Determinación de las áreas inundables en los sectores San Pedro y Niño Pobre, según caudales máximos estimados del río Utcubamba, aplicando modelo HEC RAS y software ArcGIS

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS. OP EC UA RI AS. ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE. AG R. INGENIERÍA AGRÍCOLA. DE. Determinación de las áreas inundables en los sectores San Pedro y Niño Pobre, según caudales máximos estimados del río Utcubamba, aplicando modelo HEC-RAS y software ArcGIS. CA. TESIS. PARA OPTAR EL TÍTULO DE:. IO. TE. INGENIERO AGRÍCOLA. ASESOR:. Br. Gianmarco Palmer Murga Ing. Cristóbal Gonzales Correa. BI. BL. AUTOR:. TRUJILLO-PERÚ 2017. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. OP EC UA RI AS. MIEMBROS DEL JURADO. M. Sc. Amanda Magali del Pilar Otoya Ayesta Presidente. Ing. Juan Emilio Paz Vergara Pérez. AG R. M. Sc. Pavel Ovidio Arteaga Caro. Vocal. BI. BL. IO. TE. CA. DE. Secretario. Ing. Cristóbal Gonzáles Correa Asesor. ii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. A mi Madre y a mi Padre. IO. TE. CA. DE. AG R. OP EC UA RI AS. A la memoria de la Dra. Santos Nélida Murga Gutiérrez. BL. “Aprende como si fueras a vivir toda la vida y vive como si fueras a morir mañana”.. BI. Charles Chaplin.. iii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. AGRADECIMIENTOS. OP EC UA RI AS. A la Universidad Nacional de Trujillo, por haber inculcado en cada uno de sus estudiantes, a través de los docentes, esas ganas únicas por el entendimiento de la ciencia.. A la familia Herrera Cabanillas, quienes gustosamente me permitieron. alojarme en su hogar de la localidad de Bagua Capital durante el tiempo en que desarrollé el presente trabajo.. A la Municipalidad Distrital de El Milagro por haberme proporcionado información sobre la zona en estudio.. AG R. Al Ing. Cristóbal Gonzales Correa, quien hizo posible la culminación del estudio, con sus sugerencias en el planteamiento y redacción de la tesis.. TE. CA. DE. A todas aquellas personas que me brindaron su respaldo.. BI. BL. IO. El autor.. iv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. RESUMEN El presente estudio de tesis tuvo como finalidad determinar las áreas. OP EC UA RI AS. inundables en los sectores San Pedro y Niño Pobre del distrito El Milagro, de. la provincia Utcubamba, región Amazonas, según caudales máximos del río Utcubamba.. Se calculó los caudales máximos probables teniendo como punto de partida la serie histórica de caudales máximos mensuales (1977-2016) proporcionados por la estación hidrométrica Cajaruro. Los caudales máximos de diseño para. tiempos de retorno de 10, 25 y 50 años se calcularon a partir de seis funciones. de probabilidad utilizando software HIDROESTA. Al aplicar la prueba de test de. bondad de ajuste Kolmogorov-Smirnoff se determinó que las 6 funciones se. ajustaban a la serie, sin embargo, se eligió los caudales calculados con la función Gumbel ya que presentó el mejor ajuste. Se elaboró el modelo digital. AG R. del terreno (MDT) del tramo, de 5 kilómetros de extensión, a partir de. levantamiento topográfico realizado con estación total. Se obtuvo la geometría de las secciones transversales del MDT con la extensión HEC-geoRAS. En las áreas inundables del tramo se observó cultivos de arroz, así como arbustos y. DE. pastos lo que se tuvo en cuenta para la asignación de coeficientes de Manning. Los parámetros del río antes mencionados fueron ingresados al software HECRAS, el cual mediante simulación calculó los perfiles hidráulicos, lo que al. CA. integrarse con la tecnología SIG proporcionó una visualización de los resultados a través de la generación de los mapas temáticos georeferenciados. TE. de las áreas de inundación.. Se concluyó que las hectáreas afectadas pertenecientes a los sectores San. IO. Pedro y Niño Pobre en el margen izquierdo del río Utcubamba, para tiempos de retorno de 10, 25 y 50 años corresponden a 38.84, 51.93 y 70.33,. BL. respectivamente. Esto hace notar la alta susceptibilidad a inundaciones en los. BI. sectores mencionados.. Palabras claves: Áreas inundables, HEC-RAS, Arc-GIS, simulación hidráulica en ríos, caudales máximos, tiempo de retorno. v Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ABSTRACT The thesis study aimed to determine the floodable areas in the San Pedro and. OP EC UA RI AS. Niño Pobre sectors of the El Milagro district, in the Utcubamba province, Amazonas region, according to the maximum flows of the Utcubamba river.. The maximum probable flows were calculated from the historical series of maximum monthly flows (1977-2016) provided by the Cajaruro hydrometric. station. The maximum design flow rates for 10, 25 and 50 year return times were calculated from six functions of probability using HIDROESTA software. When applying the Kolmogorov-Smirnoff goodness of fit test, it was determined that the 6 functions fit the series. However, the flow rates. calculated with the Gumbel function were chosen since it presented the best. fit. The digital terrain model (MDT) of the stretch, 5 kilometers long, was. AG R. elaborated from a topographic survey carried out with a total station. The geometry of the cross sections of the MDT was obtained with the extension. HEC-geoRAS. In the flood plains of the section were observed rice cultivations, as well as shrubs and pastures what was taken into account for the assignment. DE. of coefficients of Manning. The aforementioned river parameters were entered into the HEC-RAS software, which through simulation calculated the hydraulic profiles, which, when integrated with the GIS technology, provided a. CA. visualization of the results through the generation of the georeferenced. TE. thematic maps of the areas of flood. It was concluded that the affected hectares belonging to the San Pedro and Niño Pobre sectors on the left bank of the Utcubamba River, for return times. IO. of 10, 25 and 50 years correspond to 38.84, 51.94 and 70.33, respectively.. BI. BL. This indicates the high susceptibility to flooding in the sectors mentioned.. Keywords: Flooded areas, HEC-RAS, Arc-GIS, hydraulic simulation in rivers, maximum flows, return time. vi. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ÍNDICE GENERAL JURADO EVALUADOR ...........................................................................................ii. OP EC UA RI AS. DEDICATORIA ........................................................................................................ iii AGRADECIMIENTO ............................................................................................... iv. RESUMEN ............................................................................................................... v. ABSTRACT............................................................................................................. vi ÍNDICE GENERAL ................................................................................................. vii INDICE DE FIGURAS ............................................................................................. x. ÍNDICE DE TABLAS.............................................................................................. xiii ÍNDICE DE CUADROS ......................................................................................... xiv. ÍNDICE DE GRÁFICOS ....................................................................................... xvii INDICE DE MAPAS ............................................................................................. xviii INTRODUCCIÓN. AG R. I.. Generalidades ....................................................................................................... 19 Realidad Problemática .......................................................................................... 21 Problema................................................................................................................ 26. DE. Justificación ........................................................................................................... 26 Objetivos ................................................................................................................ 28 REVISIONES BIBLIOGRÁFICAS. CA. II.. 1. Antecedentes .................................................................................................... 29 2. Bases teóricas del estudio ................................................................................ 31. TE. 2.1. Concepto de Ingeniería Fluvial. ................................................................... 31 2.2. Flujo y parámetros hidráulicos de los canales abiertos. ............................. 31. IO. 2.3. Nociones de morfología fluvial. .................................................................... 35 2.4. Análisis de frecuencias hidrológicas y software Hidroesta. ........................ 36. BL. 2.5. La modelación hidráulica. ............................................................................ 47 2.6. Modelo hidráulico HEC-RAS. ...................................................................... 48 2.7. Extensión HEC-geoRAS. ............................................................................. 65. BI. 2.8. Sistema de información geográfica. ............................................................ 66. III.. MATERIAL Y MÉTODOS A. Materiales de estudio ........................................................................................ 71 vii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. B. Descripción del área de estudio ....................................................................... 71 C. Métodos ............................................................................................................ 77 C.1. Determinación de la geometría del tramo del río en estudio mediante. OP EC UA RI AS. extensión HEC-geoRAS, a partir del modelo de elevación digital del terreno, según data de levantamiento topográfico de los tramos involucrados.. 1. Realización del estudio topográfico. ........................................................... 73. 2. Elaboración del modelo digital del terreno. ................................................ 73 3. Obtención de la geometría transversal del tramo en estudio. ................... 74 C.2. Estimación los caudales máximos del río Utcubamba para periodos de retorno de 10, 25 y 50 años, mediante modelos probabilísticos, aplicando software estadístico Hidroesta. 1.. Obtención de los datos hidrométricos del río Utcubamba ........................ 75. 2.. Análisis exploratorio de datos hidrométricos proporcionados .................. 76 2.1. Análisis de consistencia ................................................................... 76 2.2. Análisis de tendencia ....................................................................... 78. AG R. 2.3. Aplicación de la prueba de datos dudosos ...................................... 79 2.4. Análisis de caudales máximos vs caudales medios........................ 80 2.5. Cálculo de la longitud adecuada del registro de la serie ................. 80 3.. Cálculo de máximas avenidas mediante distribuciones probabilísticas ... 81. 4.. Selección de caudales de diseño para tres tiempos de retorno. .............. 81. DE. C.3. Determinación de los coeficientes de rugosidad del lecho del río Utcubamba del tramo involucrado en el estudio……………………………….82 C.4. Simulación hidráulicamente el tramo de río Utcubamba en estudio,. CA. aplicando modelo hidráulico HEC-RAS. Ingreso de información a opción “Geometric data” ................................... 82. 2.. Ingreso de caudales y condiciones de contorno ....................................... 83. 3.. Creación de un plan para flujo permanente .............................................. 84. 4.. Exportación de archivo de zona inundada ................................................ 85. TE. 1.. IO. C.5. Elaboración de mapas de áreas inundables de los sectores San Pedro y Niño Pobre, del distrito El Milagro, provincia de Utcubamba, región. BL. Amazonas, mediante software ArcGIS.. ................................................... 85. RESULTADOS 1. De la Determinación de la geometría del tramo del río en estudio mediante. BI. IV.. extensión HEC-geoRAS, a partir del modelo de elevación digital del terreno, según data de levantamiento topográfico de los tramos involucrados............................................................................................... 87. viii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2. De la estimación los caudales máximos del río Utcubamba para periodos de retorno de 10, 25 y 50 años, mediante modelos probabilísticos, aplicando software estadístico Hidroesta ................................................. 87. OP EC UA RI AS. 3. De la determinación de los coeficientes de rugosidad del lecho del río. Utcubamba del tramo involucrado en el estudio....................................... 94 4. De la Simulación hidráulicamente el tramo de río Utcubamba en estudio,. aplicando modelo hidráulico HEC-RAS .................................................... 95 4.1.. Tirantes .......................................................................................... 95. 4.2.. Velocidad de flujo máximo ............................................................ 95. 4.3.. Número de froude .......................................................................... 96. 5. De la elaboración de mapas de áreas inundables de los sectores San Pedro y Niño Pobre, del distrito El Milagro, provincia de Utcubamba, región. Amazonas, mediante software ArcGIS ..................................................... 96 5.1.. Mapas de inundación .................................................................... 96. 5.2.. Llanuras de inundación ................................................................. 96. DISCUSIONES ...................................................................................................... 97. VI.. CONCLUSIONES ................................................................................................ 100. VII.. RECOMENDACIONES ....................................................................................... 101. AG R. V.. VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.................................................................... 102 ANEXOS I – FIGURAS........................................................................................ 105. DE. ANEXOS II – TABLAS ......................................................................................... 106 ANEXOS III – CUADROS ................................................................................... 107 ANEXOS IV – GRÁFICOS .................................................................................. 108. BI. BL. IO. TE. CA. ANEXOS V – MAPAS ......................................................................................... 109. ix Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. INDICE DE FIGURAS FIGURA N°1: GEOMÉTRICOS. DE. LAS. SECCIONES. OP EC UA RI AS. ELEMENTOS. TRANSVERSAL DE UN CANAL. FIGURA N°2:. CLASIFICACIÓN DEL FLUJO EN CANALES ABIERTOS SEGÚN TIEMPO Y ESPACIO. FIGURA N°3:. TIPOS DE ERRORES EN SERIES HISTÓRICAS. FIGURA N°4:. REPRESENTACIÓN DE LOS TÉRMINOS DEL BALANCE DE. AG R. ENERGÍA. FIGURA N°5:. DIVISIÓN POR EFECTO DE LAS SECCIONES EN HEC-RAS. FIGURA N°6:. DE. INTERPRETACIÓN DE LA PENDIENTE MOTRIZ EN CADA SECCIÓN.. CA. FIGURA N°7:. DISTRIBUCIÓN DE LA SECCIÓN PARA OBTENER EL FACTOR. TE. DE TRANSPORTE Kt .FIGURA N°8:. IO. VALOR PONDERADO DE LA ENERGÍA CINÉTICA.. VARIACIÓN DE LA ENERGÍA ESPECÍFICA EN UN CANALEN RÉGIMEN GRADUALMENTE VARIADO.. BI. BL. FIGURA N°9:. FIGURA N°10: NOMENCLATURA TÍPICA DE LAS SECIONES USADAS PARA EL CÁLCULO DE LA SUPERFICIE LIBRE. x. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FIGURA N°11:. OP EC UA RI AS. PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO SEGUIDO POR HEC-RAS PARA LA RESOLUCIÓN DEL BALANCE DE ENERGÍA ENTRE DOS SECCIONES. FIGURA N°12:. PROCEDIMIETO DE CÁLCULO SEGUIDO POR HEC-RAS CUANDO SE ALCANZA EL MÁXIMO NÚMERO DE ITERACIÓN. POSIBLES EN LA RESOLUCIÓN DE BALANCE DE ENERGÍA ENTRE DOS SECCIONES CONSECUTIVAS. FIGURA N°13:. VISTA DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL DEL RÍO UTCUBAMBA. AG R. EN SU PROGRESIVA 3+750. FIGURA N°14:. MORFOLOGÍA DEL RÍO UTCUBAMBA FIGURA N°15:. DE. CULTIVOS INSTALADOS EN LAS LLANURAS DE INUNDACIÓN DEL RÍO UTCUBAMBA.. CA. FIGURA N°16:. LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO EN EL MARGEN IZQUIERDO. TE. DEL RÍO UTCUBAMBA. FIGURA N°17:. IO. LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO EN EL CAUCE DEL RÍO.. TRAZO. DE. LINEAS. DE. CORTE. PARA. SECCIONES. TRANSVERSALES EN ARCGIS CON HEC-GEORAS.. BI. BL. FIGURA N°18:. FIGURA N°19: LOCAL DE LA AUTORIDAD LOCAL DEL AGUA – UTCUBAMBA.. xi Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FIGURA N°20: VISTA DE LAS SECCIONES TRANSVERSALES EN HEC-RAS.. OP EC UA RI AS. FIGURA N°21:. ASIGNACIÓN DE CAUDALES MÁXIMOS A CADA PERFIL CREADO EN HEC-RAS. FIGURA N°22:. CREACIÓN DE UN PLAN PARA LA SIMULACIÓN HIDRAÚLICA EN HEC-RAS. FIGURA N°23:. EXPORTACIÓN DE ARCHIVOS EN FORMATO SDF CREADOS EN HEC-RAS.. AG R. FIGURA N°24:. TRANSFORMACIÓN DE FORMATO SDF A XDF EN SOFTWARE LÁMINA. FIGURA N°25:. DE. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE MÁXIMOS CAUDALES USANDO HIDROESTA 2 SEGÚN DISTRIBUCIÓN GUMBEL PARA UN TR. FIGURA N°26:. CA. 50 AÑOS.. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE MÁXIMOS CAUDALES USANDO. TE. HIDROESTA 2 SEGÚN DISTRIBUCIÓN NORMAL PARA UN TR 25 AÑOS.. IO. FIGURA N°27:. HIDROESTA 2 SEGÚN DISTRIBUCIÓN LOG GUMBEL PARA UN TR 10 AÑOS.. BI. BL. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE MÁXIMOS CAUDALES USANDO. xii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. INDICE DE TABLAS. OP EC UA RI AS. TABLA N°1: FÓRMULAS PARA CALCULAR FRECUENCIA. TABLA N°2:. VALORES “CX” PARA ESTIMAR VALOR CRÍTICO “D”. TABLA N°3:. VALORES DE “n” DADOS POR MANNING PARA CANALES NATURALES TABLA N°4:. VALORES “Km” PARA LA PRUEBA DE DATOS DUDOSOS. AG R. TABLA N°5: VALORES CRÍTICOS Δ. DEL ESTADÍSTICO KOLMOGOROV-. SMIRNOFF PARA VARIOS VALORES DE “N” Y NIVELES DE. BI. BL. IO. TE. CA. DE. SIGNIFICANCIA.. xiii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. INDICE DE CUADROS CUADRO N°1:. CUADRO N°2:. OP EC UA RI AS. ASIGNACIÓN DE VALORES DE MANNING POR TRAMOS. ÍNDICES ESTADÍSTICOS SEGÚN PERIODOS PARA PRUEBAS DE CONSISTENCIA. CUADRO N°3:. PRUEBA “T” DE STUDENT PARA CONSISTENCIA EN LA MEDIA. CUADRO N°4:. PRUEBA “F” DE FISHER PARA CONSISTENCIA EN LA DESVIACIÓN ESTÁNDAR.. AG R. CUADRO N°5:. ÍNDICES ESTADÍSTICOS POR GRUPO DE AÑOS PARA ANÁLISIS DE TENDENCIA. CUADRO N°6:. DE. RESULTADOS PRUEBAS “T” DE STUDENT ANÁLISIS DE TENDENCIA EN LA MEDIA Y DESVIACIÓN ESTÁNDAR.. CA. CUADRO N°7:. RESULTADOS LOGARÍTMICOS DE CAUDALES MÁXIMOS. TE. PARA PRUEBA DE DATOS DUDOSOS. CUADRO N°8:. IO. DATA DUDOSA ALTA Y BAJA DE LA PRUEBA DE DATOS DUDOSOS.. BI. BL. CUADRO N°9:. LONGITUD. ADECUADA. DE. REGISTRO. DE. LA. SERIE. HIDROMÉTRICA DEL RÍO UTCUBAMBA. xiv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CUADRO N°10: CAUDALES MÁXIMOS PARA TRES PERIODOS DE RETORNO,. OP EC UA RI AS. MEDIANTES 6 FUNCIONES PROBABILÍSTICAS CUADRO N°11:. RESULTADOS DE LA PRUEBA DE KOLMOGOROV-SMIRNOFF. CUADRO N°12:. NIVELES DE TIRANTES O CALADOS (M) CUADRO N°13:. CUADRO DE VELOCIDADES DE FLUJO SEGÚN TIEMPO DE RETORNO. CUADRO N°14:. AG R. NÚMERO DE FROUDE. CUADRO N°15:. SERIES HISTÓRICA DE CAUDALES MEDIOS MENSUALES DE. CUADRO N°16:. DE. LA ESTACIÓN CAJARURO (1977-2016). SERIE HISTÓRICA DE CAUDALES MÁXIMOS MENSUALES DE. CA. LA ESTACIÓN CAJARURO (1977-2016) CUADRO N°17:. TE. RESULTADO. PRUEBA. KOLMOGOROV-SMIRNOFF. PARA. KOLMOGOROV-SMIRNOFF. PARA. FUNCIÓN NORMAL.. IO. CUADRO N°18:. BL. RESULTADO. PRUEBA. FUNCIÓN LOG NORMAL 2 PARÁMETROS.. BI. CUADRO N°19: RESULTADO. PRUEBA. KOLMOGOROV-SMIRNOFF. PARA. FUNCIÓN LOG NORMAL 3 PARÁMETROS.. xv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CUADRO N°20: RESULTADO. PRUEBA. KOLMOGOROV-SMIRNOFF. PARA. CUADRO N°21: RESULTADO. PRUEBA. FUNCIÓN GUMBEL.. CUADRO N°22: RESULTADO. PRUEBA. KOLMOGOROV-SMIRNOFF. PARA. KOLMOGOROV-SMIRNOFF. PARA. BI. BL. IO. TE. CA. DE. AG R. FUNCIÓN LOG GUMBEL.. OP EC UA RI AS. FUNCIÓN LOG PERSON TIPO III.. xvi Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. INDICE DE GRÁFICOS. OP EC UA RI AS. GRÁFICO N°1: RELACIÓN DE LOS CAUDALES MÁXIMOS MENSUALES VS CAUDALES MEDIOS MENSUALES. GRÁFICO N°2:. COMPORTAMIENTO DE LA SERIE HISTÓRICA DE CAUDALES. MÁXIMOS DEL RÍO UTCUBAMABA - ESTACIÓN CAJARURO (1977-2016). GRÁFICO N°3:. COMPORTAMIENTO DE CAUDALES HISTÓRICOS PROMEDIOS MENSUALES DEL RÍO UTCUBAMBA - ESTACIÓN CAJARURO. BI. BL. IO. TE. CA. DE. AG R. (1977-2016).. xvii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ÍNDICE DE MAPAS MAPA N°1:. OP EC UA RI AS. UBICACIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO. MAPA N°2:. MAPA DE INUNDACIÓN PARA UN TIEMPO DE RETORNO DE 10 AÑOS. MAPA N°3:. MAPA DE INUNDACIÓN PARA UN TIEMPO DE RETORNO DE 25 AÑOS. MAPA N°4:. MAPA DE INUNDACIÓN PARA UN TIEMPO DE RETORNO DE 50. MAPA N°5:. AG R. AÑOS.. MAPA DE INUNDACIÓN PARA TIEMPOS DE RETORNO DE 10,. BI. BL. IO. TE. CA. DE. 25 Y 50 AÑOS.. xviii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. I. INTRODUCCIÓN Generalidades. PE CU AR IA S. Los ríos forman parte del ciclo hidrológico, que como se sabe constituye un. proceso que no tiene principio ni fin. Esto implica que el río sea el encargado de drenar el agua que precipita en una cuenca a su destino final, el mar.. Sin embargo, este proceso hidrológico trae consigo una serie de fenómenos. Lo que sucede es que los ríos, al ser parte del medio natural y a diferencia de. lo que puede ocurrir en los canales o en otras obras hidráulicas hechas por el. hombre, se producen una serie de interrelaciones entre los numerosos factores del medio, los que generan fenómenos naturales.. RO. Un fenómeno natural propio de un río son las inundaciones. Un tipo de fenómeno inevitable. A la par, algunas inundaciones normales son esperadas. AG. y, por lo general, bienvenidas en muchas partes del mundo, dado que aportan fertilidad a los suelos, agua y un medio de transporte. Sin embargo, las inundaciones a una escala inesperada (inundaciones perjudiciales) y con una. DE. frecuencia excesiva dañan las vidas, los medios de sustento y el medio ambiente.. CA. Así mismo el impacto que trae consigo las inundaciones se incrementa debido a razones antropomórficas, como la reducción de los coeficientes de infiltración por cambios de uso del suelo, el calentamiento global y el asentamiento de. TE. poblaciones en las áreas de inundación. Y esto se ve reflejado en la estadística que nos dice que durante las últimas décadas, el patrón de inundaciones ha ido. IO. cambiando en todos los continentes, convirtiéndose en un fenómeno cada vez. BI BL. más frecuente, intenso e impredecible para las comunidades cercanas al río. Entonces queda claro que las inundaciones son sucesos complejos, causadas por una serie de vulnerabilidades humanas, una planificación de desarrollo inapropiada y la variabilidad climática. Las inundaciones son predecibles en gran medida, con la excepción de las inundaciones repentinas, cuya escala y naturaleza son muchas veces más inciertas. 19 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. En vista de lo anterior, nos quedamos ante el dilema de responder preguntas que los ingenieros agrícolas exigen conocer. Dicho profesional deberá estudiar. PE CU AR IA S. a fondo los principios científicos de los fenómenos hidrológicos (en este caso las inundaciones fluviales), y así a futuro, desarrollar técnicas y métodos para. tratar de minimizar las consecuencias negativas de estos fenómenos. Sumémosle a esto la tecnología que actualmente se desarrolla a un ritmo imparable, la cual se convierte en una herramienta importantísima que incluida en una metodología nos aporta resultados muy confiables.. La predicción de la magnitud de los caudales de un río a futuro resulta. necesaria para saber a qué nos enfrentaremos más adelante. Es por ello la necesidad del desarrollo de una metodología que nos acerque a tales valores y. RO. también que nos permita determinar qué zonas pueden sufrir daños debido a una inundación fluvial, ya que con los resultados que nos arroje, poblaciones. AG. aledañas se verán obligadas a emigrar hacia zonas seguras. El río Utcubamba es un río que nace cerca de Leimebamba, a 90 kilómetros de. DE. Chachapoyas, en la Provincia de Chachapoyas del departamento de Amazonas en los Andes, en el norte del Perú. Se une con el río Marañón cerca de la ciudad de Bagua, exactamente, en el distrito de El Milagro, muy cerca del. CA. centro Poblado Niño Pobre. Es en este río en donde se presenta la presente investigación, exactamente en la parte final del río Utcubamba, cerca de los. TE. centros poblados de San Pedro y Niño Pobre, en un tramo aproximado de 5 kilómetros. En ese sentido, se determinó las áreas inundables basándonos en. BI BL. IO. la metodología del software Hec-Ras y apoyados en el software ArcGIS.. 20 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Realidad Problemática La morfología de un río es afectada y determinada por numerosos parámetros. PE CU AR IA S. y variables, los cuales se hallan relacionados entre sí. Los principales factores que determinan la forma de un cauce son: los caudales líquidos, la pendiente, la carga de sedimentos, la geología y la resistencia al flujo.. El caudal es siempre variable, según el régimen hidrológico de la cuenca, y. puede ser a una escala de tiempo estacional o bien restringido a un evento meteorológico. En general, la forma del cauce de un río responde a ciertos caudales de elevadas recurrencias (Martín, 2003).. El caudal máximo es el caudal punta que se registra durante el aumento. inusual del caudal de agua de un cauce natural o artificial, superando con. RO. creces los valores medios normales (Aguilera, 2015). Los ríos al estar sometidos a estos caudales máximos generan mayores solicitaciones modificando el equilibrio del cauce, formando considerables erosiones,. AG. provocando desbordes e inundaciones, etcétera (Piers, 1996). Una inundación es el desbordamiento de un río por la incapacidad del cauce. DE. para contener el caudal que se presenta. La inundación es, pues, un fenómeno de tipo hidráulico, prueba de ello es que pueden ocurrir inundaciones sin que haya crecidas o un eventos hidrometeorológicos extraordinarios. Es por esto. CA. que debemos mirar a los ríos como elementos naturales de los cuáles tenemos. TE. que defendernos (Rocha, 1998). En apariencia los ríos producen grandes daños eventualmente, pero ello se. IO. debe a que no respetamos sus llanuras de inundación (Martín, 2003). La actividad humana y los medios de subsistencia llevan a la población a. BI BL. localizarse en áreas rurales y urbanas que son propensas a inundaciones y el número de personas vulnerables aumenta a medida que la población crece y la falta de lugares alternativos de asentamientos ubica a mucha gente en terrenos aluviales (Rocha, 1998). Muchas de las pérdidas materiales y humanas que ocasionan los ríos durante las épocas de crecientes se podrían evitar si respetáramos a esos cauces naturales (Martín, 2003). 21. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tal vez para sorpresa nuestra, la inundación es considerada por algunas. PE CU AR IA S. autoridades como el desastre que afecta más gente que cualquier otro. A nivel mundial las inundaciones están aumentando más rápidamente que ningún otro. desastre. De acuerdo con la Cruz Roja Internacional, durante el periodo 19192004, han colaborado con ayuda en más eventos de inundaciones que de. cualquier otro tipo, en gran medida porque el acelerado desarrollo de las comunidades modifica los ecosistemas locales, incrementando el riesgo de. inundación al que están expuestas muchas poblaciones (CENAPREDES,. 2004). Las inundaciones pueden incluso afectar lugares que en otras épocas eran propensas a la sequía. Sin embargo, en muchas partes del mundo, las inundaciones son también un componente esencial de los sistemas sociales y. RO. ecológicos, que dan la base para la regeneración de plantas y vida acuática y. AG. de medios de vida derivados de ellas (Piers, 1998).. En el Perú, en el periodo 2003 – 2015, se han registrado 1735 inundaciones y 613 huaicos, siendo los departamentos más afectados Cusco, Huánuco,. DE. Huancavelica, Junín, Apurímac, Arequipa, Ayacucho, Cajamarca, Amazonas y Lima. La presencia de estos eventos en este periodo han ocasionado 80 personas. fallecidas,. 756,724. personas. damnificadas-afectadas,. 85,692. CA. viviendas destruidas-afectadas, 371 instituciones educativas destruidasafectadas y 137 centros de salud destruidos-afectados. Además, la Autoridad Nacional del Agua a partir del año 2011 al presente año ha identificados más. IO. 2015).. TE. de 1000 puntos críticos ante inundaciones en los principales ríos de Perú (ANA,. BI BL. En la región Amazonas, el aumento del nivel de las aguas por encima del nivel máximo normal, se ha convertido en un fenómeno muy común en el curso inferior de los ríos de esta región. El origen está en la cabecera de las cuencas cuya red de drenaje vierte a estos colectores. El aumento de los procesos erosivos en el curso superior, da origen al aumento de la carga de materiales en el caudal de las aguas de la red de drenaje que al llegar al curso inferior 22. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. producen la inundación de las terrazas estacionales en donde comúnmente se realizan actividades agrícolas o terrazas excepcionales en donde se desarrolla poblaciones con diferentes niveles de desarrollo urbano. Los ríos que más se. PE CU AR IA S. caracterizan por presentar este fenómeno son el Marañón, Utcubamba, El Chiriaco, El Nieva ubicados al norte de la región Amazonas y por el sur se. ubican los ríos San Antonio y Huambo (MINSA, 2011). En 1997, a consecuencia de la caída de lluvias intensas, ocurrió los desbordamientos de. los ríos Nieva, Utcubamba y Marañón, afectando a varios caseríos aledaños al. río, dejando como saldo centenares de personas damnificadas, viviendas afectadas y hectáreas de cultivos perdido. (INDECI, 1997).. El río Utcubamba nace cerca en la provincia de Chachapoyas, pasando por la. RO. provincia de Luya, Bagua y, finalmente, en la provincia de Utcubamba. En su. AG. recorrido se ha registrado inundaciones en distintas provincias.. En el año 2008 en el kilómetro 31 de la carretera Belaunde Terry, entre las localidades de Pedro Ruiz y Chachapoyas, se produjo el desborde del río. DE. Utcubamba, cubriendo en su totalidad dicha vía de comunicación y dejando varados a los buses de las empresas de transportes que llevaban pasajeros.. CA. Con fecha 17 de febrero de 1997, a consecuencia de la caída de lluvias intensas se incrementó el caudal del río Utcubamba produciéndose una inundación, afectando los caseríos Huarangopampa, Las Juntas y La Papaya,. TE. dejando 17 personas damnificadas, 630 personas afectadas, 02 viviendas destruidas, 105 viviendas inundadas y 50 hectáreas de cultivo perdido (INDECI,. IO. 1997).. BI BL. Por los sucesos citados, se puede observar el ostensible aumento de las inundaciones en esta región, con un trasfondo de origen en las actividades humanas, esto genera una preocupación, pues perjudican el desarrollo normal de las actividades productivas, transporte, y demás servicios. El costo social de las inundaciones implica también vidas humanas; saldo penoso que enluta a numerosas familias amazonenses (MINSA, 2011).. 23 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. El sector de San Pedro y Niño Pobre con 527 y 213 habitantes respectivamente, muestran como actividad principal a la agricultura con un 87%. PE CU AR IA S. con respecto del total de actividades. Esta agricultura se desarrolla en zonas. inadecuadas teniendo en cuenta la realidad de que el hombre maneja las llanuras de inundación a su antojo, ya que no se les ha generado una. capacitación ni concientización de un manejo relativamente adecuado de las prácticas agrícolas que se llevan a cabo. Además, el material con el que están. construidas sus viviendas es el adobe, representando a las viviendas. construidas con este material por un 88% del total de materiales de construcción de las viviendas, muy vulnerables a derrumbe por socavación de. una inundación. Estos sectores cuentan con dos centros educativos de nivel. RO. inicial, dos de nivel primario y uno de nivel secundario, además de una posta. de salud, los cuales pueden ser perjudicados afectando la educación y el. AG. servicio de salud en las localidades.. La vulnerabilidad ante inundaciones dadas las condiciones en. que los. DE. pobladores de estos sectores viven y desarrollan su agricultura, genera que en la actualidad exista un claro reconocimiento de la necesidad de desarrollar más ampliamente las capacidades técnicas en la determinación de las áreas más. CA. propensas a sufrir algún tipo de fenómeno hidrológico (inundaciones, sequías, etc.), desarrollando sistemas de predicción y advertencia, mediante la 2012).. TE. recopilación y análisis de la información hidrometeorológicas existente (Mejía,. Los modelos matemáticos permiten entender algunos fenómenos hidrológicos. IO. e hidráulicos, tales como el comportamiento del caudal de un río. Estos. BI BL. representan el sistema en forma matemática, mediante una serie de funciones que relacionan las variables de salida con las variables de entrada. La mayoría de procesos hidrológicos son aleatorios y su magnitud varía con el tiempo y con el espacio, por lo que el desarrollo de un modelo con esas características es una tarea muy difícil y requiere de una simplificación, despreciando algunas fuentes de variación (Villón, 2011). Los modelos matemáticos o digitales representan la naturaleza del sistema a través de ecuaciones diferenciales y el 24 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. procesamiento de un volumen relativamente grande de informaciones numéricas resultantes, sin embargo, para que el modelo sea válido se requiere que la información sea confiable y completa y que el modelo utilizado. PE CU AR IA S. represente realmente el comportamiento de esa corriente en las circunstancias. en que ocurre la inundación, en el sitio donde se realiza el análisis (Villón, 2011).. El modelo hidráulico HEC-RAS representa una herramienta de considerable valor, que mediantes procesos iterativos aplicados a fórmulas tradicionales de la hidráulica permite la predicción de áreas de inundación y mitigación del mismo en un río o sistemas de ríos, para diferentes períodos de retorno; la. determinación de las variables hidráulicas para el diseño de estructuras. RO. hidráulicas en los ríos; la delimitación de fajas marginales de los ríos y la. determinación de la altura óptima en el diseño de una carretera, que puede ser. AG. afectada por el caudal de un río (Díaz, 2010).. Se debe tener en cuenta que, los caudales son fenómenos originados por el. DE. carácter aleatorio de las descargas de los ríos. La ocurrencia de caudales máximos de los ríos se describe en términos probabilísticas. Es decir, que cada caudal máximo va asociada una probabilidad de ocurrencia (Pacheco, 2007),. CA. por lo que, para la simulación hidráulica, aplicando el modelo HEC-RAS, es necesario el apoyo de una ciencia como la estadística, que nos permitirá. TE. calcular un caudal máximo para diferente tiempo de retorno, a través de métodos probabilísticos y pruebas de ajustes. Esto será posible a partir de una data histórica de caudales máximos mensuales de varios años proporcionada. BI BL. IO. por una estación hidrométrica.. Antes de la aparición de las computadoras personales, los estudiantes y los profesionales que aplicaban la estadística se ayudaban de tablas estadísticas, cuyo manejo no es de interpretación fácil, estos inconvenientes surgen porque los usuarios de estas tablas no visualizaban objetivamente los procedimientos de la generación de dichas tablas. En la actualidad, con la ayuda de las 25. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. computadoras personales y con los conocimientos de la disciplina de métodos numéricos, es posible generar las tablas estadísticas, con lo cual la interpretación y aplicación de la estadística y probabilidades se hace sencillo.. PE CU AR IA S. Es así que el software estadístico Hidroesta representa una herramienta de. mucha ayuda en los procesamientos de información hidrológica para el cálculo de caudales máximos para diferentes tiempos de retorno.. El modelo hidráulico HEC-RAS al trabajar con los Sistemas de Información Geográfica (GIS), específicamente son el software ArcGIS, nos permite obtener resultados de niveles de inundación por láminas de agua ocasionadas por los. diversos caudales simulados y a su vez representa dichos parámetros geo referenciados, es decir, en sus coordenadas originales, lo que nos permite. RO. saber exactamente donde se ubican las áreas afectadas y nos permite tener. AG. una visión integral de la realidad (Solano, 2013).. El presente estudio permitirá conocer las áreas de inundación que pueden llegar a afectar hectáreas agrícolas, infraestructura de salud y educación, y lo. DE. más importante, la población; de tal manera que se puedan realizar planes de prevención, capacitación, protección y mitigación contra inundaciones, con el fin de garantizar el uso sostenido de los recursos naturales que permitan. Problema. CA. mejorar las condiciones de vida del sector rural.. TE. ¿Cuáles serán las áreas de inundación en los sectores San Pedro y Niño Pobre, de la región Amazonas, para los diferentes periodos de retorno de 10,. IO. 25 y 50 años, según parámetros del río Utcubamba, aplicando el modelo HEC-. BI BL. RAS 4.1 y software ArcGIS?. Justificación El desarrollo de este proyecto es importante porque permitirá beneficiar a 148 familias de los centros poblados San Pedro y Niño Pobre del distrito de El Milagro, provincia de Utcubamba, región Amazonas.. 26 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. A continuación, se detallan los beneficios por sector social del presente estudio al tener el conocimiento final.. PE CU AR IA S. Salud Se tomaría medidas para evitar que el agua de la inundación quede atrapada en hondonadas del terreno, ya que, de no ser así, contribuirá a la. aparición de seres microbiológicos los que desencadenaran epidemias de varias enfermedades, tales como diarrea, malaria, dengue o meningitis; perjudicando notablemente la salud de la población aledaña. Vivienda. Permitirá tomar acciones de reubicación de la población cuyas viviendas sean vulnerables a inundación, pues significaría un gran peligro para estos. RO. habitantes, ya que el precario material con los que son construidos (quincha, adobe, etc.) serán fácilmente socavados por el agua del desbordamiento del. AG. río Utcubamba causando el derrumbe de las viviendas.. Educación. DE. Del mismo modo, se podrían elaborar medidas de reforzamiento y mitigación contra inundaciones con la finalidad de preservar la infraestructura de los. CA. centros educativos, ya que de ser afectados se vería interrumpido el desarrollo del programa escolar, causando retraso en el aprendizaje de los. TE. escolares.. IO. Agricultura. La determinación de áreas vulnerables a inundación permitirá a las. BI BL. autoridades la construcción de defensas ribereñas, obras de. des. colmatación, etc., además de realizar campañas de concientización a los agricultores sobre la necesidad de emigrar hacia zonas más seguras con el fin de que sus cultivos instalados no se vean afectados por la inundación. De esta manera se estaría minimizando daños en la agricultura, la principal actividad económica de estos sectores. 27. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Por lo mencionado anteriormente, resulta de mucha urgencia el desarrollo de este proyecto, ya que, a partir de los conocimientos entregados, luego de. PE CU AR IA S. finalizado el estudio, se podrán tomar medidas de prevención, capacitación,. corrección y mitigación contra inundaciones, en los diversos sectores sociales. Objetivo general. Determinar áreas inundables en los sectores San Pedro y Niño Pobre, según caudales máximos estimados del río Utcubamba para tres periodos de retorno, aplicando el modelo HEC-RAS y software ArcGIS.. RO. Objetivos específicos.  Determinar la geometría del tramo del río en estudio mediante extensión. AG. HEC-geoRAS, a partir del modelo de elevación digital del terreno, según data de levantamiento topográfico de los tramos involucrados.  Estimar los caudales máximos del río Utcubamba para periodos de retorno. DE. de 10, 25 y 50 años, mediante modelos probabilísticos, aplicando software hidrológico Hidroesta.. CA.  Determinar los coeficientes de rugosidad del lecho del río Utcubamba del tramo involucrado en el estudio.  Simular hidráulicamente el tramo de río Utcubamba en estudio, aplicando. TE. modelo hidráulico HEC-RAS.  Elaborar mapas de áreas inundables de los sectores San Pedro y Niño. IO. Pobre, del distrito El Milagro, provincia de Utcubamba, región Amazonas,. BI BL. mediante software ArcGIS.. 28 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. II. REVISIONES BIBLIOGRÁFICAS 1. Antecedentes. PE CU AR IA S. A nivel internacional, una de las investigaciones más resaltantes, para América Latina, en lo que concierne a la determinación de áreas inundables, es la elaborada por Segura (2010) para el Instituto Tecnológico de Costa. Rica que lleva por título “Modelación hidráulica aplicando HEC-geoRAS como una herramienta en la gestión del riesgo de inundaciones en el río Estrella. Limón, Costa Rica”. Segura (2010) resalta la importancia de la extensión. HEC-geoRAS en conjunto con el software ArcGIS ya que estos dos. elementos permiten de manera rápida y segura extraer las secciones trasversales del río, cuya representación digital constituye un TIN elaborado. RO. en ArcGis. En cuanto al caudal máximo estimado realiza una simulación hidrológica a partir de datos pluviométricos. Como resultado para un tramo de 15 kilómetros obtiene, para el caudal calculado, una afectación de 1300. AG. hectáreas bajo cultivo de banano, lo cual contrasta con la situación posterior a las obras de protección en donde, mediante una nueva simulación, visualiza que con las obras de protección sugeridas, se disminuye el área. DE. afectada a valores cercanos a 300 hectáreas. Finalmente, concluye en que los softwares utilizados son muy eficientes y permiten tener un bosquejo de la cantidad de las zonas afectadas por inundación teniendo un mejor panorama. CA. para el diseño de obras de protección.. TE. A nivel nacional, el trabajo titulado “Aplicación del modelo HEC-RAS 4.1 para determinar parámetros hidráulicos en el río Moche, margen derecha del. IO. sector Espino-Limón” propuesto por León (2010) para la Universidad Nacional de Trujillo, tiene como objetivo determinar los parámetros. BI BL. hidráulicos en 1.5 kilómetros de tramo del río Moche, río que atraviesa la ciudad de Trujillo en su parte final de su recorrido y que desemboca sus agua en el océano pacífico. En este trabajo se utiliza al AutoCAD Land 2007 como software generador del terreno digital del río Moche, a partir de este se obtienen las secciones transversales. Para el cálculo de caudal máximo aplica la función de probabilidad de Gumbel y Log-Pearson tipo III eligiendo 29. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. a la función Log-Pearson tipo III como la función que se ajusta mejor a la serie de caudales históricos, esto luego de evaluar sus ajustes con el test de Kolgomorov-Smirnoff. Finalmente, obtiene para un tiempo de retorno de 50. PE CU AR IA S. años un caudal de 515.23 m3/s que afectará un total de 4.93 hectáreas en la margen derecha del sector Espino Limón con sus respectivos parámetros hidráulicos que muestran un río con pendiente fuerte y de régimen crítico. Cárdenas (2012) realizó el siguiente trabajo. “Aplicación de sistemas de. información geográfica para el modelamiento de zonas con riesgo de. inundación. Caso Estudio Río Lurín. Lima, Perú.” Aunque el software HEC-. RAS no aparece en el título es el principal protagonista en esta investigación, sin embargo, el autor hace prevalecer la importancia de los SIG en el software. ArcGIS al momento de georreferenciar las zonas de riesgo y hace énfasis en. RO. la gran funcionalidad que tiene con HEC-RAS, posteriormente los resultados son publicados de manera online en los sistemas de información geográfica.. AG. El trabajo de Veneros y Ponce (2011) titulado “Aplicación de tres modelos precipitación-escorrentía para estimar el caudal máximo de diseño en la cuenca de la quebrada Carrizal. Distrito de Llama, Provincia de Chota,. DE. Departamento de Cajamarca”, para la Universidad Nacional Trujillo, proporciona un panorama claro en cuanto a las funciones de distribución de. CA. probabilidad para el cálculo de evento máximos, funciones como Normal, LogNormal de dos parámetros, Gumbel, Gamma y Log-Gamma son explicadas correctamente y, posteriormente, aplicadas con el fin de ver quien se ajusta. TE. mejor a la serie, así pues, muestran al test de Kolmogorov-Smirnoff como herramienta para la selección del mejor ajuste. Para el caso de este trabajo la. BI BL. IO. función que resultó con el mejor ajuste fue la función Gumbel.. 30 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(31) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2. Bases teóricas del estudio 2.1. Concepto de ingeniería fluvial La ingeniería fluvial trata de las intervenciones humanas en los ríos para su de daño (Martín, JP. 2003).. PE CU AR IA S. adecuación al aprovechamiento de los recursos o a la reducción de riesgos. El antecedente o punto de referencia más directo en los estudios de. ingeniería para entender un río, es la hidráulica del régimen en lámina libre. y las obras hidráulicas para transporte en lámina libre: los canales (Martín,. JP. 2003). Sin embargo en el estudio de la hidráulica fluvial, además de los conceptos de canales se suma el estudio de la hidrología, geomorfología,. RO. transporte de sedimentos entre otros.. 2.2. Flujo y parámetros hidráulicos de los canales abiertos. En los canales abiertos, la presión del flujo es la presión atmosférica ya que. AG. la superficie libre del líquido está en contacto con la atmósfera. Así mismo el agua circula debido a la acción de la gravedad (Villón, M. 2008). Los canales cuentan con propiedades hidráulicas tales como geometría de la. DE. sección (área hidráulica, espejo de agua, perímetro mojado, pendiente,. TE. CA. etc.), velocidad, rugosidad, tirante.. BI BL. IO. Fig. 1. Elementos geométricos de la sección transversal de un canal.. La rugosidad: Se representa por el tamaño y la forma de los granos del material que forma el perímetro mojado y que producen un efecto retardante sobre el flujo. El tirante: se refiere a la profundidad del flujo (h); es la distancia vertical del punto más bajo de la sección del canal a la superficie libre. 31. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(32) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. La velocidad: debido a la presencia de la superficie libre y a la fricción a lo largo de las paredes del canal, las velocidades no están uniformemente. PE CU AR IA S. distribuidas en su sección. La resistencia ofrecida por las paredes y por el fondo del canal, reduce la velocidad. En la superficie libre, la resistencia ofrecida por la atmósfera y por el viento (aunque este último tiene muy poco efecto) también influye sobre la velocidad. (Chow et al., 1959).. Para el cálculo de la velocidad en los canales se utiliza generalmente la fórmula de Manning, que se expresa como: 𝟏. 𝟐. 𝟏. 𝐕 = 𝐑𝟑 𝐒 𝟐 𝐧. RO. Donde:. (1). V= velocidad (m/s) R= radio hidráulico.. AG. n= coeficiente de rugosidad, adimensional S= la pendiente de canal (adimensional). DE. El coeficiente de rugosidad “n”, es una constante muy importante y difícil de determinar ya que depende de la rugosidad de la superficie, la vegetación, la irregularidad del canal, el alineamiento del canal, de los depósitos y. CA. socavaciones, de las obstrucciones, tamaño y forma del canal y nivel y caudal. Debido a esta dificultad se han creado tablas con valores para las. TE. diferentes superficies por donde circula el agua.. IO. Cabe destacar que si los canales son naturales las propiedades hidráulicas. BI BL. son esencialmente irregulares. El flujo en un canal abierto se clasifica según la variable de referencia, tiempo, espacio y las de gravedad sobre el fluido. Otra manera de clasificarlos es utilizando el número de direcciones coordenadas del flujo. 32 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(33) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.2.1 Clasificación del flujo en canales abiertos al tiempo y el espacio La siguiente clasificación se hace de acuerdo con el cambio en la. PE CU AR IA S. profundidad del flujo con respecto al tiempo y al espacio. Al cambiar la profundidad consecuente mente varían el resto de parámetros hidráulicos (tirante, perímetro mojado, radio hidráulico; etc.).. Flujo permanente y no permanente: se considera el tiempo como criterio. Se dice que el flujo en un canal abierto es permanente si la profundidad del flujo no cambia o puede suponerse constante durante el intervalo de. tiempo en consideración. Flujo uniforme y flujo variado: se considera el espacio como criterio. Se dice que el flujo en canales abiertos es uniforme si la profundidad del flujo es la misma en cada sección del canal. El flujo. BI BL. IO. TE. CA. DE. AG. RO. es variado si la profundidad de flujo cambia a lo largo del canal.. Fig. 2. Clasificación del flujo en canales abiertos según el tiempo y el espacio.. 2.2.2. Clasificación del flujo en canales abiertos respecto a la fuerza de gravedad.. 33 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(34) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. En función a la acción que la fuerza de la gravedad ejerce sobre el flujo, este se clasifica de acuerdo al número de Froude (Villón, M. 2008). Para. PE CU AR IA S. calcular el número de Froude y determinar el estado en que se encuentra el flujo se usa la siguiente relación:. F=. 𝒗 √𝒈𝑫𝑯. (2). En ella se relaciona la velocidad v, gravedad g y la profundidad. hidráulica media DH; esta última está definida como el cociente entre el área mojada y el ancho del espejo de agua en el canal.. RO. Flujo critico. Este tipo de flujo presenta una combinación de fuerzas inerciales y. AG. gravitacionales que lo hacen inestable, convirtiéndolo en cierta manera en un estado intermedio y cambiante entre los otros dos tipos de flujo. Debido a esto es bastante inaceptable y poco recomendable, usarlo en. DE. el diseño de estructuras hidráulicas. Para éste tipo de flujo el número de Froude es igual a 1 y en esta condición no se generan resaltos. CA. hidráulicos (Villón, M. 2008). Flujo supercrítico. TE. En este tipo de flujo las fuerzas inerciales presentan una influencia mucho mayor que las fuerzas gravitacionales. Además de esto, el flujo. IO. se presenta a velocidades y pendientes altas, y a profundidades más pequeñas. Cuando existe un flujo de este tipo en un canal un aumento. BI BL. en la cantidad de energía provoca una disminución de la profundidad de la lámina de agua. El número de Froude, en este caso, es mayor a 1. Este estado de flujo propicia la formación de resaltos hidráulicos, siempre y cuando pase a un flujo sub crítico; estos aumentan su capacidad de disipación de energía en ciertos intervalos, alcanzando la mayor capacidad para flujos con Froude mayores a 9 (Villón, M. 2008).. 34 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(35) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Flujo sub critico Para este régimen de flujo las fuerzas inerciales son sobrepasadas en importancia por las gravitacionales; en el flujo se tienen velocidades y. PE CU AR IA S. pendientes bajas, pero las profundidades de la lámina del agua, por el contrario, son mayores que las que se presentan en el flujo supercrítico.. Para este tipo de flujo un aumento en la 13 energía se traduce en un aumento en la profundidad de la lámina de agua. El número de Froude en este estado es menor a 1 (Villón, M. 2008). 2.3 Nociones de morfología fluvial. La morfología de ríos estudia la estructura y forma de los ríos, la. configuración del cauce en planta, la geometría de las secciones transversales, la forma del fondo y las características del perfil. La diversidad. 2.3.1 Morfología fluvial. AG. hidrología, etc. (Gracia et al, 2008).. RO. de los ríos es tan variada como las variaciones de clima, relieve, geología,. DE. La morfología fluvial (Fluviomorfología) es el estudio de las formas que tienen los ríos. Cuando se habla de la forma de los ríos, es decir de su apariencia, debe entenderse que esto equivale a describirlos tal como se. CA. ven desde el aire (Martí, JP. 2002). Según el autor, a continuación se explican brevemente algunas de las características de los ríos según su. TE. morfología.. IO. 2.3.1.1 Perfil longitudinal del cauce:. BI BL. Describe la forma en el que éste varía su cota a lo largo de su longitud y recorrido; de tal modo que el perfil longitudinal reflejará la pendiente de cada tramo, determinada por las condiciones impuestas por el tramo aguas arriba.. 2.3.1.2 Trazado del sistema fluvial:. 35 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(36) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Se refiere a la forma de la trayectoria que desarrolla el río en su recorrido.. PE CU AR IA S. 2.3.1.3 Geometría hidráulica:. Se refiere a la sección transversal del cauce y su estudio se basa en las relaciones existentes entre el caudal y la anchura del cauce, la. profundidad, la velocidad del agua y la carga de sedimentos entre otros. 2.3.1.4 Río en equilibrio:. Una característica fundamental de los sistemas abiertos, es su. capacidad para autor regularse, adaptándose a factores externos de forma que mantengan el estado de equilibrio alcanzando cierta. RO. estabilidad. En los cauces naturales este equilibrio está referido a la regulación de la morfología y dinámica ante las variables de control o. AG. independientes como son el régimen de caudales y sedimentos. En un cauce estable o en equilibrio, la forma y trazado se mantienen en. DE. el tiempo.. 2.3.1.5 Caudal dominante:. Es el caudal que determina ciertos parámetros del cauce como la. CA. longitud de curvatura de meandros o el caudal que efectúa mayor. TE. trabajo en términos de transporte de sedimentos. 2.4. Análisis de frecuencias hidrológicas y software Hidroesta. IO. 2.3.1. Introducción. En el estudio de la hidrología es posible observar cómo en repetidas. BI BL. ocasiones los sistemas hidrológicos se ven directamente afectados por eventos extremos, tales como aumento de caudales en ríos, presencia de tormentas severas y sequías, entre otras. La magnitud de un evento extremo está inversamente relacionado con su frecuencia de ocurrencia, es decir, que los eventos moderados ocurren con mayor frecuencia, mientras. que. los. eventos. extremos. se. presentan. en. pocas. 36 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(37) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. oportunidades. Para analizar la probabilidad de ocurrencia de estos eventos se utilizan algunas distribuciones de probabilidad. Éstas son funciones matemáticas que relacionan la magnitud de un evento con su. PE CU AR IA S. probabilidad de ocurrencia.. 2.3.2. Análisis de consistencia de información. La no-homogeneidad e inconsistencia en series hidrológicas representa. uno de los aspectos más importantes en los estudios hidrológicos contemporáneos, ya que, cuando no se identifica, elimina ni se ajustan a. las condiciones futuras la inconsistencia y no-homogeneidad en la muestra histórica se puede introducir un error significativo en todos los. análisis futuros que se realicen, obteniéndose resultados altamente. RO. sesgados.. Inconsistencia es sinónimo de error sistemático y se presenta como. AG. saltos y tendencias y, la no homogeneidad es definida como los cambios de los datos vírgenes con el tiempo. Por ejemplo, la no homogeneidad en los datos de precipitación son creados por tres fuentes principales: (1). DE. el movimiento de las estaciones en una distancia horizontal, (2) el movimiento vertical, (3) cambios en el ambiente de una estación de. BI BL. IO. TE. otros.. CA. control como tala árboles, construcción de casas, inundaciones, entre. 37 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(38) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. PE CU AR IA S. Fig. 3. Tipos de errores en series históricas.  Los errores aleatorios, se presentan debido a la inexactitud en las mediciones y observaciones, son difíciles de evaluar después de. transcurrido un tiempo y se originan por error de lectura de datos, equipos defectuosos, mal empleo de los equipos, trascripciones erróneas, entre otros..  Los errores sistemáticos son los de mayor importancia y como. consecuencia de los mismos los datos pueden ser incrementados o. reducidos sistemáticamente, con lo que los resultados finales se. RO. desvían pudiéndose producir grandes errores en los estudios que se. AG. realicen a partir de dichos datos (regularizaciones). 2.3.3. Periodo de retorno y probabilidad. La probabilidad puede ser expresada en forma de frecuencia a través del. DE. periodo de retorno o recurrencia. El periodo de retorno T de un evento con una magnitud dada se define como el intervalo de recurrencia promedio entre eventos que igualan o exceden una magnitud especificada (Chow,. CA. et. al., 1994).. Por ejemplo, si en un determinado lugar existe una serie de valores. TE. observados de 30 años, el mayor caudal medido en los 30 años tiene la probabilidad. de. ser. igualadas. o. superadas. cada. 30. años. aproximadamente, según las leyes clásicas de la probabilidad. El periodo. IO. de retorno T o periodo de ocurrencia de una inundación (o tiempo de. BI BL. recurrencia) se define, entonces, como el tiempo medio, en años, en que esa inundación es igualada o superada por lo menos una vez (Mejía, 2012). El análisis de frecuencias busca asignar a cada caudal una probabilidad “P” de ser igualado o excedido en un año cualquiera. El periodo de retorno “T”, se usa comúnmente en lugar de la probabilidad “p”, para 38. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.