Analisis Hidrologico de La Crecida Del Rio Tumbes Con Hec-hms y Hec-ras

SERVICIO NACIONAL DE METEOROLOGIA E HIDROLOGIADIRECCION GENERAL DE HIDROLOGIA Y RECURSOS HIDRICOS

ANALISIS HIDROLOGICO DE LA CRECIDA EXTRAORDINARIA DEL RIO TUMBES DEL

27/02/2006

Ing. Oscar Felipe Obando

Hidrólogo del SENAMHI

SAN CARLOS 15 MAYO-2007

CONTENIDO

I. INTRODUCCION

II. OBJETIVO

III. MATERIALES Y METODOS

IV. RESULTADOS PRELIMINARES

V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

I. INTRODUCCION El río Tumbes es uno de los ríos de mayor aporte hídrico de los

ríos del territorio peruano que drenan a vertientente del Pacífico. Durante el periodo de avenidas de febrero – marzo, y durante años de excesos hídricos, las crecidas súbitas ocasionan inundaciones que provocan desastres en la ciudad de Tumbes, ubicada en la zona norte del Perú, en el límite con el Ecuador.

En la presente exposición se aborda el análisis hidrológico de la crecida extraordinaria del río Tumbes, ocurrida el 27 de febrero del 2006, bajo un enfoque de la modelización hidrológica e hidraúlica del Evento, metodología que debe ser incorporada en la componente de predicción hidrológica del Sistema Alerta Temprana de la Región Tumbes.

II. OBJETIVOSOBJETIVO GENERAL

Describir y analizar las Tormentas que provocaron la crecida extraordinaria del ríos Tumbes y mediante simulación hidrológica e hidraúlica determinar el caudal pico que ocasionó el desborde y las áreas de afectación.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Desarrollar Hidrogramas Sintéticos a partir de tormentas registradas en estaciones remotas en la cuenca. Los resultados generados se analizan y calibran contrastándolos con caudales registrados en un punto de control establecido sobre el cauce principal.

Simular el caudal máximo de la crecida del río Tumbes, mediante la aplicación del modelo HEC-HMS.

Simular perfiles hidráulicos para el caudal de crecida del río Tumbes, mediante la aplicación del modelo HEC - RAS

III. MATERIALES Y METODOS3.1 DESCRIPCION GENERAL DEL AREA DE ESTUDIO

El río Tumbes, es un río internacional que tiene sus nacientes en territorio ecuatoriano, y donde es conocido como río Puyango, al ingresar al territorio peruano toma el nombre de río Tumbes. Su cuenca de drenaje políticamente comprende las provincias de El Oro y Loja en la República del Ecuador y el departamento de Tumbes en la República del Perú.

En territorio peruano la extensión de la cuenca es de 1893,0 km/2 y la longitud del río es de 142,0 km.

CUENCA DEL RIO TUMBES

3.1.1 PARAMETROS HIDROMORFOLOGICOS DE LA CUENCA

Modelo Numérico del TerrenoAtlas hidrológico de la cuenca

SC-1

SC-2

3.1.2 CARACTERISTICAS HIDROCLIMATICAS DE LA CUENCA

ISOYETAS ANUALES

Temperatura max : 30 ºCTempertaura mín : 18 ºCPrecipitación media : 800 mm/añoHumedad Relativa : De 72% a 80%Et : 1000.00 a 1100,0 mm/año Caudal promedio anual : 111,5 m3/sCaudal promedio de ave : 223,0 m3/sCaudal promedio estiaje : 35,5 m3/sCaudal Màximo histórico : 3713,0 m3/s Niño 82/83

CARACTERISTICAS HIDROCLIMATICAS ............CONTINUACIONPRECIPITACION MENSUAL EN AÑOS NORMALES

ESTACION : RICAPLAYA

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

SET. OCT. NOV. DIC. ENE. FEB. MAR. ABR. MAY. JUN. JUL. AGO.

Año Hidrológico

Pp (m

m)

PRECIPITACION MENSUAL EN AÑOS "EL NIÑO" ESTACION : RICAPLAYA

0.0

200.0

400.0

600.0

800.0

1000.0

1200.0

1400.0

1600.0


Año Hidrológico

Pp (m

m)

CARACTERISTICAS HIDROCLIMATICAS ..............CONTINUACION

Caudal promedio mensual durante Años NormalesEstación : El Tigre

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

SEP OCT NOV DIC ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO

Año Hidrológico

Caud

al (m

3/s)

Caudal promedio mensual durante Años El NiñoEstación : El Tigre

0.00

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

700.00

800.00

900.00

SEP OCT NOV DIC ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO

Año Hidrológico

Caud

al (m

3/s)

Caudal promedio mensual del río Tumbes Estación : El Tigre

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1963

1964

1965

1966

1967

1968

1969

1970

1971

1972

1973

1974

1975

1976

1977

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

Caud

al (m

3/s)

1982-83

1997-98

caudal (m3/s)

Perc

ent

350030002500200015001000500

40

30

20

10

0

Histograma de caudales màximos instantáneos del río Tumbes250 < Qmax < 750 m3/s : 35%

750 < Qmax < 1250 m3/s : 9 %

1250 < Qmax < 1750 m3/s : 22%

1750 < Qmax < 2250 m3/s : 13%

2250 < Qmax < 2750 m3/s : 13%

2750 < Qmax < 3750 m3/s : 8 %

Caudales Máximos Instantáneos

Máximos promedio decadales

1979 - 89 Q promedio máx : 1458,0

3 - 99 Q promedio máx : 1400,0

1999 - 06 Q promedio máx : 1312,0

CARACTERISTICAS HIDROCLIMATICAS ..............CONTINUACION

Ajuste probabilistico de los caudales maximos a una Distribución Gamma

T Qmax10000 7140 4350 99202000 6170 3870 84601000 5740 3660 7830200 4730 3130 6330100 4280 2890 568050 3820 2640 501020 3200 2270 412010 2690 1970 34205 2160 1620 27003 1740 1320 21602 1340 1000 1670

Interval de confianza (95%)

Curvas de persistencia mensual de caudales del río Tumbes

0.00

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00


Cau

dal (

m3/

s)10%

20%

50%

75%

80%

90%

Curvas de Persistenciade Caudal

3.2 CURVAS IDF

Periodode retorno

(Años) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 1203 113.4 67.5 49.8 40.1 33.9 29.6 26.4 23.8 21.8 20.2 18.8 17.65 154.8 92.1 67.9 54.7 46.3 40.4 36.0 32.6 29.8 27.5 25.6 24.010 211.3 125.6 92.7 74.7 63.2 55.1 49.1 44.4 40.7 37.6 35.0 32.8

20 266.7 158.6 117.0 94.3 79.8 69.6 62.0 56.1 51.3 47.4 44.2 41.450 337.7 200.8 148.2 119.4 101.0 88.1 78.5 71.0 65.0 60.1 55.9 52.4

100 391.4 232.8 171.7 138.4 117.1 102.1 91.0 82.3 75.3 69.6 64.8 60.7

Intensidades máximas .- Estación El Tigre (mm/hora)Duración en minutos

Periodode retorno

(Años) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 1203 118.1 70.2 51.8 41.8 35.3 30.8 27.4 24.8 22.7 21.0 19.6 18.35 144.3 85.8 63.3 51.0 43.1 37.6 33.5 30.3 27.8 25.7 23.9 22.410 176.7 105.0 77.5 62.5 52.8 46.1 41.1 37.1 34.0 31.4 29.2 27.420 207.8 123.6 91.2 73.5 62.2 54.2 48.3 43.7 40.0 37.0 34.4 32.250 246.0 146.2 107.9 87.0 73.6 64.2 57.2 51.7 47.3 43.7 40.7 38.1100 273.7 162.7 120.1 96.8 81.8 71.4 63.6 57.5 52.7 48.7 45.3 42.4

Intensidades máximas .- Estación Cabo Inga (mm/hora)Duración en minutos

Periodode retorno

(Años) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 1203 111.9 66.5 49.1 39.6 33.5 29.2 26.0 23.5 21.5 19.9 18.5 17.45 147.7 87.8 64.8 52.2 44.2 38.5 34.3 31.1 28.4 26.3 24.5 22.910 195.7 116.4 85.9 69.2 58.5 51.1 45.5 41.1 37.7 34.8 32.4 30.420 240.8 143.2 105.6 85.1 72.0 62.8 55.9 50.6 46.3 42.8 39.9 37.350 299.6 178.2 131.5 105.9 89.6 78.2 69.6 63.0 57.7 53.3 49.6 46.5

100 344.7 204.9 151.2 121.9 103.1 89.9 80.1 72.5 66.3 61.3 57.1 53.5

Intensidades máximas .- Estación Rica Playa (mm/hora)Duración en minutos

Curva Inte nsidad - Duración - Fre cue ncia Es tación : El Tigre

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 20 40 60 80 100 120Duración de la torm e nta (m inutos)

Inte

nsi

dad

(mm

/h)

Tr = 3 años Tr = 5 años Tr = 10 años


Curva Intens idad-Duración-Fre cue nciaEs tación : Rica Playa

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 20 40 60 80 100 120

Duración de la Torm e nta (m inutos )

Inte

nsi

dad

(mm

/hr)

Tr = 3 años Tr = 5 años Tr = 10 añosTr = 20 años Tr = 50 años Tr = 100 años

Intensidad - Duración - Fre cue ncia Estación : Cabo Inga

0

50

100

150

200

250

300

0 20 40 60 80 100 120



MAPAS TEMATICOS

MAPA

ECOLÓGICO

MAPA

COBERTURA VEGETAL

MAPA

HIDROGRAFICO MAPA BASE

3.3 MAPAS

3.4 INFORMACION HIDROMETEOROLOGICA

TRMM 3B42.060227.06

GOES 27 FEB 06:UTC

Tormentas entre el 23 y 27 febrero 2006

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

8 10 12

14

16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14

16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14

16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14

16

18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14

16

18

20 22 24 2 4 6 8 10 12 14 16

Inte

nsid

ad (m

m/h

)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Cau

dal h

orar

io (m

3 /s)

Pp Horaria

Qhorario

Qpico = 1500,0 m3/s 10 : 00 27 febTRMM Pp Acum

17:30 – 20:30 26 Feb

TRMM Pp Acum 20:30 – 23:30 26 Feb

Hidroestimador CPTECC 18:00 horas – 26Feb

Hidroestimador CPTECC 20:00 horas 26 Feb

Hidroestimador CPTECC 23:00 horas 26 Feb

Evolución de Tormentas y Caudal horario

23 Feb 24 feb 25 Feb 26 Feb 27 Feb

Pp estinada Satélite TRMM

Pp estimada Satélite GOESS

4. RESULTADOSMODELIZACION HIDROLOGICA E HIDRAULICA

4.1 SIMULACION CON HEC-HMS A) MODELO DE CUENCA : Se dividió la cuenca en 03 sub

cuencas, estrayendo de los mapas temáticos sus características de suelos, pendiente del terreno, área, cobertura vegetal, usos del suelo.

H – El Tigre

H-Cabo Inga

4.1.1 PARAMETROS DE SUBCUENCAS

Area (km2) Method CN % imper

769 SCS Curve No 87 2209.9 SCS Curve No 88 3303 SCS Curve No 89 1

Initial LossTumbes 7.6Puyango 6.9

Cazaderos 6.3

Loss RateSub Cuenca

Sub Cue nca Me thod Tc (hrs) Stora ge coe ficcie n (hr)Tumbes Clark 6.9 10.35Puyango Clark 7.5 11.25

Cazaderos Clark 5.7 8.55

Tra nsform

Sub Cuenca Method Initial Q (m3/s) Recession constant Threshhold Q Tumbes Recession 288.1 0.9 0.3Puyango Recession 78.3 0.9 0.3

Cazaderos Recession 113.5 0.9 0.3

Baseflow Method

Initial Loss (mm) = 0.20*(25400 - 254*CN)/CN

Tc = promedio de métodos de Kirpich y TemezStorage coeficcient = 1.5 * Tc

A) Infiltración

B) Hidrograma Unitario

C) Caudal base

PARAMETROS DE SUBCUENCAS ...continuación

PARAMETROS DE SUBCUENCAS ...continuación

4.1.2 TRANSITO HIDROLOGICO

Tramo Cabo Inga – El Tigre

B) MODELO METEOROLOGICO : Ingreso de lluvias horarias de los registros pluviográficos. Tormenta de 8 horas de duración

C. ESPECIFICACIONES DE CONTROL

Corrida del programa para simular los caudales horarios generados desde el inicio de la Tormenta, hasta la recesión de los caudales.

4.1.3 SALIDAS DELPROGRAMA

4.1.4 CAUDALES OBSERVADOS Y SIMULADOS

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

18192021222324 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920212223

Q(m

3 /s)

Q observado Q simulado

Q = 1500 m3/sQ = 1480 m3/s

Descripción Qobservado QsimuladoTiempo al pico (hr) 11 9Qmax (m3/s) 1500 1460V escurrido (MMC) 52 58

4.2 SIMULACION HIDRAULICA CON HEC-RAS

HLG – El TigreProgresiva 31 + 000 Km

Pte TumbesProgresiva 0 + 000 Km

Caudal de crecida en la Estación El Tigre

Imagen satelital del tramo del río a modelizar desde El Tigre hasta Pte

Tumbes

SIMULACION HIDRAULICA CON HEC-RAS continua......

b) Secciones transversales del río Tumbes

a) Esquema geométrico del tramo a modelizar

El Tigre

Pte. Tumbes DATOS GEOMETRICOS


Características del caudal en régimen permanente

Condiciones de borde del flujo superficial con tirante de agua conocido aguas arriba


1000 1500 2000 2500 3000 3500 40000

5

10

15

20

25

Geom: Rio Tumbes (Desde Pto. El Cura a Pte. Tumbes)River = RIO TUMBES Reach = EL TIGRE-PTE.TUM RS = 10300

Station (m)

Ele

vatio

n (m

)

Legend

EG Q=1500

WS Q=1500

Ground

Bank Sta

.045 .035

.045

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 40004

5

6

7

8

9

10

11

Geom: Rio Tumbes (Desde Pto. El Cura a Pte. Tumbes)River = RIO TUMBES Reach = EL TIGRE-PTE.TUM RS = 10100 Qda.Cristales

Station (m)

Ele

vatio

n (m

)

Legend

EG Q=1500

WS Q=1500

Ground

Bank Sta

.045 .035

.045

600 800 1000 1200 1400 16004

5

6

7

8

9

10

11

Geom: Rio Tumbes (Desde Pto. El Cura a Pte. Tumbes)River = RIO TUMBES Reach = EL TIGRE-PTE.TUM RS = 9900

Station (m)

Elev

atio

n (m

)

Legend

EG Q=1500

WS Q=1500

Ground

Bank Sta

.045 .035 .045Tabla de las caracetrísticas hidraúlicas de las secciones transversales cuando se ejecuta el programa

SIMULACION HIDRAULICA CON HEC-RASINUNDACION : TRAMO 07 + 00 KM – 10+500 KM

KM 7 +00

KM 10 +500

Tacural

Santa María

La Peña

Cabuyal

Limón Oídor

Vaquería

REGISTROS FOTOGRAFICOS DE LA INUNDACION

Distrito Corrales: Inundación de terrenos agrícolas, perdida de

cosechas y maquinaria

Inundación del sector Pueblo Nuevo, margen derecha del Río Tumbes.

Viviendas y tierras agrícolas afectadas

Inundación de la Carretera Panamericana, en dirección al distrito de La Cruz. Cosechas completas de

arroz afectadas.

Inundación del Barrio San José. Esquina C.E N° 001 y Hospital JAMO

CONCLUSIONESLa precipitaciones que generaron las condiciones más críticas de escorrentía se presentaron en territorio peruano de la cuenca, inducida por factores meteorológicos locales.

El modelo hidrológico reproduce bien en los caudales pico en magnitud y volumen de escorrentia, más no en oportunidad, con respecto a los valores observados.

Las zonas de inundación que simula el modelo hidraúlico son coherentes con las áreas de afectación real en tramos entre las progresivas 7+00 y 12+00 Km. La inundación también alcanzó sectores urbanos del distrito de Tumbes comprendidos entre las progresivas 3+00 y 5+00 km. Hay aportes de quebradas que no han sido considerados en el modelo, por otro lado falta una actualización de la data topogràfica por los cambios morfológicos que experimenta el cauce del río en su parte baja.

CONCLUSIONESEl modelo hidrológico resulta adecuado para el pronóstico de crecidas en tiempo real.

El modelo hidraúlico resulta apropiado para identificar niveles críticos de desborde en el curso principal del río Tumbes, y elaborar Mapas de amenaza de inundación, para caudales probabilísticos para diferentes tiempos de retorno.

ACCIONES A IMPLEMENTAR

Ampliar la red hidrometeorológica automática, incluyendo las cuencas de Zarumilla y Bocapán para tener un sistema de alerta a nivel de toda la regin Tumbes.

Validar los caudales máximos de 1982 y 1998, con HEC-HMS

Sumular caudales máximos de avenidas para diferentes tiempos de retorno.

Determinar areas de Amenaza de Inundación en la cuenca.

Validar las precipitaciones estimadas por satélite con tormentas observadas.

Actualizar la base topográfica del río Tumbes y quebradas tributarias

Validación de precipitaciones estimadas por el satélite TRMM con otras tormentas históricas.

Validación de otras crecidas históricas en la cuenca del río Tumbes, El Niño 82-83, 97-98 complementados con HEC GEO-HMS

Modelación hidraúlica con soporte HEC-GEO RAS.

M U C H A S G R A C I A S

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