Informe Hidrologico Rio Casma

7/29/2019 Informe Hidrologico Rio Casma

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ESTUDIO HIDROLOGICO PARA DETERMINACIN DEMXIMAS AVENIDAS CON SIMULACIN EN INUNDACIONES

CON FINES DEENCAUZAMIENTO Y DEFENSA RIBEREA DELRIO CASMA

Proyecto:

MEJORAMIENTO DEL ENCAUZAMIENTO Y DEFENSARIBEREA DELRIO CASMA POR EMERGENCIA ENTRE LOS

SECTORES SANTA ANA A CARRIZAL, DISTRITO DE CASMA,

PROVINCIA DE CASMA-ANCASH

Ing Cesar Johnny Alvarado Romero Consultor en estudios de Aguas Subterrneas [email protected], Cel: 943491774-RPM*749194- RPC 993331150

SECTORES:SANTANA (ALTURA CENTRO POBLADO SANTANA Y

CARRIZAL (PUENTE PANAMERICANA NORTE)

DISTRITO : CASMA

PROVINCIA : CASMA

RIO CASMA

Cerro
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]


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ESTUDIO HIDROLOGICO PARA DETERMINACIN DE MXIMAS AVENIDAS CON SIMULACIN EN

INUNDACIONES CON FINES DE ENCAUZAMIENTO Y DEFENSA RIBEREA DELRIO CASMA

REGIN : ANCASHAGOSTO 2013

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INDICE

......................................................................................................................................................................1

1.- INTRODUCCION..................................................................................................................................4

1.1.-NOMBRE DEL INFORME Y OBJETIVOS.....................................................................................4

2.-COMPONENTE 1: IDENTIFICACIN DE LA ZONA....................................................................4

3.-COMPONENTE 2: NIVELES DE INUNDACIN EN EL LUGAR DEL PROYECTO................5

3.1.-HIDROLOGA.....................................................................................................................................5

3.2.-RIESGO DE INUNDACIN..............................................................................................................6

3.3.-REGIMEN HIDRAULICO ................................................................................................................6

3.3.1.- RGIMEN PERMANENTE UNIDIMENSIONAL.....................................................................63.4 SIMULACION DEL ESCENARIO DE INUNDACIN..................................................................8

3.4.1MODELO MATEMATICO DE SIMULACIN EMPLEADO.....................................................8

3.4.2COEFICIENTE DE RUGOSIDAD...................................................................................................9

3.4.3CONDICIONES DE BORDE............................................................................................................ .9

.....................................................................................................................................................................9

3.4.4CAUDALES.........................................................................................................................................9

4.-RESULTADOS........................................................................................................................................9

4.1. SIMULACIN UNIDIMENSIONAL................................................................................................9

4.2. DELIMITACION DE ZONAS DE INUNDACIN........................................................................10

5.-CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES..................................................................................10

5.1.-CONCLUSIONES..............................................................................................................................10

5.2.-RECOMENDACIONES....................................................................................................................12

6.-ANEXOS................................................................................................................................................12

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1.- INTRODUCCION

1.1.-NOMBRE DEL INFORME Y OBJETIVOS

2.-COMPONENTE 1: IDENTIFICACIN DE LA ZONA

2.1. UBICACIN

2.2. RECOPILACIN DE INFORMACIN Y TRATAMIENTO

- Topogrfica: curvas de nivel a cada metro de elevacin,

secciones transversales, pendientes. Obtenidos del

levantamiento topogrfico.

- Cartogrfica: Catastro (PETT - PROFODUA) en entorno SIG,

cartas del IGN (cuadrante 18-F), vistas satelitales de

referencia del Google Earth. Todos estos datos se

encuentran georeferenciados en el sistema UTM WGS84 -

Zona 17 Sur

- Hidrometeorolgica: caudales (registro de aforos) y datos de

expediente.

- Geomorfolgico e Hidrulica fluvial: rugosidad del lecho y

planicies.

- Geologa. (Carta INGEMMET).

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Rio Santa


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Fig. 1. Vista satelital (Google Earth) indicando el sector de anlisis.

3.-COMPONENTE 2: NIVELES DE INUNDACIN EN EL LUGAR

DEL PROYECTO

3.1.- HIDROLOGA

Cuadro 3.1. Caudales mximos para diferentes tiempos de retorno

T retorno Caudal

aos m3/s

2 721.40

5 1088.23

10 1351.12

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25 1703.71

50 1980.25

3.2.- RIESGO DE INUNDACIN

La inundacin es uno de los desastres ms grandes de

mayor impacto econmico y humano. El riesgo de inundacin,

se puede interpretar como el producto de la amenaza por la

vulnerabilidad. La amenaza est relacionada a la solicitacin

hidrulica, es decir est determinada por la escala del diseo

hidrolgico de las estructuras para el control de agua. De este

modo la probabilidad que un evento ocurra al menos una vez en

n aos sucesivos, considerando un tiempo de retorno (Tr), es

conocido como riesgo o falla R y se representa por:

n

rT

R )1

1(1 = (Ecuacin 3.1)

El presente informe se basa en las recomendaciones

expuestas en la Gua Metodolgica, en la cual se define tiemposde retorno de 10, 25 y 50 aos para obras de defensa Riberea.

3.3.- REGIMEN HIDRAULICO

3.3.1.- Rgimen permanente unidimensional

Se puede simplificar el flujo del agua en un cauce naturalcomo unidimensional, es decir, la profundidad y velocidad slo

varan en la direccin longitudinal del canal, cuyo eje se supone

aproximadamente una lnea recta, la velocidad es constante en

cualquier punto de una seccin transversal

Si mantenemos la hiptesis metodolgica de un flujo

permanente, es decir que el caudal no vara con el tiempo, pero

con una variacin paulatina de la velocidad en el espacio, y por

tanto del tirante, al no modificarse el caudal, el rgimen recibe

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el nombre de gradualmente variado, y en l se produce una

distribucin hidrosttica de las presiones. Los perfiles pueden

analizarse considerando rgimen supercrtico y subcrtico. Parala estimacin de velocidades y calados se suele aplicar el

denominado mtodo de paso estndar (Standard Step Method),

que resuelve la ecuacin dinmica del flujo gradualmente

variado igualando la energa en dos secciones consecutivas

mediante un procedimiento cclico de aproximaciones

sucesivas. Para ellos se emple el modelo computacional HEC-

RAS (River Analysis System; USACE),El modelo HEC-RAS realiza los clculos de niveles de agua

utilizando la ecuacin de la energa (Ecuacin 3.2):

Hg

VPZ

g

VPZ +++=++

22

2

2

2

2

2

2

1

1

1

1

(Ecuacin 3.2)

Figura 2. Representacin del balance de energa.

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Donde:

Zn + Pn /(m)

Nivel de la superficie libre de agua en los

extremos del tramo.

Vn(m)Velocidad media en la seccin mojada en

los extremos del tramo.

1, 2,

Coeficiente de la no-uniformidad de

distribucin de las velocidades en la

seccin mojada.g = 9.81

m3/s Aceleracin por gravedad

H (m)

Total de prdidas de energa en el tramo

del curso de agua considerado en el

clculo, de una longitud L.

3.4 SIMULACION DEL ESCENARIO DE INUNDACIN

3.4.1 MODELO MATEMATICO DE SIMULACIN EMPLEADO

Para la aplicacin del modelo matemtico se ha empleado

el Sistema de Anlisis de Ros del Cuerpo de Ingenieros de la

Armada de los Estados Unidos HEC RAS versin 3.1.3 y su

aplicacin en entorno GIS denominado HEC GeoRAS 3.1.1.

Este software realiza clculos hidrulicos de cursos

naturales o artificiales en una direccin (unidimensional) y

cuenta adems con los procedimientos de clculo para simular

los efectos hidrulicos debido a estructuras hidrulicas. Puede

manejar una red completa de canales, una localizacin singular

en un ro y es capaz de modelar perfiles en rgimen subcrtico,

supercrtico o mixto.

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3.4.2 COEFICIENTE DE RUGOSIDAD

La metodologa empleada para la eleccin del n de

Manning y definicin del cauce principal consisti en laasignacin de valores mediante tablas para cauce de ros

con acarreo irregular.

Se consider un n = 0.030

Cabe mencionar que en cursos naturales, los valores de

n no son constantes debido a la complejidad del cauce.

Sin embargo, generalmente se evala la formula de

Manning bajo condiciones de n = constante para tramoscortos.

3.4.3 CONDICIONES DE BORDE

El tramo en anlisis se analiza bajo rgimen permanente y

mixto (subcritico y supercrtico). Como condiciones de

contorno se ha utilizado el criterio de tirante normal con

una pendiente de 0.004

3.4.4 CAUDALES

El presente estudio considera el anlisis del flujo en

rgimen permanente es decir, el caudal no vara con el

tiempo. Se considera el caudal pico en cada avenida por

cada ao hidrolgico.

4.-RESULTADOS

4.1. SIMULACIN UNIDIMENSIONAL

Los resultados de las simulaciones realizadas, consistente en la

descripcin de valores mximos obtenidos para el tirante y

velocidad de diseo, corresponde a la avenida de 50 aos de

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tiempo de retorno (Q = 235.30 m3/s). Esto se puede apreciar

en los planos de reas inundadas.

Las secciones del ro, se han obtenido por medio de laimportacin del archivo de salida del Hec-GeoRas con

estaciones de control hacia aguas arriba:

Tramo 0+000 hasta 7 + 020 km

4.2. DELIMITACION DE ZONAS DE INUNDACIN

Las zonas inundables por la circulacin del caudalcorrespondiente a las crecidas de periodo de retorno de 10, 25 y

50 aos se muestran en los planos de inundaciones.

5.-CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1.- CONCLUSIONES.

Con respecto a la hidrologa:

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Fig. 3. GEOMETRA HEC RAS Y MODELO DE ELEVACION DIGITAL

DEL TERRENO (msnm)

352 secciones transversales


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- De acuerdo a la recopilacin de informacin hidrolgica, para el

diseo de Dique Enrocado entre los sectores Santana (altura

centro poblado Santana y Carrizal (Puente Panamericana Norte)para un un evento mximo quedara definido con una avenida de

50 aos de tiempo de retorno. Otras avenidas de 10 y 25 aos

analizadas, representan informacin importante para la

determinacin de las obras menores y toma de decisin de los

proyectos futuros.

- La simulacin corresponde a un evento mximo, donde lacabecera de cuenca logre activarse, generando los caudales pico

descritos anteriormente

Con respecto al anlisis hidrulico:

- De acuerdo a las velocidades generadas en los clculos. Para un

caudal de tiempo de retorno de 50 aos se tienen valores que

llegan a alcanzar los 3.318 m/s, en algunos sectores, debido aque se trata de un ro entrelazado y al trmino del sector en

anlisis. Los tirantes llegan hasta 1.36 m. Con un ancho estable

de 50 metros.

- El parmetro de la velocidad deber servir para determinar la

proteccin de la capa superficial por medio de recubrimientos con

materiales resistentes a dichas velocidades y de control de

erosin.- De acuerdo al nmero de Froude para una avenida de 50 aos

de tiempo de retorno en el tramo, ste alcanza valores cercanos a

0.907 Esto nos indica que los cauces presentan una superficie de

agua con medianas ondulaciones, es decir un flujo subcrtico.

- La hidrulica computacional actualmente representa una

herramienta verstil en la prediccin del comportamiento del ro. A

la fecha, aun no se puede afirmar que un modelo computacional

incluye todas las caractersticas de un ro, podemos citar el

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transporte de sedimento con fenmenos de laminacin de

avenidas y comportamiento tridimensional que estan a nivel de

investigacin y por lo tanto no se incluyen en modelos como elHEC-RAS. Sin embargo es la mejor aproximacin para proyectos de

defensa riberea a la fecha.

Con respecto a los resultados:

- Con los tirantes obtenidos, la informacin topogrfica y su

complemento, se ha logrado realizar una aproximacin del rea

inundable. As, se tendra para un evento de avenida de 50 aosde tiempo de retorno (Q = 235.30 m3/s) un total de 55.92 Has

inundadas. Este valor indica la inundacin directa, que podra

ocurrir, por no contar con una proteccin en dicha zona.

- Para los eventos de 25 y 10 aos se obtienen valores menores

de rea inundable: 31.26 Has y 25.84 Has respectivamente.

5.2.- RECOMENDACIONES

6.-ANEXOS

- RESULTADOS DEL MODELO

- PLANOS- Plano N1: Llanura inundable para un Tr=10 aos, Tr=25

aos y Tr = 50 aos

- Plano N2. Tirantes Tr = 50 aos

- Plano N3: Velocidades Tr=50 aos

- Secciones Transversales de Aguas Arriba Hacia Aguas

Abajo

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