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ÍNDICE

Índice

1. Introduccion 31.1. La Hidrologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.2. El estudio hidrológico en la ingeniería civil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.3. Aplicación de la hidrología en la ingeniería civil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.4. Importancia de la hidrologia en la ingenieria civil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.5. Objetivos de un estudio hidrológico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.6. Objetivos del informe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2. Fundamento teórico 62.1. Definiciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.2. Las principales características de una cuenca hidrográfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.3. Partes de una cuenca hidrográfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.4. Tipos de cuencas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.5. Delimitación de la cuenca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.6. Parámetros geomorfológicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.6.1. ÁREA (A) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.6.2. PERÍMETRO (P) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.6.3. COEFICIENTE DE GRAVELIUS O ÍNDICE DE COMPACIDAD (lC) . . . . . . . . . . 92.6.4. LONGITUD DE MÁXIMO RECORRIDO (L) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.6.5. FACTOR DE FORMA (F) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.6.6. NÚMERO DE ORDEN DE LA CUENCA (N) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.6.7. FRECUENCIA DE DENSIDAD DE RÍOS (Dr) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.6.8. FRECUENCIA DE DENSIDAD DE RÍOS (Dd) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.6.9. ALTITUD MEDIA DE LA CUENCA (Hm) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.6.10. OTROS PARÁMETROS ASOCIADOS A LA CUENCA . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.7. Analisis de los datos de Precipitacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.8. Estimación de datos faltantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3. información Básica 123.1. Ubicación de la Cuenca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3.1.1. Ubicación geográfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.1.2. Ubicación Política . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.1.3. Ubicación De Acuerdo a Las Unidades Hidrográficas del Perú . . . . . . . . . . . . . . . 12

3.2. Recopilación de información básica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.2.1. Cartografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.2.2. Usos de Suelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.2.3. Información geológica y de Suelos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

4. PROPIEDADES MORFOMÉTRICAS DE LA CUENCA 214.1. CLASIFICACIÓN DE LA CUENCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214.2. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LA SUBCUENCA DEL RIMAC . . . . . . . . . . . . . . . 21

4.2.1. ÁREA Y PERÍMETRO DE LA CUENCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214.3. PARAMETROS GEOMORFOLOGICOS DE LA CUENCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

4.3.1. PARÁMETROS DE FORMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234.3.2. INDICE DE COMPACIDAD O COEFICIENTE DE GRAVELIOS . . . . . . . . . . . . 234.3.3. COFICIENTE DE CIRCULARIDAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244.3.4. FACTOR DE FORMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244.3.5. COEFICIENTE DE FORMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244.3.6. COEFICIENTE DE ELONGACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254.3.7. RECTÁNGULO EQUIVALENTE O RECTÁNGULO DE GRAVELIUS . . . . . . . . . 25

4.4. OTROS PARÁMETROS ASOCIADOS A LA CUENCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274.4.1. Ancho Máximo (E) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274.4.2. Longitud al centro de gravedad (La) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

4.5. PARÁMETROS DE RELIEVE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

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ÍNDICE

4.5.1. PENDIENTE DE LA CUENCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274.5.2. CLASIFICACIÓN DE PENDIENTES EN UNA CUENCA . . . . . . . . . . . . . . . . 284.5.3. CURVA HIPSOMÉTRICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284.5.4. POLÍGONO DE FRECUENCIAS DE ÁREAS PARCIALES . . . . . . . . . . . . . . . . 30

4.6. PARÁMETROS DE LA RED HIDROGRAFICA DE LA CUENCA . . . . . . . . . . . . . . . . 314.6.1. NUMERO DE ORDEN DE UN CAUCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314.6.2. DENSIDAD DE DRENAJE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314.6.3. CONSTANTE DE ESTABILIDAD DEL RÍO (C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324.6.4. EXTENSION MEDIA DE ESCORRENTÍA SUPERFICIAL . . . . . . . . . . . . . . . . 32

4.7. CARACTERÍSTICAS DEL RELIEVE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334.7.1. PENDIENTE MEDIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334.7.2. CRITERIO DEL RECTÁNGULO EQUIVALENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334.7.3. PENDIENTE DE LA CORRIENTE PRINCIPAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344.7.4. PENDIENTE MEDIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4.8. RESUMEN FINAL DE LA GEOMORFOLOGÍA DE LA SUBCUENCA DEL RIMAC . . . . . 34

5. IDENTIFICACIÓN DE LAS ESTACIONES HIDROMÉTRICAS Y ANÁLISIS DE DATOS 355.1. ESTACIONES HIDROGRAFICAS Y CLIMATOLÓGICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355.2. ANÁLISIS DE DATOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

5.2.1. COMPLETACIÓN DE DATOS FALTANTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375.3. ANALISIS DE HOMOGENIDAD DE LOS DATOS DE LA CUENCA . . . . . . . . . . . . . . 375.4. PRESIPITACIÓN PROMEDIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

5.4.1. OBTENCIÓN DE LA PRESIPITACION PROMEDIO MEDIANTE EL METODO DETHIESSEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

6. ANALISIS Y DISCUCION DE LOS RESULTADOS 37

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1 INTRODUCCION

1 Introduccion

1.1 La Hidrologia

La hidrología es la ciencia que se dedica al estudio de la distribución, espacial y temporal, y las propiedadesdel agua presente en la atmósfera y en la corteza terrestre.Esto incluye las precipitaciones, la escorrentía, la humedad del suelo, la evapotranspiración y el equilibrio de lasmasas glaciares.Por otra parte, el estudio de las aguas subterráneas corresponde a la hidrogeología. La hidrología es una rama delas Ciencias de la Tierra.La Hidrología es la ciencia que tiene por objeto el estudio general de todos los procesos relacionados con el ciclodel agua en el planeta, tanto en lo que se refiere a ocurrencia como a acumulación y circulación.La hidrología es la ciencia que estudia el agua y sus manifestaciones en la atmósfera, sobre y debajo de la superficieterrestre; estudia asimismo sus propiedades y sus interrelaciones naturales.En el concepto anterior se debe entender que el concepto “agua” comprende el conjunto de fases en las que ésta seencuentra en la naturaleza (sólida, líquida o gaseosa).Su objetivo es obtener parámetros de diseño básicos para abordar diferentes estudios y obras relativos a la Ingenie-ría Civil. Es de suma importancia, aunque no parezca o mucha gente no escuche hablar del tema, todo complejo,ya sea habitacional o industrial, todo proceso de urbanización, toda obra civil de vías terrestres tales como puentes,carreteras, autopistas, todo fraccionamiento, colonias, etc. Cualquier edificio complejo como un campus univer-sitario, un estadio, un gimnasio de usos múltiples etc., requieren diseños por estudios hidrológicos. Conocer lasposibilidades y el comportamiento de las precipitaciones meteóricas de la zona es sumamente necesario para evitarinundaciones (desde sencillas hasta graves) para evaluar la necesidad de elementos de drenaje como un puente, unbordo de contención, un canal, etc.Evaluar la necesidad de obras de protección o aprovechamiento hidráulico como las presas (con las cuales tambiénpodría generarse energía). Por ejemplo, para calcular la cantidad de agua que debe transportar una alcantarilla, sedebe conocer la cantidad de lluvia que caerá en el área correspondiente.Asimismo podríamos subdividir a la Hidrología en:

1 Hidrología Superficial: la cual estudia las corrientes de agua que riegan la superficie de la tierra y sualmacenamiento en depósitos naturales (lagos, lagunas, ciénagas).

2 Hidrología Subterránea: en la que se incluyen los estudios del agua subterránea (acuíferos).

1.2 El estudio hidrológico en la ingeniería civil

Desde el punto de vista de la Ingeniería Civil, veremos que la Hidrología incluye los métodos para determinarel caudal como elemento de diseño de las obras que tienen relación con el uso y protección del agua, como es elcaso de represas, canales, acueductos y drenaje pluvial, entre otros.En la actualidad la hidrología ha llegado a convertirse en parte fundamental de los proyectos de ingeniería quetienen que ver con suministro de agua, disposición de aguas servidas, drenaje, protección contra la acción de ríosy recreación. De otro lado, la integración de la hidrología con la Geografía matemática en especial a través de lossistemas de información geográfica ha conducido al uso imprescindible del computador en el procesamiento deinformación existente y en la simulación de ocurrencia de eventos futuros.Los proyectos hidráulicos son de dos tipos: los proyectos que se refieren al uso del agua y los que se refieren a ladefensa contra los daños que ocasiona el agua. Los proyectos típicos de uso del agua son los de abastecimiento deagua potable, los de irrigación y los de aprovechamiento hidroeléctrico; comprenden, además, los de navegación,recreación y otros. Los proyectos típicos de defensa son los de drenaje urbano, drenaje vial y drenaje agrícola;comprenden, además, los de encausamiento de ríos, los de defensa contra las inundaciones y otros.En el Perú estamos bastante familiarizados con estos dos tipos de problemas que se presentan con el agua, los deutilización y los de defensa.El estudio de nuestros recursos hidrológicos corre por cuenta del Estado, siendo su objetivo proporcionar a losingenieros los elementos para el aprovechamiento y el control del recurso agua.

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1 INTRODUCCION

1.3 Aplicación de la hidrología en la ingeniería civil

La Hidrología es aplicada con mucha frecuencia para el diseño de obras civiles. El ingeniero civil que se ocupade proyectar, construir o supervisar el funcionamiento de instalaciones hidráulicas, sanitarias y otras obras civilesdebe resolver numerosos problemas prácticos. Éstos pueden ser de muy variado carácter, pero en la mayoría de loscasos será necesario el conocimiento de la hidrología para su solución. Los proyectos de ingeniería civil típicos deexplotación y uso de los recursos hídricos (agua) son:

1 Abastecimiento de agua potable,

2 Irrigación (riego tecnificado y riego por inundación)

3 Aprovechamiento hidroeléctrico (centrales hidroeléctricas)

4 Suministro de agua para múltiples usos

5 Navegación

6 Drenaje urbano (drenajes fluviales, evacuación de desechos)

7 Drenaje vial (dimensionamiento de puentes, alcantarillas en carreteras)

8 Drenaje agrícola (drenaje superficial, para la eliminación de aguas superficiales, innecesarias y perjudicia-les a la agricultura y a los asentamientos humanos; drenaje subsuperficial, para la eliminación de aguasperjudiciales para la agricultura y para las instalaciones técnicas)

9 Encauzamientos de ríos

10 Control de la erosión en cuencas

11 Dimensionamiento y operación de embalses

Como base para la realización de tales tareas, el ingeniero debe conocer los elementos básicos del ciclo hidrológico,los medios y métodos de medida de los mismos, las técnicas de tratamiento de datos y su interpretación. Además,debe saber establecerse adecuadamente las relaciones cuantitativas y cualitativas entre parámetros importantes,mediante la ayuda del análisis de sistemas, la estadística matemática, etc.

1.4 Importancia de la hidrologia en la ingenieria civil

Las aplicaciones de la hidrología son múltiples: elección de fuentes de abastecimiento para uso doméstico oindustrial, estudio y construcción de obras hidráulicas, drenaje, irrigación, control de polución y de erosión, nave-gación, en hidroeléctricas, sistemas hidráulicos complejos, preservación del medio ambiente y vida acuática, entremuchas otras. Por lo tanto es indispensable saber que la hidrología, Trata la generación artificial de caudales yel aprovechamiento de aguas subterráneas: procedimiento de Monte-Carlo, fenómeno de persistencia, modos deocurrencia de agua subterránea y la recarga de acuíferos.En el aspecto más general, un Proyecto Hidráulico está íntimamente ligado a los usos que el hombre hace del agua,pudiendo ser éstos los que la utilizan con fines de aprovechamiento y los que suministran protección contra losposibles efectos dañinos de ésta.De esta forma, el uso de la Hidrología en la Ingeniería Civil, es fundamental para el planeamiento, diseño yoperación de los proyectos hidráulicos, pues es el que se orienta hacia los parámetros hidrológicos de diseño. Sinembargo, dada la dependencia de esta ciencia de los aspectos meteorológicos y ambientales, los resultados deberánser considerados como estimados en muchos casos y por lo tanto será necesario complementar las incertidumbrescon métodos probabilísticos.Si el diseño en Ingeniería Civil se orienta al uso del agua con fines de Aprovechamiento, la Hidrología es empleada,por ejemplo, para estimar la posibilidad o no de realizar el abastecimiento de demandas de agua en una población,desde fuentes superficiales (Ríos, lagos) o Subterráneas.Entre los usos más comunes del agua con fines de Aprovechamiento se destacan:

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1 INTRODUCCION

1 Abastecimiento Urbano. Es el uso asociado a la satisfacción de los requerimientos futuros de Demandade agua para consumo doméstico, uso público, comercial, e industrial, principalmente. Una vez que se hadeterminado el valor dela Demanda de agua, los métodos dela Hidrología permiten realizar el análisis de lafuente que va a suministrarla. El estudio hidrológico incluye aquí el análisis de Caudales Medios y Mínimosen la fuente, entre otros.

2 Riego Agrícola. Mediante el aprovechamiento del agua se garantiza la oferta de agua necesaria en el suelopara garantizar el crecimiento de las plantas empleadas en la producción agrícola (consumo consuntivo).Los estudios hidrológicos en este uso se centran en el análisis del Clima, Evapotranspiración y Lluvia enperíodos cortos.

3 Hidroelectricidad. Este es el caso en que se captan caudales de corrientes superficiales (ríos) y se aprovechanlas diferencias de cota para generar energía eléctrica a través de la transformación de la energía hidráulica.Para este tipo de Proyectos de Ingeniería Civil, los estudios hidrológicos determinan la capacidad que tienela fuente para suministrar la demanda de energía, analizan las magnitudes de las crecientes que pueden atacara las obras civiles y cuantifican los procesos de sedimentación y determinan las condiciones de la descarga.Otro de los usos del agua es cuando se realizan obras de Protección, entre las que podríamos mencionar:

4 Control de Crecidas. Comprende las obras y acciones encaminadas a impedir los daños que ocasionan losdesbordamientos de aguas en los ríos u otros cuerpos superficiales en centros urbanos, plantaciones, etc.

5 Control de Erosión. Consiste en impedir la acción erosiva del agua, tanto en cauces como en el suelo. Con lasobras de Protección, la Hidrologíadaa la Ingeniería Civil los métodos que analizan los regímenes de caudalesmedios y extremos (máximos) de las corrientes de agua en los tramos de influencia de las obras viales, en laszonas que requieren de alcantarillados de aguas lluvias, y en las zonas inundables adyacentes a los cauces.

Finalmente, sean Obras de Aprovechamiento o de Protección, podremos pensar que los métodos dela Hidrologíarecolectan y procesan información histórica, programan y ejecutan actividades de campo en topografía, batimetrías,aforos líquidos y sólidos, toma y análisis de muestras de sedimentos, entre otros. Los resultados de éstos produceninformación sobre los siguientes aspectos:

1 Características climatológicas y morfométricas de las zonas que tienen influencia sobre el área del proyectoCivil.

2 Selección y capacidad de la fuente que suministrará el caudal que se entregará a los beneficiarios del pro-yecto.

3 Magnitud de los eventos extremos (Crecientes y Sequías), que pueden poner en peligro la estabilidad de lasobras civiles, o a los procesos de navegación o el suministro confiable de agua a los usuarios.

4 Transporte de sedimentos hacia las obras de captación y almacenamiento, o erosión de cauces naturales.

1.5 Objetivos de un estudio hidrológico

El presente documento contiene el estudio hidrológico realizado en la cuenca del río Rímac; cuyo objetivoprincipal es proporcionar información para el ordenamiento y gestión de los recursos hídricos. El estudio contieneaspectos concernientes a la descripción de las características geomorfológicas de la cuenca, climatología, pluvio-metría, hidrometría, disponibilidad hídrica, modelación y generación de caudales medios mensuales, demandashídricas, balance hídrico, máximas avenidas y sequías, y la ubicación de las nuevas estaciones hidrométricas enla cuenca del río Rímac. La cuenca del río Rímac, políticamente se encuentra ubicada en su mayoría en el de-partamento de Lima y en menor proporción en el departamento de Junín, enmarcándose en la provincia de Lima,Huarochirí y Yauli. La superficie total de la cuenca del río Rímac es de 3,503.95 km2, compuesto por nueve unida-des hidrográficas de nivel 5 (subcuenca Bajo Río Rímac, quebrada Jicamarca, Jicamarca-Santa Eulalia, Río SantaEulalia, Santa Eulalia-Párac, Quebrada Párac, Párac-Alto Río Rímac, Alto Río Rímac y Río Blanco). Las variablesclimatológicas evaluadas son la precipitación, temperatura (media, máxima y mínima), humedad relativa, evapo-ración, horas de sol, velocidad del viento y la evapotranspiración potencial. La cuenca del río Rímac correspondea la región de humedad de húmedo – sub-húmedo – árido y a la región de temperatura mesotérmico. En la eva-luación del comportamiento pluviométrico de la cuenca Rímac, se ha analizado la consistencia y completaciónde la información de precipitaciones mensuales de las 27 estaciones meteorológicas ubicadas en el ámbito de la

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2 FUNDAMENTO TEÓRICO

cuenca Rímac, asimismo se ha determinado las precipitaciones areales para las subcuencas de interés del períodode 1964-2009. En la evaluación del comportamiento hidrológico de la cuenca del río Rímac, se ha desarrollado lanaturalización y el análisis de consistencia de las descargas medias mensuales del río Rímac – estación Chosica.Con las descargas naturalizadas del período 1912-2009, se ha desarrollado el análisis de frecuencia al 75% depersistencia de la cuenca de estudio. La modelación hidrológica se ha realizado para la generación de las descargasmedias en las subcuencas de interés, para ello se ha aplicado el Método de Transferencia Hidrológica, utilizando lainformación de las descargas medias de la estación Chosica y las precipitaciones areales correspondientes a cadasubcuenca de interés. En la cuenca del río Rímac, en la estación Chosica se cuenta con la información histórica delas descargas medias mensuales del período de 1912-2009, información bastante considerable.La disponibilidad hídrica total anual de la cuenca del río Rímac es de 781.92 hm3, donde el volumen de 642.48hm3 corresponde al 75% de persistencia de la estación Chosica y el 139.45 hm3 corresponde al caudal promediodel Túnel Trasandino. La fuente hídrica corresponde a aguas superficiales de la cuenca. La demanda hídrica to-tal actual en la cuenca Rímac es de 635.0 hm3/año, distribuidas en uso agrícola de 105.15 hm3, uso poblacional501.44 hm3, uso minero 27.46 hm3 y uso industrial 0.95 hm3. El uso poblacional es de mayor significancia enla cuenca de estudio. El balance hídrico se ha desarrollado a nivel de la cuenca Rímac, teniendo como punto dereferencia o de control la estación Chosica. Según el resultado del balance, la cuenca Rímac presenta déficit hídricoen los meses de junio a noviembre y el superávit en los meses de diciembre a mayo, de la comparación entre laoferta y la demanda hídrica resulta un exceso anual de 146.92 hm3/año. En los eventos hidrológicos extremos, seha analizado y evaluado las máximas avenidas y sequías, cuyos resultados obtenidos son los caudales máximosinstantáneos para diferentes períodos de retorno para las subcuencas de interés y la sequía meteorológica e hidro-lógica a nivel de la cuenca Rímac. En la cuenca del río Rímac, se ha ubicado tres estaciones para la instalación ymejoramiento con equipos hidrológicos modernos, las estaciones son Ricardo Palma y Chosica en el río Rímac, yla estación Santa Eulalia en el río del mismo nombre.

1.6 Objetivos del informe

1 GeneralEvaluar el funcionamiento de la cuenca como un sistema hidrológico integral, estableciendo una herramientabásica para la planificación y gestión de los recursos hídricos en la cuenca del río Rímac.Una generalidad del objetivo es describir, evaluar, cuantificar y simular el funcionamiento de la cuenca comoun sistema hidrológico integral de los sucesos del ciclo hidrológico, analizando las principales componenteshidrometeorológicas como precipitación, temperatura, evapotranspiración y la escorrentía superficial comoparámetro principal e importante.Encontrar y hallar el balance hídrico en situación actual y futura para cada unidad hidrográfica de la cuencay a nivel de los distintos sistemas consumidores de agua, prebendo el uso y demanda total del uso del agua.

2 Específicos Sistematización de la información cartográfica de la cuenca.Determinar las características físicas de la cuenca. Análisis climatológico de la cuenca.Evaluación del comportamiento de la precipitación de la cuenca.Evaluación del comportamiento hidrométrico de la cuenca.Generación de las descargas medias en la cuenca.Determinar la disponibilidad de la cuenca.Determinar la demanda hídrica de la cuenca.Balance hídrico de la cuenca.Análisis de eventos extremos (máximas avenidas y sequías).Ubicación de red de estaciones hidrométricas.

2 Fundamento teórico

2.1 Definiciones

1 Cuenca Hidrográfica Unidad natural definida por la existencia de la divisoria de las aguas en un territorio da-do. Las cuencas hidrográficas son unidades morfográficas superficiales. Sus límites quedan establecidos por

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la divisoria geográfica principal de las aguas de las precipitaciones; también conocido como "parteaguas". Elparteaguas, teóricamente, es una línea imaginaria que une los puntos de máximo valor de altura relativa entredos laderas adyacentes pero de exposición opuesta; desde la parte más alta de la cuenca hasta su punto deemisión, en la zona hipsométricamente más baja. Al interior de las cuencas se pueden delimitar subcuencaso cuencas de orden inferior. La cuenca es un espacio geográfico cuyos aportes hídricos naturales son alimen-tados exclusivamente por la precipitación y donde los excedentes de agua convergen en un punto espacialúnico denominado “la exutoria”. La exutoria posee un determinado flujo anual, que se ve determinado porlas condiciones climáticas locales y regionales, así como por el uso del suelo prevaleciente. CaracterísticasFísicas de una Cuenca: Son elementos físicos que nos permiten conocer la variación en el espacio de loselementos del régimen hidrológico, desempeñan un papel importante en el estudio y comportamiento departe de los componentes del ciclo hidrológico. Las principales características son:Área de Drenaje Forma de la cuenca: Índice de Gravelius o coeficiente de compacidad y Factor de forma.Sistema de drenaje: Orden de las corrientes de agua, densidad de drenaje, extensión media de la escorrentíasuperficial, sinusoidad de las corrientes de agua. Características del relieve de una cuenca: Pendiente de lacuenca, curva hipsométrica, elevación media de la cuenca, pendiente de la corriente principal, rectánguloequivalente.

2 El río principal Actúa como el único colector de las aguas. A menudo la elección del río principal es arbitra-ria, pues se pueden seguir distintos criterios para su elección (el curso fluvial más largo, el de mayor caudalmedio, el de mayor caudal máximo, el de mayor superficie de cuenca, etc.). El río principal tiene un curso,que es la distancia entre su naciente y su desembocadura. En el curso de un río distinguimos tres partes:El curso superior, ubicado en lo más elevado del relieve, en donde la erosión de las aguas del río es vertical.Su resultado: la profundización del cauce.El curso medio, en donde el río empieza a zigzaguear, ensanchando el valle.El curso inferior, situado en las partes más bajas de la cuenca. Allí, el caudal del río pierde fuerza y losmateriales sólidos que lleva se sedimentan, formando las llanuras aluviales o valles.

3 Cauce Cauce o lecho de los ríos y arroyos. Conducto descubierto o acequia por donde corren las aguas parariegos u otros usos.

4 Thalweg Línea que une los puntos de mayor profundidad a lo largo de un curso de agua.

5 Margen derecha Si nos imaginamos parados en el medio del río, mirando hacia donde corre el río, es decirmirando aguas abajo, la margen derecha es la que se encuentra a nuestra derecha.

6 Margen izquierda Si nos imaginamos parados en el medio del río, mirando hacia donde corre el río, es decirmirando aguas abajo, la margen izquierda es la que se encuentra a nuestra izquierda.

7 Aguas abajo Con relación a una sección de un curso de agua, sea principal o afluente, se dice que un puntoesta aguas abajo, si se sitúa después de la sección considerada, avanzando en el sentido de la corriente.

8 Aguas arriba Es el contrario de la definición anterior (en castellano se utiliza también el término .asusoçonel mismo significado).

2.2 Las principales características de una cuenca hidrográfica

1 La curva cota–superficie Esta característica da una indicación del potencial hidroeléctrico de la cuenca.

2 El coeficiente de forma Da indicaciones preliminares de la onda de avenida que es capaz de generar.

3 El coeficiente de ramificación También da indicaciones preliminares respecto al tipo de onda de avenida.

2.3 Partes de una cuenca hidrográfica

1 CUENCA ALTA Es la parte de la cuenca hidrográfica en la cual predomina el fenómeno de la socavación.Es decir que hay aportación de material terreo hacia las partes bajas dela cuenca, visiblemente se ven trazasde erosión

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2 CUENCA MEDIA Es la parte de la cuenca hidrográfica en la cual mediamente hay un equilibrio entre elmaterial sólido que llega traído por la corriente y el material que baja.

3 CUENCA BAJA Es la parte de la cuenca sale. Visiblemente no hay erosión. Cuenca hidrográfica en la cualel material extraído de la parte alta se deposita.

2.4 Tipos de cuencas

1 EXORREICAS Avenan sus aguas al mar o al océano. Un ejemplo es la cuenca del Plata, en Sudamérica.

2 ENDORREICAS Desembocan en lagos o lagunas, siempre dentro del continente.

3 ARREICAS Las aguas se evaporan o se filtran en el terreno. Los arroyos, aguadas y cañadones de la mesetacentral patagónica pertenecen a este tipo, ya que no desaguan en ningún río u otro cuerpo hidrográfico deimportancia.

2.5 Delimitación de la cuenca

La delimitación de una cuenca se hace sobre un plano o mapa a curvas de nivel, en fotos aéreas, de acuerdo alas escalas que establezcan los mapas o cartas topográficos de un determinado lugar. Consiste en definir la líneade “DIVORTIUN AQUARIUM”, que es una línea curva cerrada que parte y llega al punto de captación mediantela unión de todos los puntos alto se interceptando en forma perpendicular a todas las curvas de altitudes del planoo carta topográfica, por cuya razón a dicha línea divisoria también se le conoce con el nombre de línea neutra deflujo. La longitud de la línea divisoria es el perímetro de la cuenca y la superficie que encierra dicha curva es elárea proyectada de la cuenca sobre un plano horizontal.

2.6 Parámetros geomorfológicos

Las características de la cuenca pueden ser explicadas a partir de ciertos parámetros o constantes que se ob-tienen del procesamiento de la información cartográfica y conocimiento de la topografía de la zona de estudio. Lacuenca como unidad dinámica natural es un sistema hidrológico en el que se reflejan acciones recíprocas entre pa-rámetros y variables. Las variables pueden clasificarse en variables o acciones externas, conocidas como entradas ysalidas al sistema, tales como: precipitación, escorrentía directa, evaporación, infiltración, transpiración y variablesde estado, tales como: contenido de humedad del suelo, salinidad, cobertura vegetal, entre otros. Los parámetros encambio permanecen constantes en el tiempo y permite explicar las características fisiomorfométricas de la cuenca.En general, las variables del sistema hidrológico cambian de tormenta a tormenta, en contraste con los parámetrosque permanecen invariables. En hidrología superficial existe una relación muy estrecha entre parámetros y varia-bles, relaciones que son muy bien aprovechadas por el ingeniero para solucionar problemas cuando se carece deinformación hidrológica en la zona de estudio. Los parámetros más importantes, que permiten definir la fisiografíade la cuenca son:

2.6.1 ÁREA (A)

Es la superficie de la cuenca comprendida dentro de la curva cerrada de “DIVORTIUN AQUARIUM”. Lamagnitud del área se obtiene mediante el planimetrado de la proyección del área de la cuenca sobre un planohorizontal. Dependiendo de la ubicación de la cuenca, su tamaño influye en mayor o menor grado en el aporte deescorrentía, tanto directa como de flujo de base o flujo sostenido. El tamaño relativo de estos espacios hidrológicosdefinen o determinan, aunque no de manera rígida, los nombres de micro cuenca, sub cuenca o cuenca, segúnexplica el cuadro:

8


CUADRO

UNIDAD HIDROLÓGICA ÁREA (km2) No DE ORDEN

Micro cuenca 10-100 1, 2, 3

Sub cuenca 101-700 4, 5

Cuenca Más de 700 6 a más

Cuadro 1: TAMAÑO RELATIVO DE LOS SISTEMAS HIDROLÓGICOS

2.6.2 PERÍMETRO (P)

Es la longitud de la línea de “DIVORTIUN AQUARIUM”. Se mide mediante el curvímetro o directamente seobtiene del Software en sistemas digitalizados.

2.6.3 COEFICIENTE DE GRAVELIUS O ÍNDICE DE COMPACIDAD (lC)

Parámetro a dimensional que relaciona el perímetro de la cuenca y el perímetro de un círculo de igual área queel de la cuenca. Este parámetro, al igual que el anterior, describe la geometría de la cuenca y está estrechamenterelacionado con el tiempo de concentración de del sistema hidrológico.Las cuencas redondeadas tienen tiempos de concentración cortos con gastos picos muy fuertes y recesiones rápidas,mientras que las alargadas tienen gastos picos más atenuados y recesiones más prolongadas.

IC = 0,28PA−1/2

P = Perímetro de la cuenca (km)A = Área de la cuenca (km2)

Las formas de la cuenca, en concordancia con los valores que adopte los índices de compacidad, se muestranen el siguiente cuadro.

CUADRO

CLASE DE FORMA ÍNDICE DE COMPACIDAD (Kc) FORMA DE LA CUENCA

Clase I 1.0 a 1.25 Casi redonda a oval-redonda

Clase II 1.26 a 1.50 Oval-redonda a oval-oblonga

Clase III 1.51 a 1.75 Oval-oblonga a rectangular-oblonga

Cuadro 2: FORMAS DE LACUENCA DE ACUERDO AL ÍNDICE DE COMPACIDAD

2.6.4 LONGITUD DE MÁXIMO RECORRIDO (L)

Es la medida de la mayor trayectoria de las partículas del flujo comprendida entre el punto más bajo del colectorcomún, conocido como punto emisor, y el punto más alto o inicio del recorrido sobre la línea de “DIVORTIUNAQUARIUM”. Este parámetro tiene relación directa con el tiempo de concentración de la cuenca, el mismo quedepende de la geometría de la cuenca, de la pendiente del recorrido y de la cobertura vegetal.

9


2.6.5 FACTOR DE FORMA (F)

s la relación entre el área A de la cuenca y el cuadrado del máximo recorrido (L).Este parámetro mide latendencia de la cuenca hacia las crecidas, rápidas y muy intensas a lentas y sostenidas, según que su factor deforma tienda hacia valores extremos grandes o pequeños, respectivamente. Es un parámetro a dimensional quedenota la forma redondeada o alargada de la cuenca.

F =AL2

A = Área de la cuenca (km2)L = Longitud de máximo recorrido (km)

2.6.6 NÚMERO DE ORDEN DE LA CUENCA (N)

Es un número que tiene relación estrecha con el número de ramificaciones de la red de drenaje. A mayornúmero de orden, es mayor el potencial erosivo, mayor el transporte de sedimentos y por tanto mayor también lacomponente de escorrentía directa que en otra cuenca de simular área. El número de orden de una cuenca es muyvulnerable a sufrir el efecto de escala, la misma que es necesario especificar siempre. Existen dos metodologíaspara determinar el orden de una cuenca, el criterio de Schumn y el criterio de Horton. El primero se determinaasignando el primer orden 1 a todos los cauces que no tienen tributarios y, en general la unión de dos cauces deigual orden determinan o dan origen a otro de orden inmediatamente superior y dos de diferente orden dan origen aotro de igual orden que el de orden mayor y así sucesivamente hasta llegar al orden de la cuenca. El cauce principaltiene el orden más elevado, que es nada menos el orden de la cuenca. El criterio de Horton sólo permite asignar elorden 1 a uno de los tributarios simples con fluyentes, siendo el otro de orden inmediatamente superior que haceun menor ángulo con la dirección del flujo en el punto de confluencia. Siguiendo la misma ley anterior se llega alnúmero de orden de la cuenca.

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2.6.7 FRECUENCIA DE DENSIDAD DE RÍOS (Dr)

Es el número de ríos por unidad de superficie de la cuenca. Se encuentra al dividir el número total del curso deagua (No ríos) entre el área total de la cuenca (A), es decir, que:

Dr =N◦Rios

A

No ríos = número de ríos de la cuencaA = área de la cuenca (km2)

2.6.8 FRECUENCIA DE DENSIDAD DE RÍOS (Dd)

Es un parámetro que se obtiene dividiendo la longitud total de las corrientes permanentes, intermitentes yefímeras, entre el área de la cuenca:

Dd =LTA

LT= longitud total de los ríos de la cuenca (km)A= área de la cuenca (km2)

2.6.9 ALTITUD MEDIA DE LA CUENCA (Hm)

Es la semisuma de las alturas de los extremos de la cuenca y tenemos:

Hm =Hmax−Hmın

2

H máx. = altura máxima de la cuenca (m.s.n.m)H mín. = altura mínima de la cuenca (m.s.n.m)

2.6.10 OTROS PARÁMETROS ASOCIADOS A LA CUENCA

1 Ancho Máximo (E) El ancho máximo de la cuenca (E), que generalmente pasa próximo al centro de grave-dad de la misma.

2 Ancho Medio (Bm) El ancho medio de la cuenca, está definido por la relación: (2.14) Lc A Bm

3 Longitud de la Cuenca (Lc) La longitud de la cuenca (Lc), es la distancia entre la salida y el punto másalejado, cercano a la cabecera del cauce principal, medida en línea recta.

4 Longitud al centro de gravedad (La) La longitud al centro de gravedad de la cuenca (La), que correspondea la distancia medida en línea recta desde el punto de concentración, al baricentro de la figura geométricaque corresponde a la cuenca, o hasta la proyección de este punto sobre el cauce principal.

5 Parametros de Relieve Para describir el relieve de una cuenca existen numerosos parámetros que han sidodesarrollados por varios autores; entre los más utilizados son: pendiente de la cuenca, indice de pendiente,curvas Hipsométricas, histograma de frecuencias altimétricas y relación de relieve.

6 Pendiente de la cuenca La pendiente media de la cuenca tiene una importante pero compleja relación conla infiltración, el escurrimiento superficial, la humedad del suelo y la contribución del agua subterránea alflujo en los cauces. Es uno de los factores físicos que controlan el tiempo del flujo sobre el terreno y tieneinfluencia directa en la magnitud de las avenidas o crecidas.

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3 INFORMACIÓN BÁSICA

2.7 Analisis de los datos de Precipitacion

La información pluviométrica o pluviográfica antes de ser estudiada en su comportamiento debe ser revisada yanalizada en tres aspectos importante: si los datos de la estación es completa, si es consistente y si es de extensiónsuficiente.

2.8 Estimación de datos faltantes

Muchas veces las estaciones pueden dejar de registrar información en algunos periodos de tiempo, debido afallas en los instrumentos o por ausencia del o observador. Esta información dejada de registrar puede ser indis-pensable para el análisis de fenómenos que involucren la precipitación, por tanto, se han desarrollado algunosmétodos sencillos para la estimación de la información pluviométrica faltante. En general, los datos de precipita-ciones faltantes son estimados en base a los registros de las estaciones cercanas. Para ello se utilizan los datos delas estaciones que si tienen los datos de los registros completos (“estaciones índices”), y se seleccionan de modoque estén lo más cerca posible y sean de altitud parecida a la estación en estudio.Estimación de registros diarios y mensuales faltantes Entre los métodos de estimación de registros diarios y men-suales faltantes se tienen:

1 Método del promedio aritmético

2 Método de la relación normalizada

3 Método del U. S. Nacional Weather Service

4 Método Racional Deductivo

3 información Básica

3.1 Ubicación de la Cuenca

La cuenca del rio Rímac se encuentra localizada en la región central y occidental del territorio Peruano.

3.1.1 Ubicación geográfica

La cuenca del río Rímac se encuentra ubicada entre las coordenadas geográficas 11◦36′52′′ y 12◦05′47′′ delatitud Sur y 76◦11′05′′ entre y 77◦04′36′′ de longitud Oeste. Ver mapa de la Figura 1

3.1.2 Ubicación Política

Políticamente la cuenca del río Rímac se encuentra ubicada en su mayoría en el departamento de Lima yen menor proporción en el departamento de Junín ; enmarcándose en la provincia de Lima, Huarochirí y Yaulirespectivamente. La demarcación política de la cuenca se indica en la Figura 2 y la Figura 3, el mapa de ubicaciónpolítica a escala mayor se muestra en el Volumen III.

3.1.3 Ubicación De Acuerdo a Las Unidades Hidrográficas del Perú

La cuenca del río Rímac pertenece hidrográficamente a la vertiente del Pacífico; el río Rímac nace en la Cor-dillera Central de los Andes y recorre perpendicularmente hasta desembocar en el Océano Pacífico. El detalle seindica en la Figura 4 y en la Figura 5 . La cuenca del río Rímac posee una extensión de 3503,95 km2, con unalongitud de 127.02 km, la parte húmeda es aproximadamente 2303,1 km2 que representa el 65,7% y correspondea la parte alta de la cuenca. El escurrimiento natural del río se origina como consecuencia de las precipitacionesestacionales que ocurren en su cuenca alta. En época de estiaje, durante los meses de junio a noviembre, el ríoRímac baja notoriamente su caudal, de acuerdo a los registros de la estación Chosica. La severidad de su estiaje se

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Figura 1: Ubicación geográfica de la cuenca del río Rímac

debe, a las características fisiográficas y de cobertura que presenta, sin embargo la presencia de nevados contribuyecon sus deshielos a elevar el caudal de estiaje. Durante esta época, el valle aprovecha el agua del subsuelo mediante

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Figura 2: Áreas de influencia de las provincias y distritos en la cuenca Rímac

pozos y agua proveniente de manantiales naturales. En su parte alta, la cuenca del río Rímac cuenta con un númeroconsiderable de lagunas, donde se regulan parcialmente y en forma natural, las aguas de precipitación. La capaci-dad de embalse de estas lagunas no es de consideración como para que sean utilizadas con fines de regulación delriego del valle, pero sí podrían tomarse en cuenta para proyectos de mejoramiento del riego de tierras cultivadasen la zona de sierra, en los distritos de Callahuanca, Ricardo Palma, entre otros. Las características generales delrégimen de descargas del río Rímac son similares a las que presentan la mayoría de los ríos de la Costa del Perú,con descargas irregulares, torrentoso y marcadas diferencias entre sus parámetros extremos. La probabilidad de quese presente un valor mínimo de 5.00 m3/s, corresponde a un porcentaje de 76% y de presentarse en el conjunto de

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Figura 3: Mapa de Ubicación Política de la Cuenca del río Rímac

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valores mínimos, con una probabilidad del 24%.

3.2 Recopilación de información básica

3.2.1 Cartografía

La información cartográfica y mapas temáticos consiste en:

1 Cartas Nacionales a escala 1/100,000 del IGN, con equidistancia mínima de curvas de nivel de 50 m, con-feccionado por métodos estéreo-fotogramétricos con control terrestre - 1971. Hojas 23-j, 23-k, 24-i, 24-j,24-k, 25-i y 25j.

2 Cartas Nacionales a escala 1/100,000 del IGN digitalizadas en Sistema de Información Geográfica (SIG);cobertura: red hidrográfica, curvas de nivel y nombres de la red hidrográfica.

3 Mapas temáticos como el de hidrológico, ecología, geología, grupos de suelos y capacidad de uso, y co-bertura vegetal de la cuenca del río Rímac, elaborados en el estudio del inventario de las fuentes de aguassuperficiales en la cuenca del río Rímac (2008); los cuales han sido corregidos y actualizados, y ha servidopara la generación de los mapas que conforman el Anexo III – Mapas.

4 Información cartográfica complementaria encontrada en la sede de la Administración Local de Agua ChillónRímac Lurín, y los encontrados en los distintos estudios anteriormente realizados.

3.2.2 Usos de Suelo

Se presenta la distribución de los suelos por su capacidad de uso mayor, donde se observa la predominanciade los suelos de protección y de pastoreo limitado. Los suelos con aptitud para cultivos en limpio, representan unapequeña parte de los suelos de la cuenca, confinados a lo que queda del valle Rímac, San Mateo y Santa Eulalia.El uso del suelo en la cuenca se puede agrupar en las siguientes categorías:

1 Cuenca Baja: Proceso de urbanización intensiva como parte de la expansión del área metropolitana de Lima,con múltiples usos incluyendo el habitacional, industrial, comercial y de servicios. El proceso de desarrollo alo largo del río Rímac es muy intensivo, con una fusión de actividades a lo largo de la cuenca y creando ligasfuncionales entre los diferentes poblados. La presencia de industrias metalúrgica, agroindustrial y papeleraes notable en la zona.

2 Cuenca Media: Desarrollo fraccionado debido a las condiciones topográficas, aunque prevalece el desarrollode actividades a lo largo de la Carretera Central y el cauce del río Rímac. La confluencia del río Rímac y elrío Santa Eulalia, marca el inicio de actividades menos intensivas y más dispersas espacialmente, producto delas condiciones geomorfológicas y sus limitaciones espaciales. En la cuenca media se localizan actividadesindustriales con impactos severos en la calidad del agua del río Rímac, debido a sus vertimientos sin trata-miento. En la subcuenca del río Santa Eulalia, la ubicación de los distintos usos responde a la localización yal trayecto de la carretera principal y los caminos vecinos.

3 Cuenca Alta: A lo largo del río Rímac, el desarrollo ha girado históricamente en torno a la actividad minera.Gran parte de los poblados tienen su origen en la instalación de plantas concentradoras de minerales ubicadasal borde de la carretera central y/o en los márgenes del río Rímac. En la parte alta de la cuenca, zona oriental,se encuentra la subcuenca del río Blanco, la cual presenta condiciones muy estables desde el punto devista ambiental. En la cuenca alta (subcuenca del río Santa Eulalia), se identifican áreas extensas de pastosaltoandinos, con algunos centros de población que forman unidades económicas basadas en actividadesde tipo pecuario, con una mayor fragmentación de la población en localidades por debajo de los 1,000habitantes. En Figura 6 se presenta la distribución areal del uso de los suelos de la cuenca, representado enel mapa de uso mayor de suelos de la Figura 7 , mapas temáticos de la cuenca Rímac.

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Figura 4: Ubicación hidrográfica de la cuenca del río Rímac

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Figura 5: Mapa hidrográfico de la cuenca del río Rímac

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Figura 6: Categorías de uso actual de la tierra – Cuenca río Rímac

3.2.3 Información geológica y de Suelos

La cuenca del río Rímac se ubica en la vertiente occidental de los Andes, desembocando en el Océano Pa-cífico. La parte alta de la Cordillera Central constituye la divisoria continental de las aguas. Geológicamente lacuenca está constituida por sedimentos marinos y continentales, los cuales fueron modificados en primer lugarpor efecto del emplazamiento del batolito de la Costa y en segundo lugar por procesos orogénicos y epirogénicosque generaron fuerzas tectónicas, dando como resultado el levantamiento de los Andes y la existencia de grandesestructuras geológicas como fallas, pliegues y sobre escurrimientos. Las cadenas de montañas resultantes fueronfuertemente erosionadas antes que se depositaran las llamadas “capas rojas” (formación Casapalca), los conglo-merados terciarios, las lavas y piro clastos terciario-cuaternarios, cuyas superficies niveladas fueron nuevamentedeformadas, originando un segundo sistema de montañas que forman parte del paisaje actual. Cronológicamente,en lo que actualmente es la cuenca del río Rímac, la secuencia estratigráfica indica que las rocas más antiguas co-rresponden al Jurásico superior (ver columna de sistema en la Figura 8 , representadas por la formación Arahuayque aflora en la parte central de la cuenca. Más adelante a fines del Valanginiano (Cretáceo inferior), se produceuna transgresión marina, originando depósitos de lutitas y calizas de la formación Pamplona, sobre las cuales sedepositaron sedimentos calcáreos de la formación Atocongo en la parte inferior de la cuenca (faja costera). A lolargo de la costa actual, ocurrió una fuerte actividad volcánica que dio origen a la formación Casma; seguidamen-te vino una transgresión a finales del Cretáceo inferior, depositándose sedimentos calcáreos de las formacionesChimú, Chulec y Pariatambo que se exponen en la parte alta de la cuenca. Durante el Cretáceo superior, ocurriónuevamente una emersión y plegamiento moderado de las rocas mesozoicas, dando origen a las llamadas “capasrojas” Casapalca que ocupan la parte alta de la cuenca, luego una nueva actividad volcánica durante el Tercia-rio inferior, depositó potentes paquetes de lavas que se intercalan con sedimentos continentales y cubren la partemedia y alta del área, constituyendo los grupos Rímac, Colqui y las formaciones Carlos Francisco y Río Blanco.Posteriormente, sobrevino un nuevo ciclo volcánico-sedimentario originando primero el volcánico Millotingo yluego la formación Huarochirí. Durante el Terciario superior deviene la sub-fase Tardiquichuana a la que se aso-cia el volcánico Pacococha, terminando así el ciclo deformatorio andino, desarrollándose una etapa de orogénesisque formó la superficie Puna, la que durante el pleistoceno fue levantada hasta más de 4,000 msnm finalmen-te durante el Plio-pleistoceno, se intensifica la erosión fluvial y glaciar, profundizando los valles y dando origena sedimentos modernos del Cuaternario; éstos se distribuyen en diferentes sectores de la cuenca, conformandodepósitos aluviales, coluviales, glaciares y fluvio glaciares. De ese modo, las rocas intrusivas y volcánicas, se dis-tribuyen ampliamente en la parte baja, media y alta de la cuenca, estando conformadas por granitos, granodioritas,tonalitas, dioritas y monzonitas principalmente y unidades menores de andesitas, dacitas y riodacitas. Las rocasplutónicas se encuentran intruyendo a rocas más antiguas, estando directamente relacionadas con la tectónica y

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Figura 7: Mapa de uso mayor de suelos – Cuenca río Rímac

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4 PROPIEDADES MORFOMÉTRICAS DE LA CUENCA

estratigrafía de la región. Estructuralmente, la cuenca muestra tres zonas bien diferenciadas. Una zona imbricadaen la parte media y alta de la cuenca, mostrando fallas y pliegues de carácter regional y local que se orientan deNO a SE y se caracteriza por la existencia de pliegues apretados y fallas inversas como resultado de una fuertetectónica compresiva (fase Incaica) que ha deformado las rocas con variada intensidad. Una segunda zona en laparte media de la cuenca, relativamente menos deformada que la anterior, cubierta ampliamente por rocas intru-sivas y volcánicas, donde las relaciones estructurales se manifiestan a través del contacto de los plutones sobrelos derrames volcánicos. Una tercera zona en la parte baja sobre la cordillera de la costa, donde se evidencia unintenso fracturamiento transversal a la orientación andina, con fallas y fracturas de rumbo E-O y NE-SO, dondesobresalen estructuras importantes como el anticlinal de Lima y la gran falla regional que se inicia en la quebradaCanto Grande. Asimismo, el río Rímac describe un alineamiento de menor resistencia, en las diferentes unidadesque atraviesa, mostrando control estructural en diversos sectores, cortado por fallas regionales de rumbo NO-SE,como se aprecia en las partes altas de Casapalca, alrededor del puente Infiernillo, Tambo de Viso y eje de la quebra-da Canta, cerca a Matucana. La cuenca del río Rímac, no cuenta con información detallada de intensidades sobresismos destructores; sin embargo, la historia sísmica de la zona, muestra registros de sismos de gran magnitud quehan afectado mayormente la ciudad de Lima y poblaciones cercanas con características catastróficas, algunos delos cuales han alcanzado intensidades de VII a X de la escala modificada de Mercalli, dejando como resultadomuertes y daños materiales de consideración. Las características morfológicas de la cuenca, dominadas por laderascon fuertes pendientes, afloramientos líticos fuertemente intemperizados y procesos morfo dinámicos activos, hacesuponer que esta actividad puede ocasionar modificaciones en el ambiente a partir de derrumbes, deslizamientos,embalses e inundaciones.


4.1 CLASIFICACIÓN DE LA CUENCA

CUADRO

SUPERFICIE CUBIERTA CLASIFICACIÓN

<25 Km2 Microcuenca

25-250 Km2 Pequeña

250-500 Km2 Intermedia Pequeña

500-2500 Km2 Intermedia -Grande

2500-5000 Km2 Grande

>5000 Km2 Muy Grande

Cuadro 3: CLASIFICACIÓN DE LA CUENCA

Con los datos obtenidos en el apartado anterior y según el cuadro de clasificación de la cuenca deducimos quela cuenca es de :

Clasificación Grande.

4.2 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LA SUBCUENCA DEL RIMAC

4.2.1 ÁREA Y PERÍMETRO DE LA CUENCA

El área es la proyección horizontal de la cuenca, conocida también como área de recepción o de drenaje; seexpresa en hectáreas sí la cuenca es pequeña o en km2, cuando ésta es mayor.

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Figura 8: Columna estratigráfica esquemática de la cuenca del río Rímac

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El perímetro de la cuenca se refiere a la longitud de la divisoria de aguas. Es característico para cada cuenca,pues su magnitud será diferente aun cuando su área sea igual a otra.

La subcuenca del Rímac tiene un área de drenaje 3328.1981 km2 y un perímetro de 386.353 km

4.3 PARAMETROS GEOMORFOLOGICOS DE LA CUENCA

4.3.1 PARÁMETROS DE FORMA

4.3.2 INDICE DE COMPACIDAD O COEFICIENTE DE GRAVELIOS

Definida por Gravelius, es la relación entre el perímetro de la cuenca y el perímetro equivalente de una circun-ferencia que tiene la misma área de la cuenca, está expresada por:

Kc = 0,28P√A

Kc = 1,875

CUADRO

Criterio de forma ÍNDICE DE GRAVELIUS FORMA

1-1,25 Casi redonda a oval redonda (compactada)

1,25-1,50 Casi oblonga a oval oblonga

1,50-1,75 Casi oblonga a rectangular oblonga

>1,75 Casi rectangular (alargada)

Cuadro 4: Criterio de forma

El índice es mayor a 1.75, esta relación indica que la forma de la cuenca está entre casi rectangular alargada,por lo tanto disminuye la probabilidad de que sea cubierta en su totalidad durante una tormenta.

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4.3.3 COFICIENTE DE CIRCULARIDAD

Cociente entre el área de la cuenca y el círculo cuya circunferencia es equivalente es equivalente al perímetrode la cuenca.

Rci =4πAP2

Rci = 0,2802

4.3.4 FACTOR DE FORMA

Relación entre el ancho promedio y la longitud de la cuenca, Dado que el ancho promedio puede expresarse enfunción al área y longitud de la cuenca, el factor de forma queda expresado por estas dos últimas medidas.

F =AL2

1 LONGITUD DE LA CUENCA (L): Longitud entre el punto de aforo y el punto más alejado de la cuenca.

Figura 9: Longitud De Cuenca

Longitud del cauce principal:L = 144,45Km

F =AL2

F = 0,1595

4.3.5 COEFICIENTE DE FORMA

Relación entre la anchura media Bm de la cuenca y la longitud media (Lmc).Dónde:

Bm = 27,58Km

K f =BmL

K f = 0,1909

Bm = Ancho media de la cuenca.L= Longitud media de la cuenca (distancia entre la salida y el punto más alejado de la cuenca).

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4.3.6 COEFICIENTE DE ELONGACIÓN

Relación entre el diámetro de un círculo que tenga la misma superficie de la cuenca y la longitud principal delrío.

Re = 1,128

√A

LRe = 0,4505

4.3.7 RECTÁNGULO EQUIVALENTE O RECTÁNGULO DE GRAVELIUS

El rectángulo equivalente es una transformación geométrica, que permite representar a la cuenca, de su formaheterogénea, con la forma de un rectángulo, que tiene la misma área y perímetro (mismo índice de compacidad),igual distribución de alturas (igual curva hipsométrica), e igual distribución de terreno, en cuanto a sus condicionesde cobertura. En este rectángulo, las curvas de nivel se convierten en rectas paralelas al lado menor, siendo estoslados, la primera y última curva de nivel.

1 CÁLCULO DE LOS LADOS L Y l DEL RECTÁNGULO Este parámetro geomorfológico es muy impor-tante, porque expresa el comportamiento hidrológico de una cuenca, mediante un rectángulo de igual área,el mismo perímetro, igual coeficiente de compacidad e idéntica variación hipsométrica. En otras palabras,se dice que es una expresión que relaciona el perímetro y el área de una cuenca tratando de reducirla a lasdimensiones de un rectángulo.

Kc = 1,885

A = L∗ l

P = 2(L+ l)

L =KC√

A1,128

1+

√1−(

1,128KC

)2

l =KC√

A1,128

1−

√1−(

1,128KC

)2

Dónde:Kc = Coeficiente de CompacidadA = Área de la cuencaL = Lado mayor del rectángulol = Lado menor del rectánguloEn el Arcgis-Arcmap calculamos las áreas entre curvas:

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CUADRO

L(Km) = 174.055

l(Km) = 19.122

A(Km2) = 3328.198

Cuadro 5: ArcGis

Cuadro 6: ResultadosINTERVALO Z MIN Z MAX AREA Li

1 186.003 614.65 277.162 L1 14.4952 614.65 1043.29 234.226 L2 12.2493 1043.29 1471.94 235.878 L3 12.3364 1471.94 1900.58 223.325 L4 11.6795 1900.59 2329.23 186.869 L5 9.7736 2329.23 2757.87 165.135 L6 8.6367 2757.88 3186.52 161.659 L7 8.4548 3186.52 3615.16 193.498 L8 10.1199 3615.17 4043.81 240.972 L9 12.602

10 4043.81 4472.46 410.941 L10 21.49111 4472.46 4901.1 825.279 L11 43.1612 4901.1 5328.43 173.258 L12 9.061

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4.4 OTROS PARÁMETROS ASOCIADOS A LA CUENCA

4.4.1 Ancho Máximo (E)

El ancho máximo de la cuenca (E), que generalmente pasa próximo al centro de gravedad de la misma.

4.4.2 Longitud al centro de gravedad (La)

La longitud al centro de gravedad de la cuenca (La), que corresponde a la distancia medida en línea recta desdeel punto de concentración, al baricentro de la figura geométrica que corresponde a la cuenca, o hasta la proyecciónde este punto sobre el cauce principal.

4.5 PARÁMETROS DE RELIEVE

Para describir el relieve de una cuenca existen numerosos parámetros que han sido desarrollados por variosautores; entre los más utilizados son: pendiente de la cuenca, indice de pendiente, curvas Hipsométricas, histogramade frecuencias altimétricas y relación de relieve.

4.5.1 PENDIENTE DE LA CUENCA

La pendiente media de la cuenca tiene una importante pero compleja relación con la infiltración, el escurri-miento superficial, la humedad del suelo y la contribución del agua subterránea al flujo en los cauces. Es uno delos factores físicos que controlan el tiempo del flujo sobre el terreno y tiene influencia directa en la magnitud delas avenidas o crecidas.

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4.5.2 CLASIFICACIÓN DE PENDIENTES EN UNA CUENCA

CUADRO

PENDIENTE% TIPO DE TERRENO

2 Plano

5 Suave

10 Accidentado Medio

15 Accidentado

25 Fuertemente Accidentado

50 Escarpado

>50 Muy Escarpado

La cuenca estudiada tiene 46.28% de pendiente por lo tanto se clasifica como :

ESCARPADO

4.5.3 CURVA HIPSOMÉTRICA

Las curvas hipsométricas son aquéllas que representan la relación entre la altitud y el área acumulada pordebajo o por encima de dicha altitud. Muestran la variación del área acumulada por debajo o por encima deuna determinada altitud de la cuenca. El relieve de la superficie de una cuenca está caracterizado por sus curvashipsométricas.

CUADRO

Cota mínima (msnm) = 186.003

Cota máxima (msnm) = 5328.43

Número de intervalos = 12

Altura de intervalo = 428.5354

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COTA(msnm) AREA (KM2)NUM MAXIMO MINIMO PROMEDIO INTERVALO ACUMULADO % ACUM % INTER

1 186.00301 614.65 400.33 277.16 3328.2 100 8.33

2 614.65 1043.29 828.97 234.23 3051.04 91.67 7.04

3 1043.29 1471.94 1257.62 235.88 2816.81 84.63 7.09

4 1471.94 1900.58 1686.26 223.33 2580.94 77.55 6.71

5 1900.59 2329.23 2114.91 186.87 2357.61 70.84 5.61

6 2329.23 2757.87 2543.55 165.13 2170.74 65.22 4.96

7 2757.88 3186.52 2972.2 161.66 2005.61 60.26 4.86

8 3186.52 3615.16 3400.84 193.5 1843.95 55.4 5.81

9 3615.17 4043.81 3829.49 240.97 1650.45 49.59 7.24

10 4043.81 4472.46 4258.14 410.94 1409.48 42.35 12.35

11 4472.46 4901.1 4686.78 825.28 998.54 30 24.8

12 4901.1 5328.43 5114.77 173.26 173.26 5.21 5.21

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4.5.4 POLÍGONO DE FRECUENCIAS DE ÁREAS PARCIALES

El polígono de frecuencias es un gráfico de barras de las áreas parciales (%) con respecto a las altitudes (msnm)que las encierran. Representa la variación de las áreas parciales comprendidas entre determinadas curvas de nivelconsecutivas. De este polígono es posible encontrar el área parcial más frecuente.Con los datos de áreas parciales (%).Viene a ser la gráfica siguiente de la columna del promedio y en% de intervalo

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4.6 PARÁMETROS DE LA RED HIDROGRAFICA DE LA CUENCA

4.6.1 NUMERO DE ORDEN DE UN CAUCE

La cuenca como se observa en la figura es de SÉPTIMO ORDEN.

Figura 10: Orden de las ramas de la cuenca

Orden No de Veces Longitud (Km)

1 1026 4385.32

2 4587 1816.31

3 2528 856.20

4 1287 391.15

5 806 206.67

6 385 95.31

7 367 105.00

LONGITUD TOTAL 7855.96

4.6.2 DENSIDAD DE DRENAJE

La densidad de drenaje, relaciona la longitud total de los cursos de agua con su área total.

Dd =LT

A

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Con el programa utilizado se halla la longitud: LT=7855.96 Km

Dd = 2,360Km/Km2

Las mayores densidades de drenaje se encuentran en rocas blandas de baja permeabilidad y en regiones con escasacobertura vegetal, sobre todo allí donde la precipitación se distribuye en aguaceros intensos y espaciados.

4.6.3 CONSTANTE DE ESTABILIDAD DEL RÍO (C)

C =A

LT=

1Dd

C = 0,424

4.6.4 EXTENSION MEDIA DE ESCORRENTÍA SUPERFICIAL

Se define como la relación entre el área total de la cuenca y cuatro veces la longitud de los cauces. Esteparámetro geomorfológico indica, la distancia, en línea recta, que el agua precipitada tendrá que escurrir parallegar al lecho de un curso de agua. Se expresa mediante:

l =A

4LT

l = 0,106Km2/km

DENSIDAD DE DRENAJE(Dd) 2.360

CONSTANTE DE ESABILIDAD DE RIO (C) 0.424

EXTENSION MEDIA DE ESCORRENTIA SUPERFICIAL 0.106

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4.7 CARACTERÍSTICAS DEL RELIEVE

4.7.1 PENDIENTE MEDIA

Cuadro 7:Orden Número Pendiente

de la Red de Promedio (1)x(2)Hídrica Veces (1) (%)(2)

1 166743 1.698 283192.012 68224 1.55 1057693 32299 1.365 440884 14912 1.295 193065 7902 1.155 91276 3677 1.236 45437 4002 1.087 4352

Total= 297759 470377.01

Pendiente Promedio= 1.58%

4.7.2 CRITERIO DEL RECTÁNGULO EQUIVALENTE

Este criterio otorga como pendiente de la cuenca a la pendiente del rectángulo equivalente, es decir:

S =HL

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Donde:S: Pendiente de la cuencaH: desnivel total en KmL: Lado mayor del rectángulo equivalente en Km.

S =5,328−0,186

174,055

S = 2,95%

4.7.3 PENDIENTE DE LA CORRIENTE PRINCIPAL

La pendiente de la corriente principal o de cauce, se puede calcular de las formas:

4.7.4 PENDIENTE MEDIA

Diferencia total de elevación del lecho del río dividido por su longitud entre esos puntos.

S1 =5,328−0,186

144,45= 3,56%

4.8 RESUMEN FINAL DE LA GEOMORFOLOGÍA DE LA SUBCUENCA DEL RIMAC

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5 IDENTIFICACIÓN DE LAS ESTACIONES HIDROMÉTRICAS Y ANÁLISIS DE DATOS


5.1 ESTACIONES HIDROGRAFICAS Y CLIMATOLÓGICAS

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Algunas cuencas no son consideradas esto dependerá si influyen en la cuenca estudiada, lo cual lo sabremoscuando saquemos la precipitación promedio por el método del polígono de thiesen. Como se puede observar setomó estaciones de las cuencas de LURIN, CHILLON e incluso de la cuenca de MALA, esto para ayudarnos enlos datos faltantes de estaciones cercanas a ellos que pudieran ser preponderantes en el análisis e la cuenca.

Figura 11: . Ubicación de las estaciones climatológicas

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6 ANALISIS Y DISCUCION DE LOS RESULTADOS

Figura 12: Ubicación de estaciones hidrométricas

5.2 ANÁLISIS DE DATOS

Ya detallados en las páginas anteriores de los métodos usados para análisis de datos que consiste en el llenadode datos faltantes, aplicando el MÉTODO DE RACIONAL DEDUCTIVO y en el caso de los años faltantes conningún mes como dato usamos los métodos de Métodos del U.S. WEATHER BUREAU y el de REGRESIÓNLINEAL.De aquí en adelante se procederá a mostrar el procedimiento seguido en los análisis de las estaciones escogidas.

5.2.1 COMPLETACIÓN DE DATOS FALTANTES

5.3 ANALISIS DE HOMOGENIDAD DE LOS DATOS DE LA CUENCA

Para lo cual se tomó el método de la PRUEBA ESTADISTICA DE HELMERT Pondremos un ejemploprocedimentalmente y el resto se mostrara de manera directa.

5.4 PRESIPITACIÓN PROMEDIO

5.4.1 OBTENCIÓN DE LA PRESIPITACION PROMEDIO MEDIANTE EL METODO DE THIES-SEN

Para este cálculo nos ayudamos con el programa ARCGIS en su extensión de ARCMAP para ser el cálculo deáreas de influencia de cada estación sobre nuestra cuenca.Primeramente tenemos que ubicar nuestras estaciones geográficamente para ello usamos en programa de GOOGLEEARTH COMO SE MUESTRA A CONTINUACION.


1 La sistematizacion de la informacion cartografica de la cuenca Rimac, se ha procesado en el Sistema deInformación Geográfica (SIG), y se ha generado los mapas de ubicacion geografica, hidrografica, politica,mapas tematicos de la geomorfologia, ecologia, geologia, ecologia y suelos.

2 En las caracteristicas geomorfologicas, se ha determinado los parametros de forma, relieve y red hidrograficade la cuenca. El area de la cuenca Rimac es de 3503.95 km2.

3 En el analisis climatologico de la cuenca Rimac, se ha evaluado la precipitacion, temperatura (media, ma-xima y minima), humedad relativa, evaporacion, horas de sol, velocidad del viento y la evapotranspiracionpotencial. La cuenca del rio Rimac corresponde a la region de humedad de humedo ¡V sub-humedo ¡V aridoy a la region de temperatura mesotermico.

4 En la evaluacion del comportamiento pluviometrico de la cuenca Rimac, se ha analizado la consistencia ycompletacion de la informacion de precipitaciones mensuales de las 27 estaciones meteorologicas ubicadas

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en el ambito de la cuenca Rimac, asimismo se ha determinado las precipitaciones areales para las subcuencasde interes del periodo de 1964-2009.

5 En la evaluacion del comportamiento hidrologico de la cuenca del rio Rimac, se ha desarrollado la naturali-zacion y el analisis de consistencia de las descargas medias mensuales del rio Rimac ¡V estacion Chosica.Con las descargas naturalizadas del periodo 1912-2009, se ha desarrollado el analisis de frecuencia al 75%de persistencia de la cuenca de estudio.

6 En la cuenca del rio Rimac, en la estacion Chosica se cuenta con la informacion historica de las descargasmedias mensuales del periodo de 1912-2009, informacion bastante considerable. La modelacion hidrologicase ha realizado para la generacion de las descargas medias en las subcuencas de interes, para ello se haaplicado el Metodo de Transferencia Hidrologica, utilizando la informacion de las descargas medias de laestacion Chosica y las precipitaciones areales correspondientes a cada subcuenca de interes.

7 La disponibilidad hidrica total anual de la cuenca del rio Rimac es de 781.92 hm3, donde el volumen de642.48 hm3 corresponde al 75% de persistencia de la estacion Chosica y el 139.45 hm3 corresponde alcaudal promedio del Tunel Trasandino. La fuente hidrica corresponde a aguas superficiales de la cuenca.

8 La demanda hidrica total actual en la cuenca Rimac es de 635.0 hm3/ano, distribuidas en uso agricolade 105.15 hm3, uso poblacional 501.44 hm3, uso minero 27.46 hm3 y uso industrial 0.95 hm3. El usopoblacional es de mayor significancia en la cuenca de estudio.

9 El balance hidrico se ha desarrollado a nivel de la cuenca Rimac, con el proposito de conocer el deficit yexceso del recurso hidrico existente en la cuenca, teniendo como punto de referencia o de control la estacionChosica. Segun el resultado del balance, la cuenca Rimac presenta deficit hidrico en los meses de junio anoviembre y el superavit en los meses de diciembre a mayo, de la comparacion entre la oferta y la demandahidrica resulta un exceso anual de 146.92 hm3/año.

10 En el analisis de los eventos hidrologicos extremos, se ha evaluado las maximas avenidas y sequias, cuyosresultados obtenidos son los caudales maximos instantaneos para diferentes periodos de retorno para lassubcuencas de interes y la sequia meteorologica e hidrologica a nivel de la cuenca Rimac.

11 En la cuenca del rio Rimac, se ha ubicado tres estaciones para la instalacion y mejoramiento con equiposhidrologicos modernos, las estaciones son Ricardo Palma y Chosica en el rio Rimac, y la estacion SantaEulalia en el rio del mismo nombre.

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REFERENCIAS

Referencias

[1] PHP Web-Seite: http://cgedmundo.wordpress.com/

[2] PHP Web-Seite: http://www.ana.gob.pe/

[3] PHP Web-Seite: http://www.senamhi.gob.pe/

[4] PHP Web-Seite: http://www.youtube.com/channel/UC5vy3lRb8fJ-vHA87XcbCgA

[5] PHP Web-Seite: http://www.youtube.com/watch?v=qmldnqtV_Do

[6] PHP Web-Seite: http://topografiasatelital.com/

[7] PHP Web-Seite: http://www.youtube.com/watch?v=ln7p8hONV9o

[8] PHP Web-Seite: http://www.youtube.com/watch?v=zo39Xp66XXw

[9] PHP Web-Seite: http://latex.informatik.uni-halle.de/latex-online/latex.php

[10] PHP Web-Seite: http://es.wikipedia.org/wiki/Hidrologia

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