(3) Wolfgang Schroder, Regularizacin y Control de ros U. de Piura, 1994.7.- ANEXOSA. ANALISIS HIDROLOGICOB. RESULTADOS DEL MODELO: Tirantes y velocidades por cada seccin transversal.C. PLANOS Plano N1: Secciones transversales HEC RAS sobre imagen satelital. Plano N2: Llanura inundable para un Tr = 10, 25 y 50 aosA ANALISIS HIDROLOGICO

CAUDALES MEDIOS Y MAXIMOS

ESTACION HIDROMETRICA CHIVAYA - RIO TUMILACA

AoQmedio mensualQmax diarioQmax instant.*

1950-19511.0485.0906.36

1951-19521.38520.00025.00

1952-19532.32580.000100.00

1953-19542.11870.00087.50

1954-19552.75820.00025.00

1955-19561.2609.00011.25

1956-19571.1564.0905.11

1957-19581.20410.70013.38

1958-19591.28710.24012.80

1959-19600.9633.1003.88

1960-19611.2609.00011.25

1961-19622.32580.000100.00

1962-19631.20410.70013.38

1963-19642.11870.00087.50

1964-19651.0485.0906.36

1965-19662.75820.00025.00

1966-19670.9633.1003.88

1967-19681.1564.0905.11

1968-19691.28710.24012.80

1969-19701.38520.00025.00

1970-19712.5458.50010.63

1971-19724.2038.50010.63

1972-19734.77118.00022.50

1973-19746.0006.0007.50

1974-19752.6745.5006.88

1975-19763.3584.7205.90

1976-19774.17942.00052.50

1977-19781.1765.0006.25

1978-19791.4042.8003.50

1979-19800.6352.5103.14

1980-19812.6197.0008.75

1981-19820.8083.5004.38

1982-19830.5081.2961.62

1983-19841.9864.0055.01

1984-19852.5047.5009.38

1985-19862.6305.5006.88

1986-19872.6205.5006.88

1987-19880.8912.0002.50

1988-19891.6983.8004.75

1989-19901.1695.8507.31

1990-19911.9665.8007.25

1991-19920.5080.8081.01

1992-19931.7655.0006.25

1993-19941.8172.8003.50

1994-19952.03318.00022.50

1995-19961.4225.0006.25

1996-19975.00360.00075.00

1997-19988.65685.000106.25

1998-19993.33227.50034.38

(Fuente: ATDR Moquegua)

*Factor de correccin entre el caudal mximo instantneo y caudal mximo diario = 1.25.AJUSTE A DISTRIBUCIONES TEORICAS *

Se concluye que los datos se ajustan a una distribucin Log Normal 2P, segn el coeficiente de correlacin mayor obtenido (R2). Siendo los resultados los mostrados en el siguiente cuadro:T retornoCaudal

aosm3/s

1044.7

2575.2

50105.3

100142.5

*Anlisis efectuado con el software RIVER (INRENA-IRH).B - RESULTADOS DEL MODELO

Velocidades en el canal central y llanuras para una avenida mxima de 100 aos de periodo de retorno.(WS PF4 = Nivel de agua para 142.5m3/s, Vel Chnl = Velocidad en el canal, Vel Right = Velocidad en la margen derecha, Vel Left = Velocidad en la margen izquierda)

Velocidades en el canal central y llanuras para una avenida mxima de 50 aos de periodo de retorno.

(WS PF3 = Nivel de agua para 105.3m3/s, Vel Chnl = Velocidad en el canal, Vel Right = Velocidad en la margen derecha, Vel Left = Velocidad en la margen izquierda)

Velocidades en el canal central y llanuras para una avenida mxima de 25 aos de periodo de retorno.

(WS PF2 = Nivel de agua para 75.2m3/s, Vel Chnl = Velocidad en el canal, Vel Right = Velocidad en la margen derecha, Vel Left = Velocidad en la margen izquierda)

Velocidades en el canal central y llanuras para una avenida mxima de 10 aos de periodo de retorno.

(WS PF1 = Nivel de agua para 44.7 m3/s, Vel Chnl = Velocidad en el canal, Vel Right = Velocidad en la margen derecha, Vel Left = Velocidad en la margen izquierda)

Nmeros de Froude (PF4 = Escenario para 142.5m3/s, PF3 = Escenario para 75.2m3/s, PF2= Escenario para 105.3m3/s, PF1= Escenario para 142.5m3/s)

PERFIL LONGITUDINAL(WS PF4 = Nivel de agua para 142.5m3/s)

SECCIONES TRANSVERSALES

AGUAS ARRIBA HACIA AGUAS ABAJO(WS PF4 = Nivel de agua para 142.5m3/s, WS PF3 = Nivel de agua para 105.3m3/s, WS PF2= Nivel de agua para 75.2m3/s, WS PF1= Nivel de agua para 44.7m3/s) SECCIONES TRANSVERSALES

(WS PF4 = Nivel de agua para 142.5m3/s, WS PF3 = Nivel de agua para 105.3m3/s, WS PF2= Nivel de agua para 75.2m3/s, WS PF1= Nivel de agua para 44.7m3/s) SECCIONES TRANSVERSALES

(WS PF4 = Nivel de agua para 142.5m3/s, WS PF3 = Nivel de agua para 105.3m3/s, WS PF2= Nivel de agua para 75.2m3/s, WS PF1= Nivel de agua para 44.7m3/s) SECCIONES TRANSVERSALES

(WS PF4 = Nivel de agua para 142.5m3/s, WS PF3 = Nivel de agua para 105.3m3/s, WS PF2= Nivel de agua para 75.2m3/s, WS PF1= Nivel de agua para 44.7m3/s) SECCIONES TRANSVERSALES

(WS PF4 = Nivel de agua para 142.5m3/s, WS PF3 = Nivel de agua para 105.3m3/s, WS PF2= Nivel de agua para 75.2m3/s, WS PF1= Nivel de agua para 44.7m3/s) SECCIONES TRANSVERSALES

(WS PF4 = Nivel de agua para 142.5m3/s, WS PF3 = Nivel de agua para 105.3m3/s, WS PF2= Nivel de agua para 75.2m3/s, WS PF1= Nivel de agua para 44.7m3/s) SECCIONES TRANSVERSALES

(WS PF4 = Nivel de agua para 142.5m3/s, WS PF3 = Nivel de agua para 105.3m3/s, WS PF2= Nivel de agua para 75.2m3/s, WS PF1= Nivel de agua para 44.7m3/s) SECCIONES TRANSVERSALES

(WS PF4 = Nivel de agua para 142.5m3/s, WS PF3 = Nivel de agua para 105.3m3/s, WS PF2= Nivel de agua para 75.2m3/s, WS PF1= Nivel de agua para 44.7m3/s) SECCIONES TRANSVERSALES

(WS PF4 = Nivel de agua para 142.5m3/s, WS PF3 = Nivel de agua para 105.3m3/s, WS PF2= Nivel de agua para 75.2m3/s, WS PF1= Nivel de agua para 44.7m3/s) SECCIONES TRANSVERSALES

(WS PF4 = Nivel de agua para 142.5m3/s, WS PF3 = Nivel de agua para 105.3m3/s, WS PF2= Nivel de agua para 75.2m3/s, WS PF1= Nivel de agua para 44.7m3/s) SECCIONES TRANSVERSALES

(WS PF4 = Nivel de agua para 142.5m3/s, WS PF3 = Nivel de agua para 105.3m3/s, WS PF2= Nivel de agua para 75.2m3/s, WS PF1= Nivel de agua para 44.7m3/s) SECCIONES TRANSVERSALES

(WS PF4 = Nivel de agua para 142.5m3/s, WS PF3 = Nivel de agua para 105.3m3/s, WS PF2= Nivel de agua para 75.2m3/s, WS PF1= Nivel de agua para 44.7m3/s) SECCIONES TRANSVERSALES

(WS PF4 = Nivel de agua para 142.5m3/s, WS PF3 = Nivel de agua para 105.3m3/s, WS PF2= Nivel de agua para 75.2m3/s, WS PF1= Nivel de agua para 44.7m3/s) SECCIONES TRANSVERSALES

(WS PF4 = Nivel de agua para 142.5m3/s, WS PF3 = Nivel de agua para 105.3m3/s, WS PF2= Nivel de agua para 75.2m3/s, WS PF1= Nivel de agua para 44.7m3/s) SECCIONES TRANSVERSALES

(WS PF4 = Nivel de agua para 142.5m3/s, WS PF3 = Nivel de agua para 105.3m3/s, WS PF2= Nivel de agua para 75.2m3/s, WS PF1= Nivel de agua para 44.7m3/s) SECCIONES TRANSVERSALES

(WS PF4 = Nivel de agua para 142.5m3/s, WS PF3 = Nivel de agua para 105.3m3/s, WS PF2= Nivel de agua para 75.2m3/s, WS PF1= Nivel de agua para 44.7m3/s) SECCIONES TRANSVERSALES

(WS PF4 = Nivel de agua para 142.5m3/s, WS PF3 = Nivel de agua para 105.3m3/s, WS PF2= Nivel de agua para 75.2m3/s, WS PF1= Nivel de agua para 44.7m3/s) SECCIONES TRANSVERSALES

(WS PF4 = Nivel de agua para 142.5m3/s, WS PF3 = Nivel de agua para 105.3m3/s, WS PF2= Nivel de agua para 75.2m3/s, WS PF1= Nivel de agua para 44.7m3/s) SECCIONES TRANSVERSALES

(WS PF4 = Nivel de agua para 142.5m3/s, WS PF3 = Nivel de agua para 105.3m3/s, WS PF2= Nivel de agua para 75.2m3/s, WS PF1= Nivel de agua para 44.7m3/s) SECCIONES TRANSVERSALES

(WS PF4 = Nivel de agua para 142.5m3/s, WS PF3 = Nivel de agua para 105.3m3/s, WS PF2= Nivel de agua para 75.2m3/s, WS PF1= Nivel de agua para 44.7m3/s) SECCIONES TRANSVERSALES

(WS PF4 = Nivel de agua para 142.5m3/s, WS PF3 = Nivel de agua para 105.3m3/s, WS PF2= Nivel de agua para 75.2m3/s, WS PF1= Nivel de agua para 44.7m3/s) SECCIONES TRANSVERSALES

(WS PF4 = Nivel de agua para 142.5m3/s, WS PF3 = Nivel de agua para 105.3m3/s, WS PF2= Nivel de agua para 75.2m3/s, WS PF1= Nivel de agua para 44.7m3/s) B - PLANOS

Correlacin

Distribucin Log Normal 2P

Zona urbana (margen izquierda)

1km

Fig. 4.1. MODELO DE ELEVACION DIGITAL DEL TERRENO (msnm) y catastro.

Ro Tumilaca

0

O. Pacifico

Zona agrcola rural a proteger (margen derecha)

Distribucin Log Pearson III

Ciudad de Moquegua

Distribucin Gumbel

N

Ro Tumilaca

PAGE 40

_1223732884.unknown

_1223732901.unknown

_1222946470.unknown

_1223732804.unknown